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
Le ventilateur équipant l'appareil d'anesthésie permet une ventilation automatique ou mécanique aux caractéristiques précises et libère les mains de l'utilisateur. II assure une ventilation régulière, ce qui est apprécié en chirurgie abdominale et thoracique. II permet une ventilation adaptée à un patient donné, évitant ainsi les ventilations excessives ou insuffisantes sur le plan du volume gazeux administré et/ou des pressions dans les voies aériennes.
Les premiers ventilateurs d'anesthésie ont été conçus pour actionner le circuit filtre dont ils étaient un simple accessoire. Actuellement, c'est au contraire le ventilateur qui constitue l'élément central du système anesthésique. Les principaux risques induits par l'usage du ventilateur résultent de la fuite et du débranchement accidentels. C'est pourquoi tout ventilateur comporte des éléments de surveillance avec alarmes [7, 8, 10, 17, 20, 23, 25, 28, 31, 32, 33, 35, 46].
CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES
Le ventilateur d'anesthésie est en principe un appareil simple et robuste, facile à régler, entretenir, nettoyer et stériliser. Il permet la ventilation automatique, manuelle et spontanée. Il administre un mélange gazeux comportant de l'O2 et un gaz et/ou une vapeur anesthésique, ou un mélange O2 et air (air médical ou air ambiant) éventuellement enrichi en vapeur anesthésique. Il permet la réadministration d'une partie ou de la totalité des gaz expirés, épurés du CO2 et enrichis en gaz frais, exception faite des ventilateurs pour anesthésie pédiatrique qui fonctionnent en circuit ouvert pour des raisons de performance et parce que le problème d'économie de gaz et de vapeur est mineur, comparé à l'adulte.
Il comporte les réglages (affichages) élémentaires suivants : volume courant (VT) ou la ventilation-minute (V E) ; fréquence respiratoire (fR) ; rapport durée inspiration/durée expiration (I/E) ou durée inspiration/durée totale du cycle respiratoire (Ti/Ttot) ; pression positive de fin d'expiration par une valve de pression expiratoire positive (PEP).
La forme de la courbe d'insufflation n'a pas une importance déterminante en pratique anesthésique courante. La présence d'un " plateau " n'est pas indispensable. Il en est de même du " soupir ", de " l'assistance expiratoire " et du " trigger " (respiration autodéclenchée).
Le ventilateur d'anesthésie comporte un manomètre relié au circuit patient et un spiromètre placé sur son segment expiratoire. Des alarmes indiquent une pression insuffisante (défaut d'alimentation en gaz, fuite, débranchement) et excessive (surpression, obstruction), un volume expiré insuffisant (fuite ou débranchement), ainsi qu'un arrêt de fonctionnement de l'appareil.
Il doit permettre le passage rapide à la ventilation manuelle. Pour des raisons de sécurité un dispositif de ventilation autonome, tel un ballon autogonflable équipé d'une valve de non-réinhalation, doit être disponible.
Le ventilateur doit avoir des caractéristiques lui permettant de satisfaire à l'usage auquel il est destiné. Il existe des ventilateurs pour l'adulte, l'enfant, le nouveau-né, avec des performances adaptées aux caractéristiques de ces groupes d'individus [6] (tableau I).
La compliance interne du ventilateur et de son circuit (cf. Systèmes anesthésiques, fascicule 36-100-B-30), qui détermine le volume de gaz comprimés dans l'appareil, donc non insufflés, est une caractéristique d'autant plus importante que les pressions d'insufflation sont plus élevées [9, 24, 38]. Volume comprimé (ml) = compliance du ventilateur et du circuit (ml·cmH2O-1) × pression d'insufflation de crête (cmH2O)
Ces pressions dépendent des paramètres réglés sur le ventilateur, ainsi que de la compliance thoracopulmonaire et des résistances du raccordement au patient (tube endotrachéal) et des voies aériennes du sujet ventilé. La PEP diminue le VT délivré par certains ventilateurs [11, 34].
Un ventilateur est d'autant plus performant que sa compliance est plus faible par rapport à celle du patient. Ainsi, un appareil avec une compliance interne de 6 ml·cmH2O-1, soit approximativement 10 % de la compliance dynamique d'un adulte anesthésié, insufflant un volume courant de 800 ml sous une pression d'insufflation de 25 cmH2O, comprime dans le système anesthésique 150 ml du mélange gazeux destiné au patient, qui recevra seulement 650 ml. Ceci correspond à une ventilation-minute effective inférieure de plus de 20 % à la ventilation-minute, réglée sur le ventilateur et mesurée par volumétrie expiratoire. En principe, la baisse de volume insufflé par suite du volume de gaz comprimé dans le ventilateur et le système anesthésique ne devrait pas dépasser 30 % du volume réglé sur le ventilateur.
Le ventilateur d'anesthésie doit être capable de ventiler correctement des patients ayant une compliance diminuée et/ou des résistances augmentées (obésité, bronchospasme ou augmentation des résistances bronchiques, compression par des champs ou des écarteurs, position ventrale ou position de Trendelenburg, sonde d'intubation et raccords de faible calibre). Cette capacité dépend, en grande partie, de la compliance du circuit reliant le ventilateur au patient. Le circuit peut en effet dénaturer les performances du ventilateur [43]. Un ventilateur à faible compliance devrait être équipé d'un circuit peu compliant. En cas de compliance thoracopulmonaire abaissée et/ou de résistances élevées, il est habituellement fait appel à des ventilateurs de réanimation plus performants [25, 36].
