Introduction
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
INTRODUCTION
L'appareil d'anesthésie permet l'administration d'oxygène et d'anesthésiques par inhalation, ou éventuellement du mélange oxygène-air et vapeur anesthésique halogénée.
Il permet la ventilation spontanée, manuelle et automatique ou mécanique. Il comporte
des dispositifs de surveillance avec alarmes, des éléments de rangement et un aspirateur
réservé à l'anesthésie [1-14]
Au fil du temps l'appareil d'anesthésie est devenu un ensemble de plus en plus complexe, aussi appelé poste, station, ou place de travail anesthésique. Un nombre croissant des composants de l'appareil d'anesthésie sont à contrôle électronique, ce qui permet une meilleure sécurité et l'enregistrement de leurs modalités de fonctionnement et des mesures effectuées. Le couplage avec un micro-ordinateur permet l'établissement d'une feuille d'anesthésie automatisée, avec les données sur le réglage et le fonctionnement de l'appareil, la surveillance instrumentale du patient et les agents administrés.
L'appareil d'anesthésie complet comporte un système d'alimentation en gaz frais, un ou deux systèmes (ou circuits) anesthésiques, un ventilateur et un système antipollution
Appareils d'anesthésie
Surveillance de l'appareil d'anesthésie
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
Résumé
La fonction d'un appareil d'anesthésie est de fournir au patient un mélange gazeux ayant une composition, une pression et un débit adéquats. L'appareil doit être l'objet d'une vérification avant mise en route et d'une surveillance clinique et instrumentale continue en cours d'utilisation [14, 17, 18, 40, 50, 52,65, 67, 71]. En effet, un défaut de montage et/ou de fonctionnement, un réglage inadéquat par l'utilisateur ou un défaut d'alimentation en gaz et/ou en électricité, donnent lieu à l'administration d'un mélange gazeux ayant une composition, une pression et un débit inadéquats par défaut ou par excès. La surveillance instrumentale aide l'utilisateur à reconnaître de telles défaillances.
Les instruments de surveillance sont le manomètre, le volumètre, les analyseurs de gaz etde vapeur, le thermomètre. Les performances de ces instruments et leur site de mesure au niveau de l'appareil, en particulier du système anesthésique, déterminent leur capacité de détecter et de signaler les anomalies.
VÉRIFICATION DE L'APPAREIL D'ANESTHÉSIE AVANT UTILISATION
L'appareil d'anesthésie est l'objet d'une vérification, en début de programme opératoire
avant le branchement au patient. Une vérification partielle est aussi effectuée entre deux
anesthésies consécutives. Le recours à une check-list facilite ce contrôle et celui à un
algorithme permet de régler plus rapidement un éventuel problème [1, 9, 49 51].
Le contrôle préalable a pour but de s'assurer de l'alimentation, du montage et du
fonctionnement corrects. La recherche de fuites est d'autant plus nécessaire que le débit
d'alimentation en gaz frais est réduit. Elle porte sur le système d'alimentation en gaz frais, le système anesthésique et le ventilateur. Elle a été décrite dans les chapitres
correspondants. En l'absence de valve antiretour à la sortie du système d'alimentation en gaz frais, un test de mise en pression positive contrôle simultanément les deux éléments.
Mais ce test ne reconnaît pas les fuites mineures. La présence d'une valve antiretour impose un contrôle séparé du système d'alimentation et du système anesthésique. Le premier est soumis à un test de mise en pression négative en exerçant une succion à l'aide d'une poire en caoutchouc fixée au niveau de l'orifice de sortie du système. Le contrôle du système anesthésique est effectué par un test de mise en pression positive par remplissage du système à l'aide du bypass jusqu'à une pression donnée. Certains appareils récents sont dotés d'un dispositif d'autocontrôle de l'étanchéité. Si le système
anesthésique comporte des valves directionnelles, leur fonctionnement est vérifié.
SURVEILLANCE DE L'APPAREIL EN COURS D'UTILISATION
En cours d'utilisation, la surveillance continue de l'appareil, particulièrement centrée sur le système anesthésique, fait appel à un certain nombre de dispositifs dont la plupart sont dotés d'alarmes. Celles-ci sont déclenchées quand une limite d'alarme basse et/ou haute du paramètre surveillé est franchie.
Surveillance de la pression
La pression des gaz est mesurée de façon continue à l'aide de manomètres situés à l'entrée du système d'alimentation en gaz frais, ainsi que dans le système anesthésique proprement dit.
