Taysir Assistance.TNJean-Claude Otteni : Professeur des Universités, praticien hospitalier.
Annick Steib : Maître de conférences des Universités, praticien hospitalier.
Mikes Galani : Praticien hospitalier
Guy Freys : Praticien hospitalier
Service d'anesthésie-réanimation chirurgicale, hôpitaux universitaires de Strasbourg, hôpital de
Hautepierre, avenue Molière, 67098 Strasbourg cedex France
Appareils d'anesthésie
Systèmes d'alimentation en gaz frais
Jean-Claude Otteni : Professeur des Universités, praticien hospitalier.
Annick Steib : Maître de conférences des Universités, praticien hospitalier.
Mikes Galani : Praticien hospitalier
Guy Freys : Praticien hospitalier
Service d'anesthésie-réanimation chirurgicale, hôpitaux universitaires de Strasbourg, hôpital de
Hautepierre, avenue Molière, 67098 Strasbourg cedex France
INTRODUCTION
Le système d'alimentation en gaz frais (SAGF), aussi appelé module ou bloc d'alimentation ou rampe d'anesthésie, a pour fonction de constituer, à partir de gaz provenant de sources d'amont, un mélange de composition donnée et à le délivrer, à un débit précis, dans le système anesthésique d'aval. Ce mélange de gaz, dit " frais " car non encore " utilisé " par le patient, est habituellement une association O2 + N2O ou O2 + air à usage médical, éventuellement complémentée en vapeur anesthésique halogénée. Il prend le nom de " gaz vecteur " quand il traverse un vaporisateur pour être enrichi de vapeur anesthésique.
A l'heure actuelle, la plupart des SAGF équipant les appareils d'anesthésie délivrent un débit de gaz frais continu et réglable, dans le système anesthésique. Il existe des SAGF assurant un débit intermittent de gaz frais, soit quand un système anesthésique fermé est déficitaire en gaz du fait de leur consommation, soit à la demande, c'est-à-dire lors de l'inspiration du patient. Ces derniers équipent notamment des inhalateurs pour l'analgésie dentaire. Seuls les premiers sont envisagés ici. Le SAGF délivre un débit continu de gaz frais compris entre 250 ml·min-1 d'O2, soit environ la consommation basale, et 30 l·min-1 de mélange gazeux, c'est-à-dire l'équivalent de trois ventilations minute nécessaire pour prévenir une réinhalation de CO2 avec certains systèmes anesthésiques. Par ailleurs, le SAGF est en mesure de délivrer instantanément un débit d'O2 d'au moins 500 ml·s-1, soit 30 l·min-1, par l'intermédiaire du bypass.
Le SAGF est constitué par l'enchaînement des éléments suivants : arrivée des gaz, détendeurs, manomètres, alarme sonore de baisse de pression d'O2, coupure automatique de N2O en cas de défaut d'O2, débitmètres, vaporisateurs, éventuellement valve antiretour, bypass d'O2, sortie du mélange de gaz frais(fig. 1) [2, 6, 10].
Le SAGF peut être subdivisé en trois étages selon la pression des gaz qui y circulent : étage à " haute pression " (7 à 9 bars), allant des sources de gaz principales jusqu'aux détendeurs placés sur le réseau à l'entrée du bloc opératoire ; il précède l'appareil d'anesthésie proprement dit ; étage à " pression intermédiaire " (3,5 bars), allant des détendeurs aux débitmètres ; la pression de l'oxygène y est maintenue légèrement supérieure à celle du N2O et de l'air médical pour empêcher la pénétration de l'un de ces derniers dans le circuit d'O2, rendue possible au niveau de certains débitmètresmélangeurs ou certains mélangeurs [5, 21, 28, 43] (cf. " Surveillance de l'appareil d'anesthésie " fascicule 36-100-B-60) ; étage à " basse pression " (pression inférieure à 3,5 bars) allant des débitmètres à la sortie du mélange de gaz frais. Certains SAGF disposent d'un détendeur supplémentaire abaissant la pression à environ 1 bar.
A la sortie du SAGF la pression est faible, de l'ordre de quelques dizaines de centimètres d'H2O parce qu'il alimente un système anesthésique d'aval très compliant et doté d'une sortie de gaz excédentaire. Néanmoins si le flux de gaz frais sortant du SAGF pénètre dans un système anesthésique à valve d'échappement fermée et dépourvu de ballon réservoir, la pression peut augmenter et atteindre théoriquement le niveau de l'étage de pression intermédiaire, donc 3,5 bars ou 3 500 cmH2O. L'augmentation de pression dans le système anesthésique situé en aval est fonction du débit de gaz frais ainsi que de la compliance, des résistances du système, de la présence d'un ballon et de la fermeture de la valve d'échappement. En fait, une pression aussi élevée ne peut être atteinte, car les connexions entre les constituants du SAGF et surtout celles du système anesthésique se disjoindraient. Certains SAGF récents sont équipés d'une valve d'échappement ayant une pression d'ouverture d'environ 135 mmHg ; de plus, le circuit du ventilateur d'anesthésie comporte une valve de sécurité qui s'ouvre quand une pression de l'ordre de 70 à 80 cmH2O est atteinte. Des accidents d'hyperpression restent néanmoins possibles à ces niveaux de pression.
ALIMENTATION EN GAZ
Deux types de sources alimentent l'appareil d'anesthésie en oxygène, protoxyde d'azote et éventuellement air à usage médical.
Sources principales
Les sources principales ou centrales, situées à distance du point d'utilisation, alimentent un réseau de distribution comportant des prises murales et/ou plafonnières. Les sources principales sont constituées de gaz stockés soit sous forme liquéfiée, à basse température dans des réservoirs isolants, soit sous forme comprimée, à température ambiante dans des cylindres d'acier.
La forme liquéfiée est la forme de stockage la plus intéressante, car le volume de gaz obtenu par rapport au volume de liquide est plus élevé que pour la forme comprimée.
Ainsi, 1 l d'O2 liquide, conservé à - 183 °C fournit environ 850 l d'O2 gazeux à température et pression atmosphérique ambiantes alors que l'O2 gazeux, comprimé à 200 bars, ne libère que 200 volumes d'O2. L'azote et le protoxyde d'azote sont aussi conservés sous forme liquide à basse température. La mesure d'une quantité de gaz liquide se fait par pesée, donc en unités pondérales au lieu d'unités volumiques.
Le stockage de gaz liquide à basse température se fait dans des réservoirs isolants spéciaux, appelés évaporateurs et dotés d'une double paroi à l'intérieur de laquelle règne le vide, à la manière des thermos. Les évaporateurs ont une capacité de 750 à 15 000 litres de liquide. Celui-ci est transformé en gaz dans un réchauffeur placé à la sortie du réservoir et envoyé dans le réseau de distribution à une pression de 8 bars ± 1,6. A l'entrée au bloc opératoire cette pression est abaissée à 3,5 bars ± 0,7 par des détendeurs.
La liaison entre le réseau de distribution et l'appareil d'anesthésie se fait à l'aide de prises rapides, sur lesquelles sont raccordés des tuyaux souples, dotés des embouts correspondants. Les prises rapides comportent des crans détrompeurs pour éviter des erreurs de branchement. Elles ont deux crans pour la prise d'air médical ou de vide, trois crans pour l'O2, quatre crans pour le N2O et le mélange équimoléculaire de O2-N2O (Entonox®) et cinq crans pour le CO2. De plus, l'espace entre les crans différencie chaque gaz des autres.
Sources de réserve
Les sources principales sont complétées par des sources de réserve, ou d'appoint, aumoins pour l'oxygène, sous forme d'obus d'acier de capacité réduite, fixés à l'arrière de l'appareil.