Le ventilateur pédiatrique doit être capable de délivrer une suite rapprochée de petits volumes courants à des pressions de crête de niveau comparable à celles des adultes.
Pour diminuer le plus possible le volume compressible, la capacité de l'ensemble ventilateur-circuit-humidificateur doit être très faible et avoir des parois rigides. Les ventilateurs pour petits enfants sont, de ce fait, des appareils sans réadministration de gaz expirés.
CATÉGORIES DE VENTILATEURS
Les ventilateurs d'anesthésie peuvent être classés en trois catégories selon qu'ils permettent ou non la réadministration des gaz expirés, ou comportent les deux modalités au choix.
Ventilateurs réadministrant les gaz expirés
Généralités
Les appareils de cette catégorie, encore appelés " ventilateurs de circuit fermé ", comportent un élément de recueil et d'insufflation des gaz expirés et de gaz frais, dont le volume augmente et diminue alternativement sous l'action d'un dispositif moteur. Certains appareils disposent en plus d'un ballon réservoir, qui collecte les gaz avant leur transfert dans l'élément de recueil et d'insufflation. Tous comportent des valves actives, c'est-à-dire commandées par le ventilateur et fonctionnant à un moment précis du cycle respiratoire ainsi que des valves passives, c'est-à-dire fonctionnant sous l'effet d'un gradient de pression des gaz. Tous disposent d'une entrée de gaz frais et d'une sortie de gaz excédentaires. Certains sont dotés d'une entrée d'air ambiant (fig. 1).
Elément de recueil et d'insufflation
L'élément de recueil et d'insufflation des gaz expirés et des gaz frais est constitué par un ballon, ou un soufflet accordéon, ou un cylindre avec piston ou une chambre à membrane déformable. L'élément se distend à l'expiration pour se remplir du mélange gazeux destiné au patient (gaz expirés et/ou gaz frais). Une fois rempli de gaz à une pression proche de zéro (= pression ambiante), il est comprimé pour insuffler le volume courant souhaité (pression d'insufflation). L'élément de recueil et d'insufflation peut se remplir selon deux modalités différentes : ou bien il se distend sous l'effet de la poussée des gaz expirés par le patient ; en pareil cas, il est dit à " expansion passive " ; dans le segment expiratoire et dans l'élément, la pression passe de la pression de début d'expiration (= pression de fin d'insufflation) à la pression de fin d'expiration, proche de zéro (2 cmH2O, correspondant à la pression d'ouverture de la valve d'échappement automatique) ; ou bien, l'élément se distend sous l'effet de la pesanteur (élément lesté) ou du dispositif moteur ; il est alors dit à " expansion active " ; quand il se distend, il génère une succion, c'est-à-dire une pression négative (infra-atmosphérique) ; pour empêcher le développement de celle-ci, l'élément est associé à un ballon réservoir qui fait office de collecteur préalable de gaz expirés et de gaz frais ; de plus, l'appareil comporte une valve d'admission d'air ambiant qui entre en fonction quand le ballon réservoir est vide ; contrairement aux éléments à expansion passive, ceux à expansion active permettent, de ce fait, la ventilation avec de l'air ambiant.
Avec les éléments à " expansion passive ", non couplés avec un ballon réservoir recueillant les gaz frais pendant l'insufflation, ceux-ci s'ajoutent aux gaz provenant de l'élément. A l'expiration, les gaz frais s'additionnent aux gaz expirés pour remplir l'élément. Il en résulte qu'à l'insufflation le volume courant réel (celui effectivement " reçu " par le patient) est supérieur au volume de gaz " délivré " par l'élément, c'est-à-dire au volume courant réglé (affiché). A l'expiration, se produit un échappement de gaz excédentaires hors du circuit, dans la mesure où le volume courant expiré est supérieur à celui qui a quitté l'élément à l'insufflation précédente et que s'y ajoute le débit de gaz frais arrivant dans le circuit pendant l'expiration. En cas de ventilation automatique à paramètres ventilatoires affichés constants, une variation du débit de gaz frais ou du rapport I/E s'accompagne d'une variation correspondante du volume courant réel [1, 14, 15, 40]. La pression dans le circuit varie elle aussi. Elle peut atteindre des niveaux dangereux en cas d'activation du bypass. Avec cette catégorie de ventilateurs, le débit de gaz frais a des répercussions majeures sur la ventilation-minute chez le petit enfant [30].
Dans le cas des éléments à " expansion active " avec ballon réservoir, le volume courant " délivré " par l'élément correspond à celui effectivement " reçu " par le patient, avec la réserve concernant le volume comprimé, si le débit de gaz frais alimente préalablement le ballon [22]. Quand le débit de gaz frais est inférieur à celui des gaz sortant du circuit par consommation ou fuite, un système avec élément " à expansion passive " se collabe progressivement. Un système avec élément " à expansion active ", par contre, prélève de l'air ambiant quand le ballon réservoir est collabé. L'aspiration d'air ambiant entraîne une chute de la FiO2 et une dilution des gaz et vapeur anesthésiques.