Manomètres usuels
Les manomètres utilisés pour la mesure des pressions relativement élevées à l'entrée du système d'alimentation en gaz frais sont des appareils à tube de Bourdon (cf. fascicule 36- 100-B-20). Ceux mesurant les pressions dans le système anesthésique sont des manomètres à capsule (fig. 1) ou des manomètres électromécaniques (fig. 2). Ils déterminent des pressions relatives, par rapport à la pression atmosphérique [67].
Manométrie au niveau du système d'alimentation en gaz frais
Les manomètres à tube de Bourdon indiquent la pression des gaz pénétrant dans le système. Celle-ci est égale à 3,5 bars ± 20 %.
Manométrie au niveau du système anesthésique
Les variations de pression dans le système anesthésique permettent de reconnaître les phases du cycle respiratoire, de déterminer la fréquence ventilatoire et de déceler des anomalies, telles une pression d'insufflation augmentée, une pression positive permanente, une pression positive diminuée ou une pression nulle, une pression négative [31, 39]. Le manomètre peut déclencher une alarme en cas de non-franchissement d'un seuil de pression basse (défaut d'alimentation en gaz, fuite, débranchement) ou de franchissement d'un seuil de pression haute (surpression, obstruction), alarme dont les niveaux sont réglables (fig. 3). Une large fourchette d'alarme ne permet de reconnaître ni les obstructions mineures ou moyennes, ni les fuites mineures ou moyennes, ni les extubations et les débranchements contre une " résistance ", avec montée en pression suffisante. Une telle résistance est opposée par un circuit coaxial [56], un raccord de sonde de faible calibre, une butée de l'extrémité débranchée contre un obstacle, un humidificateur ou un nez artificiel[45, 57]. A l'inverse, une fourchette d'alarme serrée permet de détecter la plupart des situations précédentes, mais alors l'alarme est également déclenchée par une faible variation de compliance et/ou des résistances (variation du relâchement musculaire, appui sur le thorax). L'alarme haute est généralement fixée à 10 cmH2O au-dessus et l'alarme basse à 5 cmH2O en dessous de la pression d'insufflation de crête, ou du plateau, s'il en existe un.
Augmentation de la pression d'insufflation
L'augmentation de la pression de crête, avec retour à zéro en fin d'expiration, peut avoir les causes suivantes [41] : débit d'entrée de gaz frais supérieur à celui de la sortie des gaz excédentaires (bypass d'O2 en fonction, pénétration de gaz moteur dans le circuit patient non étanche d'un ventilateur à circuit double) ; obstruction du système anesthésique [13, 26] ; obstruction du nez artificiel/filtre bactériologique [59], obstruction du tube endotrachéal ou de son raccord ; problème d'alimentation en gaz moteur du ventilateur à double circuit [62].
Diminution de la pression d'insufflation
La diminution de la pression de crête, voire l'absence de montée en pression lors de l'insufflation, peut avoir pour cause : un débranchement, une extubation ou un dégonflement du ballonnet du tube endotrachéal ; une fuite au niveau du système ; la non-occlusion de la valve d'échappement [60] ; un défaut d'alimentation du ventilateur en gaz moteur ; un défaut d'alimentation en gaz frais [49].
Pression positive permanente
Une pression positive, sans retour à zéro en fin d'expiration, peut être générée par :un passage en débit continu du ventilateur ; une obstruction de la branche expiratoire du système anesthésique ; l'accumulation d'eau de condensation sur le trajet des gaz expirés [25] ; un défaut de réglage de la valve d'échappement ; un défaut d'ouverture de la valve expiratoire du ventilateur [23] ; une erreur de manipulation de la valve de PEP ; une obstruction du système antipollution.
Pression négative
Une pression infra-atmosphérique inspiratoire peut avoir pour origine l'inspiration ou la lutte contre le ventilateur lors de la ventilation spontanée. Une pression négative expiratoire peut survenir du fait de l'aspiration créée par un ventilateur avec soufflet de type aspiratif, sans ouverture compensatrice de la valve d'entrée d'air ambiant, un analyseur de gaz et/ou de vapeur de type aspiratif [38], un système antipollution défectueux.
Site de mesure de la pression dans le système
Selon les sites respectifs d'une obstruction et du point de mesure de pression, ainsi que du mode de ventilation (ventilation spontanée, manuelle ou mécanique), le manomètre n'est pas en mesure de détecter l'ensemble des anomalies de pression dans le système anesthésique et/ou l'arbre trachéobronchique (fig. 4). Quand l'obstruction siège dans le système anesthésique, la pression résultante indiquée par le manomètre dépend de son site de mesure. Quand l'obstruction siège dans le raccord patient ou la sonde d'intubation, le manomètre indique la même pression, quel que soit le point de mesure dans le système.