L'obus d'oxygène contient de l'O2 gazeux comprimé à 200 bars. S'agissant de gaz, sa position en cours de fonction est indifférente. La pression dans l'obus est proportionnelle à la quantité de gaz qu'il contient. Le contenu en O2 est donné par la relation : contenu en litres d'O2 gazeux = volume interne de l'obus (gravé sur celui-ci) × pression (bars) dans l'obus.
Un détendeur, placé à la sortie de l'obus, abaisse sa pression à environ 3,5 bars.
L'obus de protoxyde d'azote contient, à température ambiante, du N2O liquide, surmonté de N2O gazeux à la pression de 51 bars. De ce fait, la position de l'obus en fonction doit être strictement verticale. Tant que l'obus contient du liquide, la pression n'est pas un témoin fidèle du contenu en gaz. La pression est celle du gaz surmontant le liquide et qui est fonction de la température. Tant que la température de l'obus reste constante, la pression reste inchangée dans l'obus, aussi longtemps qu'il contient du liquide. En fait, en cours d'utilisation, la température de l'obus s'abaisse, car l'évaporation du liquide consomme des calories. C'est pourquoi la pression dans l'obus diminue, pour remonter au moment de son réchauffement. En pratique, le contenu en N2O peut être déterminé à l'aide de la relation : contenu en litres de N2O gazeux = (poids actuel obus - poids obus vide) × 543 (1 kg de N2O liquide fournit 543 l de gaz à 20 °C ; le poids à vide est gravé sur l'obus).
Un détendeur, placé à la sortie de l'obus, abaisse sa pression à environ 3,5 bars.
Les obus de gaz d'une contenance égale ou inférieure à 4 l sont reliés au SAGF à l'aide d'un étrier de suspension comportant des ergots détrompeurs. Ceux ayant une contenance supérieure sont fixés sur un socle.
Concentrateur d'oxygène
Le concentrateur ou enrichisseur d'O2 fournit, à partir de l'air ambiant, un mélange enrichi en oxygène [14]. C'est la solution de choix là où les sources précédentes font défaut. Il se compose de deux tamis moléculaires branchés en parallèle, composés de silicate ou zéolithe, qui retient plus l'azote que l'oxygène de l'air qui les traverse alternativement, après avoir été filtré et comprimé (fig. 2). L'O2 délivré par le concentrateur alimente le SAGF ou le système anesthésique (cf. " Systèmes anesthésiques " fascicule 36-100-B-30).
MANOMÈTRES, DÉ TENDEURS, ALARME SONORE DE DÉFAUT D'O2, COUPURE AUTOMATIQUE DE N2O
La pression des gaz en amont du SAGF est exprimée en bar, atm(atmosphère), kgf·cm-2 (kilogramme force) ou psi (" pound per square inch ") et celle des gaz circulant dans le système anesthésique branché en aval, en cmH2O, mb (millibar) ou hPa (hectopascal). 1 bar = 1 atm = 760 mmHg 100 kPa 1 kgf·cm-2 14.5 psi 1 cmH2O 1 mb 1 hPa (1 cmH2O = 0,9806 mb = 0,9806 hPa)
Les manomètres affichent soit la pression absolue, soit la pression relative. La pression absolue est la pression réelle, qui inclut la pression atmosphérique. La pression relative ou effective est la pression absolue dont on a retranché la pression atmosphérique. Dans ce dernier cas, le manomètre indique zéro quand il est en communication avec l'atmosphère.
En règle générale, les manomètres indiquent les pressions relatives. La pression absolue s'exprime par la lettre " a " ajoutée à l'unité (1 atmosphère absolue = 1 ata). La pression relative s'exprime en faisant suivre l'unité de pression de la lettre " g ", de " gauge " (par exemple : psig) ou de la lettre " ü ", de " Überschuss ", c'est-à-dire excédent (1 atü = 2 ata).
Les manomètres utilisés pour la mesure des pressions élevées régnant dans le système d'alimentation en gaz sont des manomètres à tube de Bourdon (fig. 3). L'appareil d'anesthésie comporte un manomètre par gaz qui l'alimente.
Le détendeur ou régulateur de pression ou valve réductrice, a une double fonction : réduire une pression élevée, dite pression d'alimentation ou d'entrée, en une pression plus basse, dite pression de service, d'utilisation, de travail, de détente ou de sortie, et assurer la constance de la pression d'utilisation, quels que soient les pressions d'entrée et les débits à la sortie. Il permet d'alimenter l'appareil d'anesthésie à des pressions et des débits constants, indispensables au fonctionnement correct des débitmètres situés en aval.
Le détendeur à pression réglable est constitué schématiquement d'un robinet asservi à une capsule manométrique (fig. 4). Le détendeur à deux étages (branchement en série de deux détendeurs) permet d'obtenir une régulation de pression très fine. Le détendeur à pression fixe préréglée (fig. 5) est d'un usage très répandu en anesthésie. Il garantit une excellente stabilité de la pression de sortie.
Les manomètres permettent de déclencher une alarme sonore et éventuellement visuelle en cas de chute de la pression d'alimentation en O2, à une valeur fixée à environ 2 bars.
Ils effectuent alors aussi une coupure automatique de l'arrivée de N2O et, le cas échéant, la mise en fonction d'une source d'O2 de réserve (fig. 6). Une coupure automatique de N2O ne doit pas être utilisée en l'absence d'alarme sonore de baisse de pression d'O2, car l'utilisateur doit être averti de l'arrêt des gaz dans le SAGF.
DÉBITMÈTRES
Ceux actuellement utilisés au niveau du SAGF sont de quatre types : les débitmètres à flotteur ou rotamètres ; les débitmètres à palette ; les débitmètres électroniques ; les débitmètres-mélangeurs à débit de N2O asservi à celui d'O2.
Le bouton de commande du débitmètre d'O2 a un calibre supérieur à celui des autres et comporte des cannelures permettant son identification au toucher. Pour garantir une alimentation minimale d'O2, certains débitmètres d'O2 laissent passer un débit d'environ 200 ml·min-1 même quand ils sont complètement fermés.
Débitmètres à flotteur ou rotamètres
Ils équipent la plupart des appareils actuels (fig. 7). Ils sont calibrés pour un gaz spécifique et une fourchette de pression d'aval et d'amont (pression atmosphérique au niveau de la mer) ainsi que de température (20 °C) données. En effet, pression et température modifient la densité et la viscosité des gaz, donc leur flux. Leur précision est de l'ordre de ± 10 % de la valeur affichée. Le débit réel est inférieur au débit affiché à haute altitude et supérieur quand la pression ambiante dépasse 760 mmHg, notamment en cas d'utilisation de certains ventilateurs ou en hyperbarie.
Ils sont constitués d'un tube en matière transparente (pyrex), placé verticalement, avec, à sa base, un robinet à pointeau permettant d'obtenir des variations de débit très fines (fig. 7 A). En amont est placé un limiteur de débit gazeux. Dans la plupart des modèles utilisés actuellement, le diamètre interne du tube, c'est-à-dire le calibre, augmente de la base au sommet. A l'intérieur se trouve un flotteur, soulevé par le courant gazeux circulant de bas en haut. Sa position est d'autant plus haute que le débit est plus élevé. La pression perdue lors du passage du gaz entre le flotteur et la paroi interne du tube est constante, car le poids du flotteur reste inchangé. Par contre, la surface de " l'orifice variable ", qui correspond à l'espace annulaire délimité par le flotteur en dedans et la paroi interne du tube en dehors, augmente au fur et à mesure que le flotteur monte, par suite de l'évasement interne du tube. De ce fait, les débitmètres à flotteur entrent dans la catégorie des débitmètres à orifice variable et à pression constante, par opposition à ceux à orifice constant et à pression variable, qui sont en fait des manomètres. Aux faibles débits, cet espace annulaire est restreint et le calibrage dépend surtout de la viscosité du gaz. Aux débits élevés, cet espace est grand et le calibrage est surtout gouverné par la densité du gaz.