Avec le développement de l'anesthésie par circuit filtre alimenté avec un faible débit de gaz frais, ainsi que les progrès de l'informatique, des appareils dont l'alimentation du circuit en gaz frais est modulée en fonction de la captation par les poumons, sont maintenant mis au point.
L'alimentation devient de ce fait intermittente. De plus, le volume courant effectif peut être contrôlé par des débitmètres, inspiratoire et expiratoire, et modifié automatiquement pour rester constant et correspondre à la valeur affichée. Ainsi, une partie des considérations précédentes ne s'applique plus à eux.
Ballon réservoir
Le ballon réservoir équipant certains ventilateurs a diverses fonctions : recueillir les gaz frais et les gaz expirés, empêcher la constitution d'une pression négative dans le circuit, permettre la ventilation manuelle et spontanée. Le ballon réservoir est raccordé au circuit par une valve dite d'isolement qui se ferme à l'insufflation, pour empêcher les gaz insufflés d'y pénétrer et s'ouvre à l'expiration pour permettre le recueil des gaz expirés.
Valves
Les ventilateurs comportent des valves passives et des valves actives, pour régler la circulation des gaz en ventilation automatique, manuelle et spontanée. Elles sont situées au niveau du ventilateur et/ou de son circuit.
Valves passives
Ce sont celles dont le fonctionnement n'est pas directement télécommandé par le ventilateur. Elles entrent en fonction quand un gradient de pression se constitue entre leurs segments d'entrée et de sortie. On distingue cinq types de valves passives.
Valves unidirectionnelles (inspiratoire et expiratoire). Elles imposent le trajet des gaz dans le ventilateur et le circuit. Il s'agit de valves à dôme ou de valves à clapet.
Valve d'échappement de gaz excédentaires. Elle laisse sortir des gaz, quand une pression critique d'ouverture de valve est atteinte dans le circuit. Elle s'ouvre notamment en fin d'expiration, quand l'entrée de gaz frais est supérieure à la sortie des gaz par captation ou fuite. Elle est située sur le segment expiratoire.
Elle permet généralement deux modes de fonctionnement (automatique et manuel spontané), par bascule d'un levier situé sur son sommet ou par rotation d'un bouton. En ventilation automatique, elle est maintenue fermée par une valve d'isolement, télécommandée au moment de l'insufflation. La valve s'ouvre en fin d'expiration pour une pression positive fixe de 2 cmH2O. Celle-ci est requise pour permettre le remplissage préalable de l'élément d'insufflation et, le cas échéant, du ballon réservoir. La valve d'échappement établit donc une légère PEP, égale à sa pression d'ouverture, soit 2 cmH2O. En ventilation manuelle et spontanée, la valve s'ouvre chaque fois qu'est atteinte une pression réglable comprise entre 2 et 60 à 80 cmH2O, quel que soit le moment du cycle ventilatoire.
Valve de PEP réglable.
Valve d'admission d'air ambiant ou additionnel. Elle équipe tous les ventilateurs dotés d'un élément à expansion active, pour empêcher la constitution d'une pression négative, l'entrée d'air faisant office de dispositif de sécurité et/ou pour permettre la ventilation à air ambiant. L'entrée d'air dilue les gaz du circuit et peut entraîner la constitution d'un mélange hypoxique et/ou le réveil du patient. La valve s'ouvre pour une pression de l'ordre de -2 à -3 cmH2O. Le prélèvement d'air additionnel a lieu : avec les circuits ne réadministrant pas les gaz expirés, quand le débit de gaz frais est inférieur à la ventilation-minute réglée sur le ventilateur ; avec les circuits réadministrant les gaz expirés, quand le débit de gaz frais est inférieur au débit de fuite au niveau du circuit patient et à l'absorption alvéolaire ; certains appareils avertissent l'utilisateur de l'entrée d'air ambiant.
Valve de sécurité. Elle équipe tous les ventilateurs et s'ouvre à une pression fixe, le plus souvent comprise entre 60 et 80 cmH2O. Elle est située entre l'élément de recueil et d'insufflation du ventilateur et le tuyau inspiratoire.
Valves actives
Télécommandées ou pilotées par l'appareil, elles sont reliées au mécanisme de commande du ventilateur par une liaison pneumatique (valve à ballonnet ou à vérin pneumatique) ou électrique (valve à électroaimant). Elles commandent le passage des gaz à la manière d'un robinet actionné à distance. En règle générale, elles sont fermées à l'insufflation et ouvertes à l'expiration. Elles remplissent différentes fonctions.
Valve télécommandée expiratoire, faisant office de valve séparatrice de circuit en empêchant la pénétration des gaz dans le segment expiratoire au moment de l'insufflation et vice versa ; certaines assurent aussi la fonction de valve de PEP.
Valve télécommandée d'isolement de la valve d'échappement de gaz excédentaires, empêchant la sortie des gaz au moment de l'insufflation.