Par contre, il n'indique pas la pression dans l'arbre trachéobronchique, quel que soit son point de mesure au niveau du système anesthésique.
Surveillance des volumes et des débits
Un volumètre, spiromètre ou débitmètre, inclus dans le système anesthésique, mesure le volume courant (VT), la ventilation minute (V°E), le débit gazeux inspiratoire et expiratoire, la fréquence respiratoire (fR). Il permet de reconnaître les fuites, le débranchement et l'entrée de gaz ou d'air ambiant (pénétration de gaz moteur dans le circuit patient, mouvements inspiratoires). Le moniteur déclenche une alarme si une valeur seuil de volume courant et/ou de ventilation-minute et/ou de fréquence respiratoire n'est pas atteinte.
Appareils de mesure
La mesure des débits gazeux dans le système anesthésique requiert des dispositifs fiables, sensibles et à réponse rapide [10, 72]. Un véritable volumètre mesure un volume ou une suite de volumes à l'aide de compartiments ayant une capacité donnée. Les autres appareils (turbine, manomètre différentiel, fil chaud, etc.) mesurent des flux et ne donnent que des volumes ou des débits approchés [67].
Volumètre
Le volumètre Dräger comporte deux rotors très légers, en forme de raquettes, s'emboîtant l'un dans l'autre, donc continuellement en contact et interconnectés(fig. 5). Ils fonctionnent à la manière des pelleteuses rotatives, déplaçant à chaque tour un volume de gaz précis, quel que soit le débit. L'appareil fonctionne dans les deux sens, ce qui permet de reconnaître un débit bidirectionnel en cas de défaut d'étanchéité d'une valve unidirectionnelle.
Débitmètres à turbine
Le spiromètre de Wright (BOC) est une turbine comportant un rotor à deux ailettes et un stator cylindrique doté de 10 fentes obliques et tangentielles, orientant les gaz sur le rotor (fig. 6) [73]. L'appareil ne mesure le débit de gaz que pour un sens de passage donné. Sa précision est modifiée par le mode de passage (continu ou non), la forme de l'onde de débit et son amplitude, la composition du mélange gazeux qui le traverse. L'appareil tend à indiquer des valeurs par défaut avec les débits faibles et des valeurs par excès aux débits élevés [8, 22, 42]. Des versions dérivées de l'appareil comportent une cellule photoélectrique et une source lumineuse, dont le faisceau est interrompu par la rotation des ailettes [12, 24,68].
Débitmètres à manomètre différentiel
Le pneumotachographe avec un capteur de Fleisch est le représentant de cette catégorie d'appareils. Ceux-ci comportent un dispositif opposant une résistance au passage du flux gazeux, générant ainsi un gradient de pression de part et d'autre de celle-ci. Ce gradient, proportionnel au débit de gaz, est mesuré par un manomètre différentiel électromécanique, relié à un intégrateur donnant un volume par unité de temps (fig. 7).
La résistance est obtenue par une grille, un tube avec réduction de calibre symétrique faisant intervenir l'effet Bernouilli et appelé tube de Venturi [42], ou un tube de Pitot à ouverture orientée face au flux gazeux.
Débitmètres à fil chaud
L'énergie électrique requise pour maintenir constante la température d'un fil chauffant (fil de platine de 10 à 15 μm, porté à une température comprise entre 120 et 330 °C selon le modèle) et placé transversalement dans le courant gazeux, est proportionnelle au débit de celui-ci (fig. 8) [50, 68, 70]. L'adjonction d'une thermistance de référence permet d'améliorer la précision de l'appareil en introduisant un facteur de correction en fonction de la température du mélange gazeux. En effet, à débit gazeux nul, le fil chauffant perd déjà de la chaleur, donnant ainsi un signal de débit qu'il convient de corriger. Cette perte de chaleur dépend de la nature des gaz constituant le mélange. Le spiromètre à fil chaud interdit l'usage de gaz inflammables et explosifs (éther par exemple). De plus, il est sensible à l'humidité.
Autres appareils de mesure
Il existe des débitmètres à thermistance (à réponse rapide), des débitmètres fluidiques (effet Coanda), des débitmètres à turbulences (effet Karmann) et des débitmètres à ultrasons.