Certains tubes comportent, de la base au sommet, des évasements d'importance croissante (fig. 7 B). Un premier, de faible amplitude, permet une graduation en ml·min-1 pour les petits débits. Lui faisant suite, un second évasement, plus accentué, est gradué en l·min-1, pour des débits plus importants. Si le tube n'a qu'un évasement simple, c'est-àdire une augmentation constante du diamètre de la base au sommet, il se produit, pour des débits croissants, un tassement progressif des intervalles correspondant à des fractions de débit égales. Le tube à évasement amplifié permet de maintenir la constance d'écartement des graduations correspondant à des fractions de débit identiques. Il existe aussi un type de tube à diamètre interne constant (fig. 7 C), mais doté de rainures dont la profondeur va en augmentant de bas en haut et qui constituent l'orifice variable. Ce type de débitmètre est très précis.
Le flotteur a la forme d'une bobine, d'une toupie ou d'une sphère. Il est en métal léger (aluminium) ou en matière plastique (fig. 8). Le flotteur à forme de bobine ou de toupie est encore appelé " rotor ". Il comporte en effet des rainures obliques, génératrices d'un mouvement de rotation qui le maintient dans l'axe du tube empêchant ainsi son frottement contre la paroi interne de celui-ci. La sphère n'impose pas une verticalité du tube aussi stricte que les bobines ou les toupies. La lecture du débit s'effectue en prenant comme repère le bord supérieur de la bobine et de la toupie, ou encore l'équateur de la sphère. Chaque tube étant étalonné pour un flotteur donné, le bris du tube oblige à changer l'ensemble.
Les rotamètres usuels sont peu précis aux débits inférieurs à 1 l·min-1 [44]. Ce défaut n'existe pas avec les rotamètres à 2 colonnes branchées en série, ou en cascade. Pour prévenir la constitution d'un mélange hypoxique en cas de fuite, le tube collecteur de gaz est conçu de façon à ce que l'O2, passant par le premier débitmètre de la rampe débitmétrique, c'est-à-dire celui de l'extrême gauche, soit le dernier gaz à s'ajouter au mélange (fig. 9). Aux États-Unis, le débitmètre d'O2 se situe à l'extrême droite pour des raisons identiques.
Débitmètres à palette
Le débitmètre à palette ou débitmètre de Gauthier, peut être assimilé à un débitmètre à orifice constant (fig. 10). Le bris du verre couvrant la chambre de mesure du débitmètre d'O2 peut entraîner la constitution d'un mélange hypoxique par fuite du gaz à l'extérieur.
L'appareil fonctionne dans toutes les positions.
Débitmètres électroniques
Les débitmètres électroniques comportent soit deux thermistances, l'une mesurant le débit et l'autre servant de référence en déterminant la température du gaz, soit deux résistances alimentées par un pont de Wheatstone, donnant un signal proportionnel au transfert de chaleur, c'est-à-dire au débit. Ils permettent le contrôle automatique des débits de gaz respectifs, donc la prévention de la constitution de mélanges hypoxiques et l'enregistrement des débits, par ailleurs affichés par une barrette de diodes électroluminescentes, ou de façon digitale.
Débitmètres-mélangeurs à débit de N2O asservi à celui d'O2
Ils ont été mis au point pour empêcher la constitution d'un mélange gazeux hypoxique en cas d'erreur de manipulation des boutons des débitmètres d'O2 et de N2O. Leur présence est recommandée par circulaire ministérielle [8]. Ils sont conçus pour délivrer une concentration minimale d'O2 de 25 à 30 vol %. Ils comportent un asservissement pneumatique ou mécanique du débit de N2O à celui d'O2. Les appareils à trois gaz (O2- N2O-air à usage médical) ont, soit un commutateur O2 + N2O ou O2 + air, empêchant l'administration simultanée de N2O et d'air, soit un analyseur O2 et N2O indissociable du bloc débitmétrique.
Le débitmètre-mélangeur Quantiflex® MDM (" monitored dial mixer ") de Cyprane- Ohmeda est le représentant du groupe des appareils à asservissement pneumatique (fig. 11) [18]. En font aussi partie l'appareil ORMC® (" oxygen ratio monitor controller ") de " North American Dräger ", les appareils DS2® et DS3® (Dräger, France), les appareils Mix 2® et Mix 3® (Fourès). Ces appareils assurent une coupure automatique du N2O en cas de défaut d'alimentation en O2. En cas de perte d'étanchéité du système d'asservissement pneumatique, le N2O peut pénétrer dans le circuit d'O2, donc entraîner une rétropollution et vice versa, en l'absence d'un dispositif antiretour.
Le débitmètre-mélangeur Link 25 antihypoxia system® (Ohmeda) comporte un asservissement mécanique par chaînette (fig. 12). Cette catégorie d'appareils n'assure pas une coupure automatique du N2O, qui doit être ajoutée à part. Par contre, il n'y a pas de risque de contamination d'un gaz par un autre, comme dans le cas des débitmètres-mélangeurs à asservissement pneumatique.
Les débitmètres-mélangeurs ont deux types d'inconvénients communs. Certains modèles ne sont pas adaptés à l'anesthésie à faible débit de gaz frais car : ils ne sont pas capables de délivrer des débits inférieurs à 2 l·min-1 ; ils ne sont pas assez précis aux faibles débits, pour des raisons de construction et parce que l'appareil a été calibré avec un mélange O2 30 vol % - N2O 70 vol %, alors que dans les conditions de faible débit, le mélange employé a une composition différente.
Ils ne peuvent empêcher l'administration d'un mélange gazeux hypoxique dans les situations suivantes : inversion des tuyaux d'alimentation en amont du débitmètre, en effet l'appareil ne " reconnaît " pas les gaz ; alimentation du débitmètre par de l'O2 " pollué " par du N2O ou de l'air médical ; défaut du débitmètre avec fuite sur le circuit d'O2, entre le flotteur et le collecteur de sortie, défaut du dispositif d'asservissement du débit de N2O à celui d'O2, défaut du robinet [1, 19, 22, 24, 34, 47] ; administration simultanée d'O2, de N2O et d'air par suite de l'absence de commutateur N2O/air ; défaut du bypass d'O2 avec fuite prédominante d'O2 à ce niveau [27] ; position incorrecte du robinet sélecteur système anesthésique principal/système accessoire, à la sortie du SAGF ; constitution d'un mélange hypoxique dans le système anesthésique par : alimentation avec un faible débit de gaz frais, donc apport d'O2 insuffisant, accumulation d'azote et d'autres gaz, pénétration d'air par l'entrée d'air ambiant ou par une fuite au niveau du système anesthésique ou du ballonnet du tube endotrachéal, à l'occasion de la constitution d'une pression négative dans le système (ventilateur à soufflet aspiratif, système antipollution défectueux), entrée d'air moteur dans le ballon ou le soufflet d'un ventilateur à circuit double.
Pour ces raisons, la présence d'un débitmètre-mélangeur ne dispense pas de celle d'un analyseur d'O2, seul capable de reconnaître l'O2 et d'en mesurer la concentration.
VAPORISATEURS
Un vaporisateur, ou vaporiseur, ou évaporateur, est un dispositif qui transforme un anesthésique liquide en sa vapeur et en délivre une concentration contrôlable dans le mélange de gaz vecteur qui le traverse. Il devrait être capable de fournir une concentration de vapeur précise, même pour un débit de gaz vecteur réduit à 250 ml·min-1 [23, 46].
Généralités
La vaporisation dépend de la volatilité du liquide, qui est caractérisée par son point d'ébullition et sa pression de vapeur saturante (tableau I).
La pression de vapeur saturante, c'est-à-dire la pression de vapeur maximale pour une température donnée, est obtenue à l'aide de l'équation d'Antoine [38] : (P = pression, A-B-C = constantes d'Antoine, t = température).