Valve télécommandée d'isolement du ballon réservoir, empêchant la pénétration du volume courant dans le ballon réservoir au moment de l'insufflation.
Types de ventilateurs
La compression de l'élément de recueil, en vue de l'insufflation de son contenu, peut être assurée soit dans une enceinte de compression par un gaz comprimé, soit par un dispositif mécanique, à énergie motrice pneumatique ou électrique. Dans le premier cas, il s'agit de ventilateurs à circuit double (le circuit patient et le circuit moteur) et, dans le second, de ventilateurs à circuit unique (le circuit patient).
Ventilateurs à circuit double
Les appareils de ce type comportent un circuit primaire comprimant un circuit secondaire, inclus dans le premier ou situé à son contact (fig. 2). Ils sont aussi appelés " compresseurs pneumatiques de ballon ou de soufflet " (" pneumatical bag or bellows squeezers ").
Le circuit primaire (ou circuit moteur) est constitué d'une enceinte de compression, rigide, étanche, le plus souvent transparente, alimentée en gaz moteur, par un dispositif de commande pneumatique ou électronique. Le gaz moteur est l'O2 ou l'air comprimé ou l'air ambiant entraîné par un dispositif de Venturi (lui-même actionné par l'O2 ou l'air comprimé) pour économiser du gaz moteur.
Sur certains modèles, la montée en pression dans l'enceinte peut aussi être obtenue par compression manuelle d'un ballon, permettant un passage simple à la ventilation manuelle.
Le circuit secondaire (ou circuit patient), est constitué par un élément de recueil et d'insufflation consistant en un ballon, un soufflet accordéon ou une chambre à membrane déformable. Ballon et soufflet sont inclus dans le circuit primaire alors que la membrane déformable est mitoyenne aux deux circuits.
Tous les ventilateurs ayant un élément d'insufflation " à expansion passive " sont à circuit double. Mais certains ventilateurs à double circuit ont un élément d'insufflation " à expansion active ". Il s'agit de ceux comportant un soufflet lesté descendant à l'expiration.
Il existe une relation inverse entre le volume de gaz du circuit moteur et celui du mélange gazeux du circuit patient. Pour qu'un volume courant donné quitte le circuit patient, il faut qu'un volume équivalent pénètre dans le circuit moteur et vice versa. Les ventilateurs à double circuit ont constitué les premiers représentants de la génération actuelle de ventilateurs, aussi bien en anesthésie pour le circuit filtre qu'en réanimation (appareil d'Engström®). L'enceinte de compression pneumatique remplaçait, somme toute, la main de l'utilisateur.
Ventilateurs de type " ballon dans enceinte " (" bag in bottle ventilators ")
Le ballon du circuit patient est soit fixé au " plafond " de l'enceinte, soit en position horizontale dans celle-ci. Il reçoit directement les gaz expirés, sans passage préalable par un ballon réservoir.
Elsa® (Gambro Engström)
Ce ventilateur est constitué d'une enceinte de compression pneumatique transparente (circuit primaire, moteur) renfermant un ballon vertical pendant (circuit secondaire, patient) (fig.3). Les débits gazeux inspirés et expirés sont mesurés par des spiromètres électroniques.
La capacité du circuit patient est de 1 800 ml. La consommation de gaz moteur correspond à la ventilation-minute.
Le mélange de gaz frais ne traverse l'absorbeur de CO2 qu'à une seule reprise. Malgré l'absence de ballon réservoir, le débit de gaz frais n'influence pas le volume courant. En effet, l'insufflation s'effectue jusqu'à ce que le volume courant affiché ait été mesuré par le spiromètre inspiratoire [2, 23, 39].
Ventilator 710® (Siemens)
Ce ventilateur est constitué d'une enceinte de compression pneumatique non transparente, mais dotée d'un voyant, (circuit primaire, moteur), renfermant un ballon horizontal (circuit secondaire, patient) (fig. 4).
Le circuit comporte deux valves unidirectionnelles inspiratoires et deux valves unidirectionnelles expiratoires. La capacité du circuit patient est de 1 700 ml. Le mélange de gaz frais et de gaz expirés traverse l'absorbeur de CO2 à une seule reprise. Par suite de l'absence de ballon réservoir, le débit de gaz frais influence le volume courant insufflé. La consommation de gaz moteur correspond à la ventilation-minute, additionnée d'environ 5 l·min-1 [20, 23].
Ventilateurs de type " soufflet dans enceinte " (" bellows in bottle ventilators ")
Selon le mode de fixation du soufflet accordéon, celui-ci est soit descendant, soit ascendant à l'expiration.
Ventilateurs à soufflet descendant à l'expiration
Ce sont des appareils à soufflet " pendant " au plafond de la chambre de compression, donc descendant à l'expiration et ascendant à l'insufflation. Pour faciliter le déplissement du soufflet, son fond est lesté. Ce lest peut d'ailleurs augmenter en cours d'utilisation par suite de l'accumulation d'eau de condensation. Ces appareils peuvent aspirer de l'air par une entrée d'air ambiant et, par conséquent, ventiler avec un mélange air ambiant/O2. Cet avantage peut aussi devenir un inconvénient. En effet, dans certaines situations, le soufflet génère une pression négative de fin d'expiration.