Site de mesure dans le système anesthésique
La volumétrie peranesthésique compare les débits affichés sur les débitmètres du système d'alimentation en gaz frais et/ou le ventilateur, aux volumes mesurés en une minute par le volumètre situé dans le système anesthésique. De nombreux facteurs contribuent à créer un écart entre les valeurs mesurées et celles effectivement reçues par le patient : les modalités d'alimentation du système anesthésique en gaz frais ; l'addition de vapeur anesthésique et/ou de vapeur d'eau ; la captation (ou la libération) de gaz et de vapeurs par le patient ; les variations de température et de pression dans le système ; la compliance du système ; les fuites au niveau du système, du ballonnet du tube endotrachéal ou du masque ; le gaz échantillon aspiré pour analyse et non remis en circulation dans le système ; le site d'insertion du volumètre.
Volumètre dans le segment inspiratoire
Un volumètre dans le segment inspiratoire mesure le VT " délivré " par le ballon ou le ventilateur. Il ne donne pas d'information précise sur le VT effectivement " reçu " par le patient. Deux causes majeures de différence entre le VT " délivré " et le VT " reçu " sont les fuites sur le segment inspiratoire et le mode d'alimentation en gaz frais.
Quand le système anesthésique est directement alimenté par un débit continu de gaz frais, sans que celui-ci s'accumule préalablement dans un ballon réservoir, dans lequel le ventilateur puise le volume de gaz nécessaire à son remplissage, ce débit s'ajoute au VT " délivré ". En pareil cas, le VT " reçu " est d'autant plus grand par rapport au VT "délivré ",que le débit de gaz frais est plus élevé, le rapport I/E plus grand et la fR plus basse [19, 54]. Le VT " reçu " peut donc changer en l'absence de toute variation du VT " délivré ".
Volumètre dans la jonction système anesthésique-patient
Un volumètre, branché entre le raccord en Y ou en T et le patient, mesure le VT effectivement expiré, donc " reçu " par celui-ci. Ce site est donc optimal, puisque le volumètre intègre aussi le débit de gaz frais alimentant éventuellement le système pendant l'insufflation. Par contre, il ne mesure pas l'ensemble du volume comprimé [47].
Mais à ce niveau, il augmente l'espace mort mécanique. De plus, il risque d'entraîner une extubation, car, du fait de son poids, il peut exercer une traction notable sur le tube endotrachéal. Enfin, son exposition à la vapeur d'eau expirée est maximale.
Volumètre dans le segment expiratoire
La position usuelle du volumètre est au niveau du segment expiratoire du système anesthésique, immédiatement avant ou après la valve expiratoire du ventilateur. Malgré ses limites, une telle position donne des informations de valeur supérieure à celles obtenues sur le segment inspiratoire.
La comparaison des débits affichés sur le système d'alimentation en gaz frais et du volume (débit) mesuré par le volumètre expiratoire permet de distinguer trois situations : volume affiché égal au volume mesuré : le système est étanche ; volume affiché supérieur au volume mesuré : il existe une fuite, correspondant à la différence entre les deux ; volume affiché inférieur au volume mesuré : du gaz moteur (ventilateur à circuit double) ou de l'air ambiant (inspirations supplémentaires ou aspiration d'air du fait d'une pression négative) pénètre dans le système.
Le VT " mesuré " sur le segment expiratoire diffère du VT " reçu " dans les situations suivantes : en cas de fuite majeure ou de débranchement avec VT " reçu " nul, le volumètre peut être leurré et indiquer un volume expiré satisfaisant, par suite de l'aspiration d'air ambiant par certains ventilateurs, ou un dispositif antipollution de type aspiratif défectueux ; en cas d'inocclusion de la valve unidirectionnelle inspiratoire, une partie de l'air expiré retourne dans le segment inspiratoire et le volumètre expiratoire indique un volume expiré diminué d'autant ; en cas d'inocclusion de la valve unidirectionnelle expiratoire, le flux de gaz bidirectionnel résultant dans le segment expiratoire (vers la valve à l'expiration, vers le patient à l'insufflation) peut être décelé à l'aide d'un volumètre bidirectionnel ; en cas de défaut d'occlusion de la valve expiratoire du ventilateur pendant l'insufflation, le volumètre expiratoire, placé en aval de la valve, mesure à la fois le volume de fuite au moment de l'insufflation et celui rejeté à l'expiration ; dans le cas des ventilateurs dépourvus de ballon réservoir dans lequel ils puisent pour se remplir, le volumètre mesure non seulement le volume expiré, mais aussi le débit de gaz frais pénétrant dans le système pendant l'insufflation et l'expiration ; quel que soit le type de ventilateur, le volumètre mesure non seulement le VT " reçu ", mais aussi le volume de gaz comprimé et restant dans le système anesthésique pendant l'insufflation. Dans le déterminisme de ce volume comprimé, n'interviennent pas seulement la compliance du système et la pression d'insufflation de crête, mais aussi d'une éventuelle PEP [16].