La quantité de vapeur délivrée par un vaporisateur s'exprime habituellement en vol %, c'est-à-dire en nombre de volumes de vapeur par rapport à 100 volumes du mélange gaz vecteur + vapeur anesthésique.
La concentration maximale de vapeur en vol % pour un anesthésique volatil est donnée par les relations : volume/100 = pression de vapeur saturante/pression ambiante ; vol % = pression de vapeur saturante × 100/pression ambiante.
Sachant que la pression de vapeur saturante de l'halothane est de 244 mmHg à 20 °C, la concentration maximale de vapeur que pourra délivrer un vaporisateur à cette température sera égale à : La quantité de vapeur formée estdonnée par les relations suivantes : (T° = température à laquelle la vaporisation a lieu ; le volume de vapeur formée dépend de T° ; même remarque pour l'équation suivante ; à noter que la densité dépend aussi de T°) ; Avec les anesthésiques fluorés actuels, 1 ml de liquide donne environ 200 ml de vapeur. La consommation horaire approximative d'anesthésique liquide par les vaporisateurs de type Tec 4® et Tec 5® est obtenue à l'aide de la relation suivante : ml anesthésique liquide/heure = 3 × concentration affichée (vol %) × débit de gaz vecteur (l·min-1)
Catégories de vaporisateurs
En fonction des modalités de vaporisation on peut distinguer les catégories suivantes : Vaporisateurs à léchage (" flow over vaporizers " ou " plenum vaporizers "). Dans la chambre de vaporisation, le gaz vecteur passe au contact de la surface du liquide et de mèches imbibées de celui-ci et se charge de vapeur. La quantité de vapeur produite dépend du débit de gaz vecteur qui va se charger en vapeur, ainsi que de la surface et du temps de contact avec le liquide, donc de la capacité et de la configuration de la chambre de vaporisation.
La puissance et la volatilité des anesthésiques liquides actuels étant élevées, la concentration de vapeur produite dans la chambre de vaporisation est nettement supérieure à celle requise pour l'anesthésie. C'est pourquoi les vaporisateurs à léchage ont aussi pour fonction de diluer la vapeur formée dans cette chambre afin de la ramener dans le domaine de concentration utile. Le gaz vecteur est soit " aspiré " à travers cette chambre (" draw-over vaporizers " ou " simple plenum vaporizers ") ou " poussé " à travers celle-ci (" push-over vaporizers " ou " improved plenum vaporizers "). A sa sortie de la chambre, le gaz vecteur chargé de vapeur est dilué par du gaz vecteur, qui a contourné la chambre en passant par le bypass. Le réglage de la concentration de vapeur délivrée se fait en modifiant la proportion respective de gaz vecteur passant par le bypass et la chambre de vaporisation. C'est pourquoi ces appareils sont aussi appelés vaporisateurs à bypass variable.
Vaporisateurs à bullage (" bubble-through vaporizers "), tels le Copper Kettle® et l'Halox® ; le gaz vecteur est libéré sous forme de bulles au sein du liquide anesthésique ; cette modalité n'est pas utilisée en France.
Vaporisateurs à gicleur, injectant une suspension de gouttelettes dans le flux de gaz frais.
Vaporisateurs à injection d'anesthésique liquide dans le système anesthésique où il s'évapore ; cette modalité n'est pas encore commercialisée en France.
Vaporisateurs à injection de vapeur sous pression dans le système anesthésique (vaporisateurs chauffants).
Vaporisateurs " draw-over " à bypass variable
Ils se caractérisent par le fait qu'une partie du mélange de gaz vecteur, ou de l'air ambiant, est " tiré par-dessus " le liquide anesthésique pour se charger en vapeur, sous l'effet de l'inspiration du patient, d'où le terme d'inhalateur aussi donné à ces appareils, ou de l'aspiration par un ballon autogonflable (ballon Ambu®, ballon Laerdal®, soufflet). Ils sont traversés par un débit de gaz intermittent, rythmé par les mouvements d'inspiration ou d'aspiration, avec une pression nulle (pression ambiante) à l'orifice d'entrée et une pression négative à l'orifice de sortie. Ils peuvent aussi être traversés par un débit continu de gaz.
Leur anatomie étant simple, les résistances internes au passage des gaz sont peu élevées.
De ce fait, ils peuvent être intégrés dans le système anesthésique lui-même, au lieu du SAGF, et être utilisés en ventilation spontanée. Quand un vaporisateur est intégré dans le système anesthésique, la quantité de vapeur délivrée est proportionnelle à la ventilation minute. Dans le cas d'un circuit filtre, si le gaz vecteur pénétrant dans le vaporisateur contient déjà de la vapeur anesthésique, celui-ci peut délivrer des concentrations dangereuses. Etant des appareils peu précis, ils ne sont généralement pas calibrés, c'està- dire gradués en vol %, mais comportent de simples repères arbitraires. Ils sont utilisés dans des situations d'exception, notamment en cas d'absence d'électricité et de gaz comprimés. Dans cette catégorie, entrent en particulier le vaporisateur EMO® (" Epstein- Macintosh-Oxford "), les vaporisateurs OMV® (" Oxford miniature vaporizer ", Penlon) et les vaporisateurs " draw-over " TEC® qui équipent le système PAC® (Ohmeda).
L'appareil OMV fifty® (appellation s'expliquant par une capacité en anesthésique liquide de 50 ml) est la version militaire de l'OMV®. Il a des résistances inférieures à 1 cmH2O pour un débit de gaz vecteur de 40 l·min-1(fig. 13). Il pèse 1,4 kg.
L'appareil ne comporte pas de valve thermométrique compensant les effets de la variation de température sur le débit de vapeur. Il dispose, par contre, d'une réserve calorique. Il peut être utilisé avec différents anesthésiques volatils et comporte, dans ce but, des cadrans de graduations interchangeables. Les concentrations de vapeur délivrées divergent de 0,5 à 1 vol % par rapport aux concentrations affichées [31].
L'appareil PAC® a des résistances inspiratoires inférieures à 1 cmH2O pour un débit de gaz de 30 l·min-1 (fig. 14). Il pèse 2,3 kg et peut contenir 85 ml d'anesthésique liquide. Le bouton de réglage des concentrations actionne une valve rotative faisant office de répartiteur du flux de gaz vecteur entre le bypass et la chambre de vaporisation. L'appareil dispose d'une valve thermométrique à bilame [4].
Vaporisateurs calibrés à bypass variable
Comme les précédents, ces appareils sont de type " flow-over " c'est-à-dire à léchage du liquide anesthésique par le gaz vecteur. Ils sont beaucoup plus précis. Leur bouton de réglage de concentrations de vapeur comporte des graduations en vol %. Ils sont compensés vis-à-vis d'une variation thermique, spécifiques d'un agent donné et placés obligatoirement dans le SAGF, c'est-à-dire en amont du système anesthésique.
Le mélange de gaz vecteur y est scindé en 2 courants d'importance inégale par une valve rotative faisant office de répartiteur ou proportionneur et réglant ainsi la concentration de vapeur délivrée (fig. 15) et(fig 16). Le plus faible, généralement moins de 10 % du flux total, traverse la chambre de vaporisation où il est saturé en vapeur anesthésique. Le plus grand, plus de 90 % du flux total, contourne cette chambre en passant par le bypass, pour diluer le gaz chargé de vapeur qui en sort, de façon à obtenir la concentration souhaitée.
Les appareils fonctionnent donc comme des " dilueurs de vapeur ", car les agents actuels donnent lieu en s'évaporant à des concentrations de vapeur dangereuses et nettement supérieures à celles requises en clinique. La valve rotative, qui règle la proportion respective des deux courants gazeux en modifiant les résistances à leur passage, est située soit à l'entrée du bypass, soit à la sortie de la chambre de vaporisation.