En l'absence d'un ballon réservoir dans lequel le soufflet peut puiser, avec présence d'une entrée d'air ambiant ou d'un défaut d'étanchéité du circuit ou du ballonnet de la sonde d'intubation, de l'air ambiant est alors aspiré et un mélange hypoxique peut se constituer, ou le patient se réveiller. De plus, en cas de débranchement accidentel du patient, de l'air ambiant est aspiré qui leurre le spiromètre expiratoire et son alarme, le soufflet continuant à se distendre et à être comprimé " normalement ". De ce fait, une alarme de débranchement de type volumétrique ne convient pas à ce type de ventilateur quand son soufflet n'est pas associé à un ballon. Si le soufflet lui-même a une fuite, il peut aspirer à l'expiration du gaz moteur présent dans le circuit primaire.
SA2 pneumatique ou SA2/RA1® (Dräger)
Ce ventilateur (RA1) est constitué d'une enceinte de compression pneumatique à face avant transparente (circuit primaire, moteur), renfermant un soufflet descendant à l'expiration (circuit secondaire, patient) (fig. 5). Un dispositif de Venturi aspirant de l'air ambiant permet d'économiser du gaz moteur. Le soufflet est lesté (390 g) et sa course est limitée par une butée mobile, qui détermine ainsi le volume courant.
Celui-ci est indépendant du débit de gaz frais, du fait de la présence d'un ballon réservoir.
La capacité du circuit adulte avec absorbeur de CO2 est égale à 2 600 ml. Les gaz expirés ne traversent qu'une seule fois l'absorbeur de CO2 situé sur le segment expiratoire. Les gaz frais ne le traversent pas avant d'arriver au patient.
Alys® (Taema-CFPO)
Ce ventilateur est constitué d'une enceinte de compression transparente (circuit primaire, moteur) renfermant un soufflet lesté (350 g), descendant à l'expiration (circuit secondaire, patient) (fig. 6). Le circuit patient, soufflet déplissé compris, a une capacité de 4 400 ml.
Les gaz frais ne passent pas sur la chaux sodée. Le ballon fait office de réservoir de gaz expirés et permet la ventilation manuelle. De ce fait, le volume insufflé correspond à celui sortant du soufflet. Le soufflet lesté est capable de générer une aspiration de - 5 cmH2O.
La présence du ballon réservoir permet d'éviter la constitution d'une pression négative à l'expiration. Le spiromètre expiratoire ne peut donc pas être activé par le soufflet descendant et reste, de ce fait, un moyen de déceler un débranchement accidentel. Si l'arrivée de gaz frais est inférieure à la sortie de gaz par consommation et fuite, le ballon réservoir se collabe et le soufflet aspire de l'air ambiant par la valve d'entrée d'air ambiant, qui s'ouvre pour une dépression dépassant - 3 cmH2O. Cette valve constitue un dispositif de sécurité plutôt qu'un moyen de ventiler avec de l'air ambiant. La consommation de gaz moteur est égale à la ventilation-minute additionnée d'un complément destiné à compenser l'effet sur le volume courant de la compliance du circuit mesurée par l'appareil [23].
Ventilateurs à soufflet ascendant à l'expiration
Ce sont des appareils à soufflet " debout " sur le plancher de la chambre de compression, donc ascendant à l'expiration et descendant à l'insufflation. Ils ne disposent pas de ballon recueillant les gaz expirés et les gaz frais. Ceux-ci vont directement au soufflet qu'ils déplissent en générant une légère pression positive de fin d'expiration (PEP). Ils permettent une bonne détection d'une fuite au niveau du circuit (la hauteur d'ascension du soufflet à l'expiration diminue progressivement) et du débranchement accidentel du patient (le soufflet ne se soulève plus). En fait, en cas d'obstruction partielle du tube débranché, le soufflet peut tout de même se distendre si le débit de gaz frais est élevé. De même, en fin d'insufflation, quand la pression du gaz moteur s'annule dans la chambre de compression, un soufflet fortement comprimé revient spontanément à sa position de repos (non comprimée), exerçant une certaine aspiration, capable d'être prise en compte par le volumètre en cas de débranchement du patient [16]. Si le soufflet lui-même a une fuite, il laisse échapper dans le circuit primaire une partie des gaz expirés et s'affaisse partiellement.
Comme cette catégorie d'appareils ne dispose pas de ballon réservoir pour les gaz expirés et les gaz frais, les variations d'amplitude du soufflet ne correspondent pas au volume courant, auquel elles sont inférieures. Le volume courant est la somme du volume de gaz insufflé par le ventilateur auquel s'ajoute le volume de gaz frais pénétrant dans le circuit pendant l'insufflation.
Monnal A® (CFPO)
Ce ventilateur actionne un soufflet vertical, ascendant à l'expiration (circuit secondaire, patient) inclus dans une enceinte de compression transparente (circuit primaire, moteur) (fig. 7). Le circuit adulte, avec absorbeur de CO2, a une capacité d'environ 3 500 ml. Les gaz frais pénétrant dans le circuit pendant l'inspiration passent par l'absorbeur de CO2, ainsi que ceux arrivant pendant l'expiration. La consommation de gaz moteur est équivalente à la ventilation-minute [23].