Dans le cas des ventilateurs dépourvus de ballon réservoir (exception faite de l'appareil ELSA), on a : VT " mesuré " = VT " délivré " + volume comprimé + débit de gaz frais pendant I et E VT " reçu " = VT " délivré " + débit de gaz frais pendant I - volume comprimé .
Le volume comprimé est obtenu en multipliant la compliance interne du système par la pression d'insufflation de crête. Si la compliance n'est pas connue, une valeur approchée peut être obtenue à partir de la capacité du système anesthésique, sachant que 1 l de la capacité correspond à une compliance d'environ 1 ml·cmH2O-1 avec les tuyaux annelés peu rigides.
En dehors de l'effet du mode d'alimentation en gaz frais, le VT " mesuré " est d'autant plus différent du VT " reçu " que la compliance du système est élevée, la pression d'insufflation haute et l'espace mort mécanique grand. A l'extrême, le VT " mesuré " peut uniquement correspondre au volume comprimé. Sont particulièrement graves, les défauts amenant le volumètre à indiquer un volume expiré satisfaisant alors que le volume effectivement reçu ne l'est pas
Surveillance de l'oxygène
Le monitorage de l'oxygène (pression d'alimentation, débit et concentration) repose sur divers dispositifs, placés au niveau du système d'alimentation en gaz frais, ainsi que du système anesthésique.
Dispositifs manométriques du système d'alimentation en gaz frais
Au point d'arrivée des gaz dans l'appareil d'anesthésie, est placé un manomètre indiquant la pression d'alimentation en O2 (habituellement égale à 3,5 bars ± 20 %). En cas de chute de la pression d'alimentation, des dispositifs manométriques automatiques permettent : d'actionner un sifflet ; de couper l'arrivée de N2O ; cette fonction est aussi remplie par les débitmètresmélangeurs à asservissement du débit de N2O par voie pneumatique ; de mettre en fonction une bouteille d'O2 de réserve.
Débitmètres-mélangeurs
Ils assurent aussi une surveillance de l'O2 et garantissent, en principe, l'émission d'un mélange gazeux contenant au moins 25 à 30 % d'O2. Ces appareils ont des limites (cf. fascicule 36-100-B-20).
Analyseurs d'oxygène
Ce sont les seuls appareils capables de reconnaître l'administration d'un mélange gazeux hypoxique. A l'inverse, ils signalent aussi une concentration d'O2 excessive avec risque de réveil peranesthésique, par activation persistante du bypass d'O2, défaut d'alimentation en N2O ou défaut d'appareillage [15, 46].
Eux seuls sont capables de reconnaître l'O2 et d'en mesurer la concentration. Par contre, ils ne mesurent pas le débit. De ce fait, il n'y a pas d'alarme en cas de débit d'O2 nul, mais de maintien de la concentration d'O2 au point de mesure. C'est pourquoi la coupure de N2O, qui s'effectue en cas de coupure d'O2, doit toujours être associée à une alarme sonore. Les analyseurs d'O2 constituent aussi une aide au diagnostic étiologique d'une chute de la SpO2 mesurée par oxymétrie de pouls. Ils indiquent en effet si un défaut d'oxygénation est imputable ou non à la composition du mélange gazeux délivré par l'appareil d'anesthésie.
Les analyseurs d'O2 à réponse lente (T95 > 10 s), telles les cellules polarographiques et galvaniques (cellules à combustible), affichent une valeur moyenne. La mesure s'effectuant par procédé électrochimique, la durée de vie des cellules est inversement proportionnelle à la concentration d'O2 mesurée et leur durée d'exposition à ce gaz.
L'anesthésie se terminant en principe avec une FiO2 = 1, il convient d'enlever la cellule du circuit en fin d'acte et de l'exposer à l'air. Dans le circuit, elle resterait en contact d'O2 à forte concentration et riche en vapeur d'eau.
Les analyseurs d'O2 à réponse rapide (T95 ≤ 1 s), tels ceux à cellule paramagnétique et les spectromètres de masse ou à effet Raman, mesurent les concentrations d'O2 inspiré et expiré et permettent de déterminer la consommation d'O2 et le débit cardiaque [33].