Afin d'obtenir une saturation complète du gaz vecteur traversant la chambre de vaporisation et permettre, par là, une dilution précise, quel que soit le débit de gaz traversant le vaporisateur, celui-ci doit offrir une surface d'échange suffisamment étendue et rester à température constante, ou du moins bénéficier d'une compensation des variations de celle-ci.
Une surface d'échange suffisante est obtenue par un allongement du trajet du gaz vecteur dans la chambre de vaporisation, au moyen de baffles et/ou d'un trajet en colimaçon.
Cette complexité accrue du trajet des gaz explique les fortes résistances s'opposant au passage du gaz vecteur à travers l'appareil, que le patient n'est pas capable de vaincre par lui-même. Aussi le gaz vecteur doit-il être " poussé " à travers l'appareil, d'où le terme de " push-over vaporizers ", par opposition à celui de " draw-over vaporizers " (cf. supra), ou encore de " improved plenum vaporizers " donné à cette catégorie d'appareils. Ce dernier terme désigne une catégorie de climatiseurs, où l'air est envoyé sous pression dans une enceinte pour être filtré, humidifié et amené à la température souhaitée avant d'être distribué. La pression du gaz vecteur entrant dans le vaporisateur doit être suffisante pour permettre un débit d'au moins 30 l·min-1, c'est-à-dire 500 ml·s-1. De ce fait, les appareils de cette catégorie doivent être intégrés dans le SAGF pour être traversés par un débit continu de gaz vecteur à pression suffisante.
La stabilité thermique est obtenue au moyen d'une grande masse de métal entourant la chambre de vaporisation et constituant à la fois un réservoir de calories et un dispositif de transfert de chaleur entre le milieu ambiant (air, table d'anesthésie en métal) et le liquide volatil. La compensation de l'abaissement de température s'effectue par l'intermédiaire d'une modification automatique du débit de gaz vecteur à travers la chambre de vaporisation. Quand le débit de vapeur diminue par suite de la chute de température, l'augmentation compensatrice du débit de gaz vecteur à travers la chambre fournit des calories, améliore le transport de vapeur et maintient constante la concentration de vapeur anesthésique. L'ajustement du débit de gaz vecteur se fait automatiquement, à l'aided'une valve thermométrique à bilame ou à tige. Cette valve est actuellement placée dans le bypass et non plus dans la chambre de vaporisation pour ne pas être endommagée par le liquide anesthésique, ainsi que le thymol dans le cas de l'halothane.
Précision des vaporisateurs à bypass variable
Chaque appareil est calibré en vol % pour un liquide anesthésique, une fourchette de pression et de température, un gaz vecteur, une gamme de débits et un sens de passage donnés.
La précision d'un vaporisateur s'exprime par le rapport entre la concentration délivrée en fonction de la concentration affichée sur le bouton de réglage. Des courbes de précision, ou de performance, sont généralement établies en fonction de la nature et du débit de gaz vecteur, de la température et de la durée de fonctionnement de l'appareil où intervient notamment la qualité de la valve thermométrique (fig. 17). Dans le cas idéal, les concentrations affichées et délivrées sont identiques et le rapport égal à 1. Un écart maximal de ± 20 % de la concentration délivrée par rapport à celle affichée (ou ± 0,2 vol %) est généralement accepté. Le manque de précision peut se traduire par une concentration délivrée inférieure à la concentration affichée et vice versa. La première éventualité est la plus fréquente. Le manque de précision est lié à 3 facteurs : la conception de l'appareil, ses conditions d'utilisation et son degré d'usure. Les performances avancées par les constructeurs concernent les appareils à l'état neuf [23].
Rôle de la température ambiante
Dans les conditions normales d'utilisation, la température ambiante intervient peu. En effet, la valve thermométrique du vaporisateur réalise une compensation convenable pour des températures comprises entre 15 et 36 °C. Pour des températures inférieures, la concentration de vapeur sera inférieure à la valeur affichée et vice versa.
Rôle de la pression ambiante
Tant que la pression ambiante varie peu par rapport à la pression de calibration de 760 mmHg, la précision de l'appareil n'est pas affectée. Il n'en est plus de même dans les conditions d'hypobarie et d'hyperbarie. Une variation de la pression ambiante ne modifie pas la pression de vapeur saturante dans la chambre de vaporisation (qui ne dépend que de la température), mais la concentration de vapeur et, par conséquent, celle délivrée par l'appareil. Ainsi, dans un vaporisateur à halothane, la concentration de vapeur dans la chambre de vaporisation est égale à 32 vol % (244/760) à 760 mmHg, à 64 vol % (244/380) à 380 mmHg (soit à environ 5 500 m d'altitude) et à 16 vol % (244/1 520) à 1 520 mmHg (2 ata). Pour une concentration de vapeur affichée de 1 vol %, la concentration de vapeur délivrée à 380 mmHg sera égale à 3,6 vol % et celle délivrée à 1 520 mmHg égale à 0,4 vol %.
Comme la profondeur de l'anesthésie dépend non pas de la concentration en vol %, mais de la pression partielle de la vapeur anesthésique, un changement du réglage du vaporisateur est généralement inutile, la pression partielle de la vapeur sortant de l'appareil variant peu pour les changements de pression ambiante auxquels l'appareil est habituellement soumis.
A 760 mmHg, et pour une concentration de 1 vol %, la pression partielle de vapeur délivrée est égale à 7,6 mmHg (1/100 × 760), correspondant à une puissance anesthésique de 1,33 concentration alvéolaire minimale (" minimum alveolar concentration " ou MAC) (7,6/5,7), la MAC de l'halothane étant égale à 0,75 vol % donc 5,7 mmHg (760 × 0,75/100). A 380 mmHg et pour une concentration délivrée de 3,6 vol %, la pression partielle de vapeur délivrée passe à 13,8 mmHg (3,6/100 × 380) et la puissance anesthésique à 2,4 MAC (13,8/5,7). A 1 520 mmHg et pour une concentration délivrée de 0,4 vol %, la pression partielle de vapeur délivrée passe à 6,1 mmHg (0,4/100 × 1 520) et la puissance anesthésique à 1,07 MAC. Ces considérations ne tiennent pas compte des effets de la variation de pression sur la densité des gaz constituant le mélange de gaz vecteur, donc des débits de gaz vecteur passant respectivement par la chambre de vaporisation et le bypass, sous l'effet du proportionneur actionné par le bouton de réglage des concentrations.
Rôle du liquide anesthésique
Le liquide anesthésique intervient par sa nature, sa température et sa situation dans le
vaporisateur.
Chaque vaporisateur est calibré pour un liquide anesthésique donné. Quand il est rempli, par erreur, d'un anesthésique plus volatil, comme dans le cas de l'halothane et de l'isoflurane pour le vaporisateur d'enflurane, l'appareil va délivrer une concentration de vapeur supérieure à la concentration affichée sur le bouton de réglage et vice versa [7].
L'équivalent de l'erreur de remplissage est la pollution d'un vaporisateur d'aval par un vaporisateur d'amont, fonctionnant simultanément. La prévention de ces risques est obtenue par les dispositifs de remplissage et de vidange à détrompeur mécanique (cf. infra), les dispositifs empêchant la mise en fonction simultanée de deux cuves, le placement de la cuve destinée à l'anesthésique le plus volatil et le plus puissant, c'est-àdire l'halothane à l'heure actuelle, en fin d'une batterie de vaporisateurs associés en série.