Servo anesthesia circle 985® (Siemens)
Le ventilateur (Servoventilator 900® C/D) actionne un soufflet vertical, ascendant à l'expiration (circuit secondaire, patient) inclus dans une enceinte de compression transparente (circuit primaire, moteur) (fig. 8). Le circuit comporte deux valves unidirectionnelles inspiratoires et deux valves unidirectionnelles expiratoires. Le circuit pour adulte, avec absorbeur de CO2, a une capacité de 3 000 ml. Les gaz frais pénétrant dans le circuit ne passent pas par l'absorbeur de CO2 avant d'arriver au patient.
L'alimentation en gaz frais est intermittente et se fait par le circuit d'insufflation du Servoventilateur, pendant la phase d'insufflation. La consommation de gaz moteur est sensiblement égale à la ventilation-minute [23].
Modulus II Plus® (Ohmeda)
Le ventilateur (Ohmeda 78XX) est constitué d'une enceinte de compression transparente (circuit primaire, moteur) renfermant un soufflet ascendant à l'expiration (circuitsecondaire, patient) (fig. 9). Le circuit adulte avec absorbeur de CO2 a une capacité de 4 900 ml. Les gaz frais pénétrant dans le système pendant l'expiration passent deux fois sur la chaux sodée quand leur débit est élevé, alors que ceux entrant pendant l'insufflation n'y passent pas avant d'arriver au patient [20, 23, 28, 34].
Ventilateur de type " enceinte à membrane "
Le ventilateur Physioflex® (Physio BV) comporte quatre enceintes de ventilation(fig. 10). Chacune est divisée par une membrane mobile mitoyenne en deux compartiments, l'un moteur (circuit primaire), l'autre appartenant au circuit patient (circuit secondaire). Le nombre d'enceintes en fonction dépend du volume courant souhaité, de façon à limiter le volume compressible. La membrane en caoutchouc comporte, sur son versant circuit moteur, un disque en aluminium à partir duquel un capteur de déplacement détermine le volume et le débit des gaz dans le compartiment patient. L'enceinte fait donc aussi office de spiromètre. Les compartiments moteurs sont actionnés par un dispositif pneumatique automatique ou un ballon. Le déplacement des membranes génère le volume courant.
Le circuit patient proprement dit est dépourvu de valves unidirectionnelles. Le sens unique de circulation est imposé par une turbine ou circulateur assurant un débit continu des gaz présents dans le circuit de 70 l·min-1. Elle homogénéise le mélange gazeux et améliore l'absorption du CO2, donc aussi le réchauffement et l'humidification du mélange, en augmentant notablement la fréquence de passage des gaz dans l'absorbeur.
Compte tenu de la présence du circulateur, il n'existe pas de véritables segments, inspiratoire et expiratoire, puisque dans l'ensemble du circuit circule un mélange gazeux à composition homogène. Ainsi, le segment " expiratoire " sert aussi de segment inspiratoire si le patient inspire avec un débit de pointe supérieur à 70 l·min-1. Il en est de même du segment " inspiratoire " pour l'expiration. En définitive, avec les débits inspiratoires et expiratoires élevés, les deux segments entrent simultanément en fonction. Ceci diminue considérablement les résistances, qui correspondent alors au quart de celles opposées par un seul tuyau. La capacité du circuit est comprise entre 2 300 ml (une chambre) et 3 600 ml (quatre chambres en fonction).
Les paramètres ventilatoires sont déterminés par l'utilisateur ou l'ordinateur, en fonction du poids corporel, de l'âge et du sexe. L'ordinateur détermine le nombre d'enceintes ventilatoires requises (une, deux ou quatre). Les débits et volumes mesurés dans les enceintes servent de rétrocontrôle du fonctionnement du ventilateur. Quand le volume des gaz contenus dans le système augmente, l'excédent est évacué par la valve d'échappement. Quand il diminue, des gaz (O2, N2O, air) et/ou des vapeurs anesthésiques s'ajoutent automatiquement en fonction des concentrations mesurées par les analyseurs et celles qui sont souhaitées. L'appareil informe donc en permanence sur la consommation de gaz et vapeurs et la production de CO2 [44]. La vaporisation des agents volatils est assurée par injection directe d'anesthésique liquide dans le segment expiratoire par un dispositif commandé par un moteur pas à pas. Un absorbeur à charbon activé, placé en dérivation, permet d'absorber l'anesthésique halogéné pour abaisser rapidement sa concentration dans le circuit en fin d'anesthésie.
Avantages et inconvénients des ventilateurs à circuit double
Les ventilateurs de cette catégorie ont un certain nombre d'avantages et d'inconvénients communs. En fait, avec les apports de l'électronique, beaucoup de ces inconvénients sont progressivement corrigés.