Les analyseurs peuvent être placés en divers points de l'appareil d'anesthésie[66].
Analyseur d'oxygène à la sortie du système d'alimentation en gaz frais
Un analyseur d'O2 placé en aval des débitmètres et des vaporisateurs et en amont du système anesthésique peut être à réponse lente. Il détecte : l'absence d'alimentation en O2 ; les erreurs de branchement des conduites de gaz (inversion O2/N2O) sauf si ces débitmètres sont réglés sur un débit identique ; la pollution de la ligne d'alimentation d'O2 par du N2O [63] ou de l'air [5, 30, 55] ; les erreurs de manipulation et les pannes (fuites) au niveau des débimètres et du bypass d'O2.
A l'inverse, il ne reconnaît pas : un arrêt du débit d'O2 en cas de coupure simultanée du N2O par un dispositif manométrique ou par un débitmètre-mélangeur, tant que le mélange gazeux immobilisé au point d'analyse a une concentration d'O2 supérieure au seuil d'alarme ; une erreur de manipulation d'un sélecteur circuit principal/circuit accessoire placé en aval ; un débranchement du tuyau d'alimentation du système anesthésique, aboutissant à la non-alimentation en gaz frais du système en fonction ; la constitution d'un mélange hypoxique dans le système anesthésique en aval.
Analyseur d'oxygène dans le système anesthésique
Le monitorage de la concentration d'oxygène requiert un analyseur dont la vitesse de réponse est adaptée au type de système anesthésique.
Analyseur d'oxygène dans le circuit filtre
La cellule de mesure ou le site de prélèvement de l'échantillon de gaz d'un analyseur de type aspiratif peut se situer soit dans le segment inspiratoire, soit à la jonction avec le patient, soit dans le segment expiratoire.
Dans le segment inspiratoire, la concentration d'O2 fluctue peu, car le mélange des gaz expirés et des gaz frais a lieu en amont. De ce fait, un analyseur à réponse lente est suffisant. Il va détecter l'ensemble des problèmes survenant en amont, dans le système d'alimentation en gaz frais, ainsi que dans le circuit, en particulier quand celui-ci est alimenté par un faible débit de gaz frais. Les principaux risques sont : l'absence ou l'insuffisance d'alimentation du circuit en O2 ; les variations de captation d'O2 et d'élimination de N2O par le patient ; l'accumulation d'azote et d'autres gaz ; l'aspiration d'air à travers l'entrée d'air ambiant ou une fuite, par un ventilateur ou un système antipollution défectueux ou un analyseur de type aspiratif ; la pénétration d'air comprimé, faisant office de gaz moteur, dans le ballon ou le soufflet percé d'un ventilateur à circuit double.
L'analyseur d'O2 situé à la jonction circuit filtre-patient doit être à réponse rapide, compte tenu des variations rapides de la concentration d'O2 dans ce segment. Il est en mesure de reconnaître tous les problèmes précédents et de fournir la valeur de concentration fractionnelle d'O2 inspiré (FiO2) et celle de fin d'expiration (FETO2).
L'analyseur d'O2, généralement à réponse lente, placé au niveau du segment expiratoire fournit, non seulement les mêmes renseignements que celui placé sur le segment inspiratoire, mais peut aussi faire office d'alarme de débranchement, quand le seuil de déclenchement de celle-ci est fixé au-dessus de 21 vol %. En pratique, cette position est peu utilisée par suite de la forte teneur en eau des gaz expirés et ses effets néfastes sur la cellule de mesure.
Analyseur d'O2 dans les systèmes anesthésiques de la classification de Mapleson
Dans ces systèmes, dépourvus de valves unidirectionnelles séparant les gaz inspirés et expirés, un échantillon de gaz représentatif du mélange inspiré ne peut être obtenu. C'est pourquoi la qualité de la fourniture d'O2 est uniquement évaluée au niveau du gaz alvéolaire, donc par la FETO2, mesurée avec un analyseur à réponse rapide.
Analyseur d'O2 dans les systèmes anesthésiques avec valve de non-réinhalation
Dans les systèmes avec ballon ordinaire, un analyseur d'O2 à réponse lente est placé entre la sortie du système d'alimentation en gaz frais et l'entrée dans le ballon. Dans les
systèmes avec ballon autogonflable capable d'aspirer de l'air ambiant, un analyseur à
réponse rapide, avec site de prélèvement de gaz échantillon à la jonction valve-patient, est requis pour connaître avec précision les concentrations d'O2.