La température du liquide volatil, rajouté en cours d'utilisation du vaporisateur, intervient si elle diffère de celle de l'appareil. Quand la température du liquide est inférieure, la valve thermométrique augmente la proportion de gaz vecteur traversant la chambre de vaporisation, et par conséquent, la concentration de vapeur délivrée et vice versa. Cet effet, dont l'intensité dépend notamment de l'écart de température, n'atteint son maximum qu'après un délai assez long avec certains appareils. Il s'explique par l'action du liquide sur la valve thermométrique, dont le temps de réponse est généralement compris entre 5 et 10 min par degré de température. Ces variations de précision sont généralement transitoires et sans répercussions cliniques significatives.
Quand une cuve vide est remplie, les concentrations délivrées restent inférieures à celles affichées, le temps nécessaire à l'imbibition des mèches et à l'adaptation de la valve thermométrique.
Quand, du fait d'une inclinaison trop forte et à plus forte raison d'un renversement d'un vaporisateur, le liquide anesthésique sort de la chambre de vaporisation pour pénétrer dans le bypass, voire dans le système anesthésique branché en aval, des concentrations de vapeurs très élevées, susceptibles d'entraîner rapidement un arrêt circulatoire, peuvent se constituer. En présence d'un tel accident, la simple mise en position " arrêt " de la cuve ne suffit pas. L'appareil doit être enlevé et rincé pendant une durée suffisante par du gaz vecteur à débit élevé. Les modèles récemment mis sur le marché tolèrent des inclinaisons relativement fortes, sans qu'il y ait sortie de liquide anesthésique de la chambre de vaporisation. En position " arrêt ", certains modèles peuvent être renversés de 180°, sans sortie de liquide [41].
Rôle du gaz vecteur
Le mélange de gaz vecteur intervient par son sens de passage à travers l'appareil, ses variations de pression, sa composition et son débit.
Effets du sens de passage
Les vaporisateurs sont calibrés pour un sens de passage donné du flux de gaz vecteur. Quand ce dernier passe en sens contraire, la concentration de vapeur délivrée est supérieure à la valeur affichée, sauf dans le cas des appareils Abingdon® où elle est inférieure [26]. Des accidents ont été rapportés [42].
Effets des fluctuations de pression
Les fluctuations de pression prenant naissance dans le système anesthésique se répercutent sur le fonctionnement du vaporisateur placé en amont, dès lors qu'elles dépassent une certaine amplitude. Elles sont engendrées par la ventilation à pression positive intermittente, ainsi que l'utilisation du bypass d'O2. La chambre de vaporisation se comporte comme une capacité branchée en dérivation sur le circuit. Selon le cas, une fluctuation de pression crée un " effet de pompage " ou un " effet de pressurisation ".
Effet de pompage
L'effet de pompage, qui augmente la concentration de vapeur délivrée par rapport à la valeur affichée, est observée avec les vaporisateurs soumis à d'importantes variations de pression, alimentés par un débit de gaz généralement inférieur à 1 l·min-1, réglés sur une concentration de vapeur basse et possédant une chambre de vaporisation de grande capacité, donc un grand volume compressible.
Les moyens de prévention de l'effet de pompage sont : la diminution de capacité de la chambre de vaporisation et l'augmentation de la capacité du bypass ; l'allongement du trajet d'entrée dans la chambre à l'aide d'un conduit spiralé par exemple, de manière à ce que le temps nécessaire pour le parcourir ne permette plus au gaz vecteur d'atteindre le bypass à contre-courant ; la diminution de l'évaporation à l'entrée de la chambre en supprimant les mèches à ce niveau ; la mise en place, à la sortie de l'appareil, d'une valve antiretour qui amortit fortement la transmission des fluctuations de pression provenant du circuit anesthésique.
Effet de pressurisation
L'effet de pressurisation, qui diminue la concentration de vapeur délivrée par certains appareils, s'observe préférentiellement avec des vaporisateurs fonctionnant sous un débit de gaz élevé, réglés à une faible concentration de vapeur et subissant de grandes fluctuations de pression.
En définitive, chaque fois qu'un vaporisateur n'est pas protégé vis-à-vis des fluctuations de pression qui lui parviennent du système anesthésique d'aval, son débit de vapeur va osciller sous l'action conjuguée de l'effet de pompage et de l'effet de pressurisation. Les conséquences sont notables quand la fluctuation de la pression dépasse 100 mmHg. En règle générale, l'effet de pompage a une importance plus grande que l'effet de pressurisation. Les vaporisateurs comportent maintenant un système de protection vis-à-vis de ces fluctuations, qui sont par ailleurs moins importantes avec les ventilateurs actuels.
Effets de la composition du mélange de gaz vecteur
Le débit de vapeur d'un appareil dépend de la composition du mélange de gaz vecteur qui le traverse. Les vaporisateurs sont généralement calibrés avec l'O2. De ce fait, le passage de l'O2 à un mélange O2 + N2O ou O2 + air, et vice versa, va modifier le débit de vapeur. La composition du mélange gazeux intervient notamment par la solubilité des gaz dans les liquides et leur viscosité [40]. Ainsi, l'adjonction de N2O diminue transitoirement le débit de vapeur car, par suite de sa solubilité, 1 ml d'anesthésique liquide capte environ 4 ml de N2O gazeux. A l'inverse, le débit de vapeur augmente à l'arrêt de l'adjonction de N2O. Par ailleurs, une variation de la viscosité du mélange gazeux modifie la performance de la valve de proportionnement. Ainsi, l'augmentation de la concentration de N2O réduit la proportion de gaz vecteur, traversant la chambre de vaporisation, diminuant ainsi la concentration de vapeur anesthésique.
D'un point de vue pratique, les modifications sont peu importantes, aussi bien sous l'angle de leur amplitude (généralement inférieure à 10 %) que de leur durée dans le cas de la température et n'ont pas de signification clinique réelle, sauf en cas d'anesthésie avec un très faible débit de gaz frais. De plus, la diminution de concentration de vapeur accompagnant l'introduction du N2O est largement compensée par l'effet potentialisateur de cet agent.
Effets du débit de gaz vecteur
La précision d'un vaporisateur doit être correcte pour une large gamme de débits de gaz vecteur, allant de 250 ml·min-1 à 30 l·min-1.
Rôle de l'usure
Le vieillissement diminue la précision des vaporisateurs, dont la concentration de vapeur délivrée passe généralement, de plus en plus, en dessous de la valeur affichée. Les facteurs contributifs sont l'usure des pièces, l'encrassement des conduits, le vieillissement des mèches et l'accumulation du thymol dans le cas de l'halothane.
Le phénomène d'usure peut être ralenti, et en partie corrigé, par le contrôle régulier du fonctionnement des cuves et leur entretien périodique, avec changement des mèches en tissu ou nettoyage des mèches métalliques. Pour prévenir l'accumulation de thymol, une vidange hebdomadaire des cuves à halothane est recommandée [39].
La plupart des causes d'imprécision évoquées plus haut ont une importance limitée. Il convient néanmoins de les connaître car leur sommation peut éventuellement être à l'origine de problèmes majeurs. Ceux-ci sont essentiellement la conséquence de pannes intercurrentes qui peuvent être décelées par une vérification de l'appareil avant utilisation [15].
Dispositifs de sécurité
Deux dispositifs extérieurs au vaporisateur proprement dit permettent d'augmenter sa sécurité d'utilisation.
Rampe de suspension des vaporisateurs
La rampe de suspension de type Sélectatec® (Ohmeda) met à l'abri des situations suivantes : renversement accidentel d'un vaporisateur non fixé, avec sortie d'anesthésique liquide de la chambre de vaporisation et constitution de concentrations de vapeur susceptibles d'atteindre 32 vol % dans le cas de l'halothane et de l'isoflurane et de 23 vol % pour l'enflurane à 20 °C ; branchement de l'appareil en sens inverse, avec risque d'augmentation notable de la concentration de vapeur délivrée ; passage à travers l'appareil du flux d'O2 à grand débit en provenance du bypass, avec importante augmentation de la quantité de vapeur délivrée ; mise en fonction simultanée de 2 vaporisateurs montés en série, avec pour effet de mélanger 2 anesthésiques dans le vaporisateur d'aval.