Ce sont des appareils simples et robustes. Certains fonctionnent sans électricité. Ils permettent de réadministrer une partie ou la totalité des gaz expirés et sont compatibles avec l'ensemble des systèmes anesthésiques. Ceux avec soufflet descendant à l'expiration peuvent prélever de l'air ambiant. Pendant longtemps ce prélèvement était considéré comme un avantage, puisque l'appareil permettait de ventiler avec de l'air ambiant, éventuellement enrichi d'O2. Actuellement, le prélèvement d'air ambiant vise à empêcher l'établissement d'une pression négative dans le système. Il constitue maintenant plutôt un dispositif de sécurité.
Etant des ventilateurs à circuit double, ils ont une compliance interne élevée, donc un grand volume compressible. Elle est généralement supérieure à 3 ml·cmH2O-1. En l'absence d'une correction du réglage des paramètres ventilatoires, une diminution de la compliance thoracopulmonaire et/ou une augmentation des résistances s'accompagnent d'une diminution conséquente du volume courant effectif. Ils ne sont pas adaptés à la ventilation des jeunes enfants et, selon le modèle, contre-indiques chez l'enfant de poids inférieur à 10-20 kg.
La plupart ne permettent pas des ventilations à fréquence élevée. Bon nombre n'arrivent pas à insuffler des volumes courants un tant soit peu importants quand la fréquence dépasse 25 c·min-1. Ce sont généralement de grands consommateurs de gaz. En l'absence de trompe à air (dispositif de Venturi), la consommation de gaz moteur est au moins égale à celle de la ventilation-minute. A cela s'ajoutent 1 à 4 l·min-1 de gaz nécessaires au fonctionnement du dispositif de commande pneumatique.
L'amplitude des mouvements du ballon ou du soufflet ne correspond pas toujours au volume courant reçu par le patient.
Quand le ballon, le soufflet ou la membrane sont percés, il peut en résulter une pénétration de gaz moteur avec dilution du mélange gazeux destiné au patient, donc éventuellement la constitution d'un mélange hypoxique, un réveil du patient [26], une hyperventilation, voire un barotraumatisme [3, 45]. L'usage d'un analyseur de gaz permet de déceler le défaut en signalant une FiO2 anormalement élevée si le gaz moteur est l'O2, ou une FiO2 anormalement basse si le gaz moteur est l'air [19, 26].
Un fonctionnement correct suppose une distension complète du ballon ou du soufflet en fin d'expiration. Si le volume de gaz qui y pénètre est inférieur à celui qui en sort, il se collabe peu à peu. Dans le cas contraire, et en l'absence d'une valve d'échappement asservie, une pression excessive se développe progressivement. Même si cette valve fonctionne correctement, un barotraumatisme peut être créé en cas de mise en fonction du bypass d'O2 pendant l'insufflation.
La désinfection et la stérilisation de certains modèles sont difficiles.
Ventilateur à circuit unique
Cette catégorie d'appareils ne dispose que d'un seul circuit, le circuit patient doté d'un élément de recueil et d'insufflation. Celui-ci est actionné non seulement à l'insufflation, mais aussi à l'expiration par un moteur électrique ou un vérin pneumatique (fig. 11). Ce sont donc des éléments à expansion active, nécessairement associés à un ballon réservoir.
Le dispositif de commande est pneumatique ou électronique. L'élément de recueil et d'insufflation est soit un soufflet accordéon (appareils appelés " mechanical bellows squeezers "), soit un cylindre avec piston. La position du soufflet (horizontale ou verticale) n'influence pas le mode de fonctionnement.
Cette catégorie d'appareils a de meilleures performances que la précédente. Leur compliance interne est faible. Ils atteignent des fréquences élevées. Ils peuvent prélever et insuffler de l'air ambiant. Le soufflet est d'entretien plus facile.
SA2 électrique ou SA2/RA2® (Dräger)
Ce ventilateur (RA2) comporte un soufflet lesté (390 g), descendant à l'expiration, donc de type aspiratif, et comprimé à l'insufflation par un dispositif mécanique actionné par un moteur électrique (fig. 12). La capacité du circuit est de 2 600 ml. Son fonctionnement est similaire à celui du SA2 pneumatique.
Excel 210/7 750® et CAR 7 710® (Ohmeda)
Ces deux systèmes ont un ventilateur et un circuit de gaz identiques (fig. 13). Le ventilateur (OAV 7 750 ou 7 710) comporte un soufflet accordéon vertical à base fixe, dont les mouvements sont assurés par un vérin pneumatique. Le ballon ne recueille pas les gaz frais pendant l'insufflation. C'est pourquoi il convient d'ajouter au volume du soufflet la quantité de gaz frais débitée pendant l'insufflation, pour connaître le VT réel. Les gaz frais ne traversent pas la chaux sodée avant d'arriver au patient. La capacité du circuit adulte avec absorbeur de CO2 est égale à 6 000 ml et sa compliance est d'environ 7 à 8 ml·cmH2O-1 [12, 23, 29, 41, 42].
ABT® (Kontron)
Ce ventilateur comporte un soufflet accordéon horizontal, effectuant un mouvement de vaet- vient sous l'action d'un moteur électrique (fig. 14). Les valves unidirectionnelles, inspiratoire et expiratoire, sont placées au niveau de la base fixe du soufflet. Pendant toute la durée du cycle respiratoire les gaz frais s'accumulent dans le ballon. De ce fait, la course du soufflet correspond au volume courant insufflé. Les gaz frais ne passent pas par l'absorbeur de CO2 avant d'arriver au patient. La capacité du circuit adulte, absorbeur de CO2 inclus, est de 3 600 ml [13, 23, 27].