Surveillance du gaz carbonique
La surveillance de la concentration de CO2 inspiré et expiré, par un analyseur à infrarouges ou un spectromètre, effectuant la mesure au niveau de la jonction système anesthésiquepatient, fournit des informations sur l'appareil d'anesthésie, la sonde d'intubation et l'état du patient (tableau I) [2, 11, 37, 64,67].
Une élévation de la ligne de base du capnogramme (FiCO2), au-dessus du zéro, est un signe de réinhalation de CO2, dans la mesure où le temps de réponse du capnographe est compatible avec la fréquence respiratoire. En fait, une concentration zéro à un moment quelconque du cycle ventilatoire n'indique pas nécessairement que le mélange gazeux inspiré ne contient pas de CO2 [65]. En effet, en cas de réinhalation successive d'une fraction du mélange gazeux de fin d'expiration contenant du CO2, puis de mélange de gaz frais, le capnogramme revient à zéro à un moment donné. Dans ces conditions, une réinhalation ne peut être détectée que par référence à la courbe de débit de gaz obtenue simultanément et permettant de relier le signal CO2 au temps inspiratoire du cycle respiratoire. Avec les analyseurs de type aspiratif, le signal du CO2 est obtenu avec retard et rend difficile une mise en relation de la concentration de CO2 et du flux gazeux.
Dans le circuit filtre, l'épuisement de l'absorbant de CO2, un défaut d'occlusion d'une valve unidirectionnelle ou un débranchement partiel à ce niveau, le recours à un nez artificiel de grande capacité (espace mort augmenté) associé à un petit volume courant, entraînent une réinhalation de CO2. Le défaut d'occlusion touche beaucoup plus souvent la valve expiratoire par suite de la présence de vapeur d'eau [6, 27, 43, 48]. La non-occlusion de la valve expiratoire donne lieu à une réinhalation de CO2 plus importante que celle de la valve inspiratoire [44]. Dans les systèmes de la classification de Mapleson, dépourvus de valve unidirectionnelle, le débit de gaz frais peut diluer l'échantillon de gaz destiné à l'analyse et donner lieu à la mesure de concentrations de CO2 anormalement basses. Par ailleurs, du CO2 se retrouve dans le mélange gazeux inspiré, quand le débit de pointe inspiratoire dépasse le débit de gaz frais.
Une diminution de pente du segment ascendant (expiratoire) du capnogramme témoigne d'une obstruction de l'expiration dans le système anesthésique, la sonde d'intubation ou les voies aériennes. Une diminution de la pente descendante, après le plateau, peut témoigner du fait que le CO2 de fin d'expiration déposé à proximité du tube collecteur est déplacé et que le mélange de gaz frais provenant d'une autre partie du système anesthésique commence à remplacer le CO2. Ce dernier phénomène s'observe avec les faibles volumes courants, des pauses expiratoires longues et des débits d'aspiration de gaz échantillon élevés.
Surveillance des vapeurs anesthésiques halogénées
La concentration des vapeurs anesthésiques halogénées (VAH) est mesurée dans le mélange gazeux inspiré et expiré par un analyseur de type aspiratif, prélevant le gaz échantillon à la jonction système anesthésique-patient (fig. 9). Les appareils actuels utilisent soit l'absorption des infrarouges, soit les oscillations d'un quartz piézoélectrique couvert d'un film de substance absorbant les VAH, soit la spectrométrie de masse (spectromètre à aimant, à quadrupôle) ou la spectrométrie à effet Raman [67]. La reconnaissance de la vapeur par le moniteur permet de déceler les erreurs de remplissage d'un vaporisateur par un anesthésique volatil liquide pour lequel il n'est pas calibré. En pareil cas, les analyseurs ne reconnaissant pas les VAH affichent des concentrations très différentes de celles réglées sur le vaporisateur [3, 4]. L'absorption des rayons infrarouges par l'halothane est nettement plus faible que celle par l'enflurane ou l'isoflurane, qui ont des absorptions similaires. De ce fait, un facteur multiplicateur d'environ 5 : 1 est requis. Ainsi, un vaporisateur à enflurane, rempli accidentellement d'halothane et réglé à une concentration de vapeur de 1,5 vol %, délivrera de l'halothane à une concentration d'environ 2 vol % alors que l'analyseur affichera une concentration d'environ 0,4 vol %.