Néanmoins, en cas de défaut, cette rampe peut aussi donner lieu à la constitution d'un mélange gazeux inadéquat [9, 16, 37].
Dispositifs de remplissage des vaporisateurs
Les dispositifs de remplissage des vaporisateurs avec un détrompeur mécanique ou clé de remplissage, ou " pin safety filler system ", mettent à l'abri de l'introduction accidentelle d'un liquide anesthésique auquel l'appareil n'est pas destiné, ainsi que son éventuelle vidange dans un flacon contenant un autre anesthésique. De plus, ils suppriment la pollution de l'air ambiant lors du remplissage ou de la vidange de la cuve. En cas d'erreur de remplissage, la vapeur délivrée non seulement ne correspondra pas à celle que l'on croit administrer, mais, de plus, sa concentration différera de celle qui est affichée. Les conséquences sont d'autant plus graves que l'appareil en cause est calibré pour un anesthésique moins volatil et moins puissant que celui qu'il contient par erreur. Des malfaçons de fabrication ont cependant permis de prendre ces dispositifs en défaut [35, 36].
Principaux vaporisateurs
TEC®
Le TEC® (" temperature compensated vaporizer ", Cyprane-Ohmeda) existe actuellement dans les types 3, 4 et 5, avec une version spécifique pour chacun des trois anesthésiques fluorés disponibles (Fluotec®, Enfluratec®, Isotec®).
TEC 3®
Le flux de gaz vecteur est séparé en deux fractions par la valve rotative de proportionnement (fig. 18). La fraction la plus importante passe par le bypass.
L'autre pénètre dans la chambre de vaporisation, en remontant ensuite au contact de mèches dans un couloir en colimaçon imposé par une spirale métallique d'une longueur de 190 cm. Le gaz vecteur, saturé de vapeur, rejoint ensuite l'autre courant gazeux où une dilution s'effectue.
La contenance de la chambre de vaporisation est de 135 ml et 35 ml sont retenus par les mèches. L'inclinaison de l'appareil, alors que le bouton de réglage n'est pas en position " arrêt " peut donner lieu à l'émission de vapeur de concentration supérieure à celle affichée [41]. L'appareil pèse 6,3 kg.
Pour des concentrations affichées ne dépassant pas 3 vol %, les concentrations délivrées sont indépendantes du débit de gaz vecteur, tant que celui-ci est compris entre 0,3 et 10 l·min-1 et la température entre 15° et 40 °C. Au-delà de 3 vol %, les concentrations délivrées tendent à augmenter aux débits faibles et à diminuer aux débits élevés [30, 32]. Les résistances au passage des gaz sont de 5 cmH2O / 5 l·min-1 de débit de gaz vecteur (O2), quand l'appareil est en position arrêt. Quand il est en fonction, elles atteignent 21 à 29 cmH2O / 5 l·min-1 selon la concentration affichée, 50 cmH2O / 10 l·min-1 et 150 cmH2O / 30 l·min-1.
TEC 4®
Les appareils de cette génération sont dotés d'un dispositif de verrouillage mutuel n'autorisant la mise en fonction que d'un seul appareil dans une batterie de vaporisateurs en série [17]. Ils comportent aussi un système de remplissage avec détrompeur. Leur configuration interne est proche de celle des TEC 3®. La capacité de la chambre de vaporisation est de 125 ml de liquide volatil et 35 ml sont absorbés par les mèches (fig. 19). L'appareil pèse 7,6 kg.
TEC 5®
Les modèles de cette série sont précis pour des débits de gaz vecteur allant de 0,2 à 15 l·min-1. La capacité du réservoir de la chambre de vaporisation est de 300 ml et 75 ml sont retenus par les mèches, ce qui permet de réduire la fréquence des remplissages (fig. 20). Alors que dans le TEC 3® et le TEC 4®, le gaz vecteur se charge en vapeur, via le serpentin en fin de son trajet, dans le TEC 5®, il se charge en vapeur dès son entrée dans la chambre, ce qui augmente sa précision aux faibles débits de gaz. Alors que dans le TEC 3®, le gaz vecteur effectue un trajet en colimaçon entre les spires du serpentin de la chambre de vaporisation, dans le TEC 5® le gaz chemine à l'intérieur même du serpentin qui consiste en une mèche tubulaire hélicoïdale, en métal tressé et imbibée d'anesthésique.
Usage du gaz frais
Autres appareils
Dans cette catégorie entrent les vaporisateurs Abingdon® et PPV® (Penlon-Kontron), Vapal® (MIE-Taema). Les vaporisateurs Abingdon® ont une précision inférieure aux précédents, en particulier aux faibles débits de gaz.
Vaporisateurs à gicleur
Le Vaporizer® 950, 951, 952 (Siemens-Elema), conçu pour l'usage exclusif sur le Servoventilator, fonctionne à la manière d'un carburateur (fig. 22). Il doit être alimenté par un mélangeur de gaz à une pression de 3,5 à 5 bars. L'anesthésique liquide, comprimé par le mélange de gaz frais, est pulvérisé dans celui-ci à l'aide d'une buse d'injection. Sa contenance d'anesthésique liquide est de 125 ml. Les performances sont satisfaisantes pour des débits de gaz frais supérieurs à 5 l·min-1. Une compensation thermique est inutile. La viscosité du mélange de gaz vecteur, donc sa composition, influence la précision du vaporisateur.
Vaporisateurs à injection d'anesthésique liquide dans le système anesthésique avec de faibles débits de gaz frais et de connaître la consommation d'anesthésique liquide.
Elle a pour inconvénients de requérir un dispositif mettant à l'abri des injections de quantités d'anesthésique liquide trop grandes et impose la présence d'un analyseur de concentration de vapeur. Les vaporisateurs à injection n'ont pas les inconvénients des vaporisateurs à bypass variable et n'ont pas besoin d'être calibrés.
La technique consiste à injecter l'anesthésique liquide à l'aide d'une seringue dans le segment d'entrée des gaz frais ou dans le segment expiratoire du système anesthésique, de façon à tirer profit des calories des gaz expirés et permettre une homogénéisation du mélange gaz-vapeur avant administration [12, 13, 29, 45, 48]. Le dispositif est conçu de façon à ne permettre que l'administration de faibles quantités d'anesthésique liquide parfaitement contrôlables. L'injection est généralement faite à l'aide d'une seringue électrique de précision, commandée par un dispositif électronique.
Vaporisateurs à injection de vapeur sous pression
Dans cette catégorie d'appareils, le liquide anesthésique est chauffé par une résistance électrique à une température supérieure à son point d'ébullition et, la vapeur ainsi formée, libérée à une pression supra-atmosphérique et à la concentration de 100 vol % dans le flux de gaz vecteur ou le système anesthésique.
Vaporisateur Elsa® (Gambro Engströ m)
Cet appareil comporte trois chambers de vaporisation chauffées par une résistance électrique, pour les trois anesthésiques halogénés actuels (fig. 23). La température est de 70 °C pour l'halothane et l'isoflurane, de 80 °C pour l'enflurane. Les pressions atteintes sont de 1 400 mmHg pour les deux premières et de 1 600 mmHg pour la dernière. La fréquence de libération des bolus de vapeur est proportionnelle à la concentration de vapeur souhaitée. La vapeur formée est ajoutée au mélange de gaz frais par l'intermédiaire d'une valve de dosage électromagnétique. Chaque ouverture de la valve laisse échapper 1 ml de vapeur pure. Le fonctionnement du vaporisateur est asservi aux informations données par un analyseur de concentration de vapeur. La régulation du débit de vapeur se fait en fonction du débit de gaz frais et de la concentration affichée sur le bouton de réglage. Le débit de vapeur s'arrête en cas de survenue d'un écart de plus de 20 % entre la concentration réglée et celle mesurée par l'analyseur.