Jollytronic® (Gambro Soxil)
Ce ventilateur et le trajet des gaz dans le circuit patient sont très proches de ceux du ABT® (Kontron).
Cicero® (Dräger)
Le ventilateur (" Divan ") comporte un cylindre horizontal dans lequel un piston effectue un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un dispositif d'entraînement électrique (fig. 15). Une jonction étanche entre cylindre et piston est obtenue par un " rolling seal system ", système à deux membranes roulantes, formant chambre à air, dont la circonférence interne est fixée sur le piston et l'externe sur le cylindre. Cette chambre est maintenue gonflée à une pression de 160 cmH2O générée par un détendeur situé sur l'arrivée d'air médical. La capacité du circuit adulte, absorbeur de CO2 inclus, est égale à 3 600 ml.
Pendant un cycle respiratoire, les gaz frais passent deux fois dans l'absorbeur avant d'arriver au patient et les gaz expirés trois fois si l'expiration est rapide ou une fois si elle est lente [23].
Ventilateurs ne réadministrant pas les gaz expirés
Ces appareils sont aussi appelés " ventilateurs de circuit ouvert ".
Principes de fonctionnement
Le mélange gazeux, destiné au patient, est présent dans le ventilateur à une pression en permanence supérieure à la pression atmosphérique. De ce fait, les appareils de cette catégorie sont incapables de récupérer les gaz expirés ou de prélever de l'air ambiant. En fonction du type de circuit, ils peuvent être subdivisés en quatre groupes (fig. 16).
Ventilateurs avec tuyau inspiratoire et valve de non-réinhalation passive
Ce sont les appareils les plus simples et les moins onéreux. Ils comportent un tuyau d'insufflation qui apporte au patient le volume courant délivré par le ventilateur. Leurs inconvénients sont ceux de la valve de non-réinhalation passive, c'est-à-dire non télécommandée, mais simplement actionnée par le courant gazeux qui la traverse. Il s'agit, en particulier, de la fuite de gaz en avant, si les ondes de pression générées par le ventilateur n'ont pas une pente et une amplitude suffisantes.
Ventilateurs avec tuyau inspiratoire et valve de non-réinhalation active, télécommandée par le ventilateur
Le ballonnet obturant le segment expiratoire de cette valve (ou valve de Bennett ou valve champignon) offre des conditions ventilatoires nettement meilleures que les valves de non-réinhalation classiques. La rupture du ballonnet expose au risque de non-insufflation si elle siège en dehors de sa zone de contact avec le segment expiratoire ou au blocage de l'expiration si elle siège en dedans de celle-ci [5].
Ventilateurs avec tuyau d'insufflation continue et pièce en T à occlusion télécommandée
Ces appareils sont adaptés à l'anesthésie pédiatrique [18]. Ils comportent un tuyau de faible calibre délivrant un débit continu de gaz frais raccordé à une pièce en T (ou tube d'Ayre) par son segment d'alimentation de gaz frais. La pièce en T comporte par ailleurs un segment de raccordement au patient et un segment expiratoire qui est obturé par le ventilateur au moment de l'insufflation par une valve à commande électromagnétique.
C'est pourquoi ces appareils sont aussi appelés " pouces mécaniques " (" mechanical thumbs ") ou " T-piece occluding ventilators " ou tronçonneurs de débit continu.
Ventilateurs avec tuyaux inspiratoire et expiratoire
La préférence va aux appareils de ce groupe. La séparation entre gaz inspirés et expirés est assurée non pas par des valves unidirectionnelles passives, mais par les valves, inspiratoire et expiratoire, commandées par le ventilateur et situées à l'intérieur de celuici.
Elles font office de séparateur de circuit. En ajoutant un espace mort, en l'occurrence un tuyau de raccordement patient d'un volume supérieur à celui du volume courant, ces appareils peuvent actionner un circuit filtre alimenté avec un faible débit de gaz frais [4].
Appareils disponibles
Actuellement, les appareils équipés d'une valve de non-réinhalation passive ne sont plus disponibles. Ceux comportant une valve de Bennett sont le Monnal S® et le Monnal D® (CFPO), adaptés pour l'administration d'agents anesthésiques par inhalation. Les ventilateurs Amsterdam® et Sheffield® sont basés sur le principe du tube en T. Dans la catégorie des ventilateurs avec un tuyau inspiratoire et un tuyau expiratoire entrent le RPR® (ATM Pesty), le CAR 830® (Ohmeda) et le Servoventilateur 900® (Siemens) dans sa version anesthésie [20, 28].
Ventilateurs à fonction mixte
Ce groupe réunit l'ensemble des appareils assurant la ventilation avec récupération des gaz expirés ou leur rejet total. Il comprend notamment le Monnal A® (CFPO), le Servoventilateur 710® et 985® (Siemens), le CAR 7 710® (Ohmeda), l'ABT® (Kontron), le Jollytronic® (Gambro Soxil) et le Cicero® (Dräger).
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