Vaporisateur TEC 6® (Ohmeda)
Le TEC 6® (DM 5 000) a été mis au point pour la vaporisation du desflurane (Suprane®), qui se caractérise par une forte volatilité, comme en témoignent son faible point d'ébullition et sa pression de vapeur élevée (tableau I). Par suite de la grande consommation de chaleur, donc du refroidissement de l'appareil, le débit de vapeur s'effondrerait rapidement dans un vaporisateur usuel. Pour obtenir une concentration de vapeur stable, l'appareil est chauffé à l'aide de résistances électriques à 39 °C ± 2. A cette température la pression dans la chambre de vaporisation est d'environ 0,97 bar (soit 737 mmHg de pression relative et 1 500 mmHg de pression absolue). La cuve a une capacité réelle de 450 ml et une capacité utile de 390 ml.
L'appareil TEC 6® se base sur le principe de l'injection de vapeur dans le mélange de gaz frais faisant office de diluant (fig. 24). Le mélange de gaz vecteur ne passe pas par la chambre de vaporisation comme dans le cas des vaporisateurs à bypass variable. La valve rotative de réglage de la concentration de vapeur contrôle la quantité de vapeur ajoutée au flux de gaz frais. La pression de la vapeur arrivant à la valve rotative est déterminée par une valve de contrôle automatique dont le degré d'ouverture est asservi à la pression du gaz vecteur entrant dans l'appareil. Celui-ci passe par un réducteur de débit de calibre fixe, avant de rejoindre la vapeur qu'il va diluer. De ce fait, les manomètres mesurent une pression proportionnelle au débit de gaz vecteur et pourront commander le débit de vapeur en conséquence. Pour des raisons de sécurité, le transducteur de pression différentielle est doublé et la valve de contrôle automatique de débit de vapeur est contrôlée par une valve d'arrêt. Par suite de la grande capacité de la chambre de vaporisation, un échappement de vapeur dans le système doit être prévenu et immédiatement reconnu, compte tenu du risque de surdosage et d'hypoxie [20].
Par ailleurs, en cas d'alarme un verrou automatique remet la valve de réglage de la concentration de vapeur en position de débit nul. Un dispositif spécial met à l'abri d'une erreur de remplissage et d'un échappement de vapeur lors du remplissage ou de la vidange [3]. Comme le desflurane liquide bout à température ambiante, la bouteille contenant l'anesthésique est revêtue d'un film protecteur vis-à-vis des fissures et le goulot est doté d'une valve qui ne s'ouvre qu'après raccordement étanche de la chambre de vaporisation.
L'appareil d'un poids de 9,5 kg, délivre des concentrations de vapeur comprises entre 1 et 18 vol %. Il est précis pour des débits de gaz vecteur compris entre 0,2 et 10 l·min-1. Les résistances au passage du gaz vecteur sont inférieures à 50 cmH2O à 5 l·min-1 et à 250 cmH2O à 15 l·min-1.
VALVE ANTIRETOUR
Certains SAGF comportent près de leur sortie, entre le vaporisateur et le bypass d'O2, une valve, ou clapet antiretour, dont le rôle est de limiter les effets des variations de pression d'aval sur le débit de vapeur des vaporisateurs, ainsi que le débit de gaz des débitmètres placés en amont en empêchant des montées en pression excessives. Cette valve se ferme en cas d'augmentation de la pression d'aval (insufflation à pression élevée ou activation du bypass). Certains SAGF comportent à la place de la valve antiretour, soit un réducteur de calibre faisant office de résistance, soit une valve de surpression. Ils ont aussi pour effet d'atténuer les variations de pression en retour dans le système. La présence de ces dispositifs influence la procédure de contrôle de l'étanchéité du SAGF [2].
BYPASS D'OXYGÈNE
Le bypass d'O2 ou valve d'O2 rapide, vanne ou système d'O2 rapide, vanne d'O2, a pour fonction de délivrer instantanément un débit d'au moins 500 ml·s-1 (30 l·min-1) à la sortie du SAGF. L'O2 est prélevé dans le SAGF avant le débitmètre correspondant à ce gaz. Le flux d'O2 délivré par le bypass ne doit pas traverser le vaporisateur [23].
On peut distinguer deux catégories de dispositifs (fig. 25) : les bypass simples et ceux à fonction mixte. Les premiers sont de simples vannes d'O2, le flux de gaz vecteur et de vapeur étant simplement arrêté ou freiné par la valve antiretour placée à la sortie du vaporisateur. Les seconds ne libèrent pas seulement un débit élevé d'O2, mais évacuent aussi à l'extérieur le mélange gazeux provenant des débitmètres. Leur dysfonctionnement peut être à origine d'un mélange hypoxique par fuite préférentielle d'O2 par l'orifice d'évacuation, quand le bypass n'est pas en fonction [27].
SORTIE DU MÉLANGE DE GAZ FRAIS. SÉLECTEUR
DU SYSTÈME ANESTHÉSIQUE PRINCIPAL/SYSTÈME
ACCESSOIRE
Certains appareils sont dotés d'un sélecteur permettant de diriger le mélange de gaz frais soit dans le système anesthésique principal et son ventilateur, soit dans le système accessoire, aussi appelé circuit auxiliaire ou manuel ou d'induction, destiné à l'oxygénation du patient en début et en fin d'anesthésie, ou à servir de relais en cas de panne du premier, ou à alimenter un système anesthésique particulier. Une erreur de manipulation du sélecteur, avec absence d'alimentation en gaz frais du système anesthésique en fonction, peut entraîner une ventilation avec un mélange hypoxique. Elle pourrait éventuellement entraîner le réveil du patient si le ventilateur est capable d'aspirer de l'air ambiant en l'absence d'arrivée de gaz frais.
VÉRIFICATION AVANT USAGE
La pression des gaz arrivant à l'appareil, le remplissage du (des) vaporisateur(s), le fonctionnement du SAGF et son étanchéité doivent être contrôlés avant une anesthésie.
Une fuite au niveau du SAGF peut entraîner une perte préférentielle d'O2, donc une hypoxie, ou une perte prédominante de N2O ou de vapeur anesthésique, donc un réveil.
Les points de fuite habituels sont les colonnes débitmétriques (bris ou défaut de joint), le vaporisateur (bouchon desserré), les raccords entre les composants, le bypass [25].
Le processus de contrôle d'étanchéité diffère selon que le SAGF dispose d'une valve antiretour près de son orifice de sortie ou non [2]. En l'absence de celle-ci, le processus correspond à celui utilisé pour vérifier l'étanchéité du système anesthésique, puisque la pression peut se transmettre en retour dans le SAGF. La manoeuvre (cf. infra) consiste, après avoir obturé la valve d'échappement et le segment de raccordement au patient, à remplir le système à l'aide du bypass d'O2 jusqu'à une pression de 30 cmH2O par exemple, puis à observer le manomètre. En cas de fuite, la pression ne se maintient pas. Le débitmètre d'O2 est alors ouvert jusqu'à ce que soit atteint le débit permettant de maintenir la pression constante à 30 cmH2O et correspondant au débit de fuite pour cette pression.
En présence d'une valve antiretour, le test de fuite fait appel à une pression négative (infra-atmosphérique). Celle-ci est obtenue à l'aide d'une poire en caoutchouc, qui permet d'effectuer une succion d'environ - 65 cmH2O au niveau de l'orifice de sortie du SAGF, les vaporisateurs étant mis à tour de rôle en position " ouverte " et les débitmètres étant fermés. On admet qu'il n'y a pas de fuite quand la poire reste collabée pendant 30 s. Ce test est très sensible et détecte des fuites de l'ordre de 30 ml·min-1. Il est recommandé de le pratiquer même en l'absence de valve.
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