La mesure de la concentration de vapeur dans le mélange gazeux inspiré informe sur celle réellement délivrée au patient, ainsi que sur la précision et les erreurs de réglage et de remplissage, et les pannes du vaporisateur [58]. Cette mesure est fortement recommandée en cas d'anesthésie avec circuit filtre alimenté par un faible débit de gaz frais, à cause de la réinhalation de vapeur expirée et de la non-linéarité de la plupart des vaporisateurs, quand ils sont alimentés par un faible débit de gaz frais. Un tel monitorage est indispensable en cas de vaporisation par injection directe d'anesthésique liquide et avec certains vaporisateurs chauffants.
Surveillance du protoxyde d'azote et de l'azote
Comme dans le cas de l'O2, le monitoring du N2O peut s'effectuer en deux points : le système d'alimentation en gaz frais et le système anesthésique. La concentration de N2O est mesurée par un analyseur à infrarouges ou un spectromètre de masse ou à effet Raman. La mesure de la concentration d'azote requiert un spectromètre.
Le monitoring du N2O au niveau du système d'alimentation en gaz frais porte sur la pression d'alimentation en N2O (habituellement 3,5 bars ± 20 %). Deux autres éléments de surveillance du N2O sont le dispositif de coupure automatique de l'arrivée du N2O en cas de défaut d'alimentation en O2, ainsi que le débitmètre-mélangeur, empêchant l'émission d'un mélange de gaz contenant moins de 25 à 30 % d'O2. Dans la mesure où l'analyseur d'O2 fournit une information indirecte sur la concentration de N2O, la surveillance de ce gaz pour des raisons de sécurité du patient n'est pas requise.
Le monitoring de l'azote permet de déceler son accumulation en rapport avec : son élimination alvéolaire (dénitrogénation) ; une embolie gazeuse (air) ; la pénétration d'air dans le circuit à travers la valve d'admission d'air ambiant ou une fuite, à l'occasion d'une pression négative générée par un ventilateur, les mouvements inspiratoires du patient, un analyseur de type aspiratif, ou un dispositif antipollution défectueux [29, 35].
Surveillance de la température
Dans le segment inspiratoire, ce moniteur informe sur la température et, indirectement, la teneur en eau du mélange gazeux administré. Au niveau du segment patient du raccord en T ou en Y, ou dans la partie initiale du segment expiratoire, une sonde thermique à réponse rapide peut aussi faire office de détecteur de débranchement.
Moniteurs de débranchement
En cours de ventilation automatique, un débranchement accidentel ou une fuite majeurepeut entraîner une hypoxie et/ou une hypercapnie sévères avec des conséquences cérébrales et cardiaques dramatiques. Trois types de débranchements peuvent être observés : débranchement dans le système d'alimentation en gaz frais, ou entre celui-ci et le système anesthésique [7] ; débranchement à l'intérieur du système anesthésique ; débranchement entre le système anesthésique et le patient, ou extubation accidentelle ou dégonflement complet du ballonnet d'étanchéité.
La plupart des moniteurs de débranchement décèlent soit une perte de pression dans le système, soit un débit expiratoire diminué, nul ou continu, soit un débit expiratoire de CO2 nul [53]. Les moniteurs de ventilation portant directement sur le patient ne sont pas envisagés ici.
Moniteur de débranchement de type manométrique
Ce type d'appareil surveille le franchissement lors de l'insufflation d'un seuil de pression minimal (pression basse) réglable et déclenche une alarme en cas de non-franchissement au bout d'un temps donné [36].
Il est essentiellement utilisé comme alternative au moniteur de débranchement de type volumétrique, qui n'est pas employé avec les ventilateurs aspirant des gaz durant l'expiration. Il peut être leurré par une " résistance " située entre le point de mesure de pression et le site de débranchement et permettant une montée en pression suffisante au franchissement du seuil d'alarme. Pour réduire ce risque, le seuil d'alarme est généralement réglé à seulement 5 cmH2O en dessous de la pression d'insufflation de crête.
Moniteur de débranchement de type volumétrique
Ce type d'appareil, qui surveille le franchissement d'un seuil de volume expiré minimal réglable (volume bas), est plus fiable que celui de type manométrique, sauf avec les ventilateurs de type " soufflet dans enceinte ", avec soufflet descendant à l'expiration ou avec soufflet actionné par un moteur, et dépourvus de ballon réservoir [69]. En effet, en cas de débranchement, le soufflet se déplisse en aspirant de l'air ambiant à travers le volumètre, qui est ainsi leurré. En fait, même les ventilateurs avec soufflet ascendant peuvent aspirer 50 à 140 ml d'air en cas de débranchement, en se déplissant partiellement pour revenir à leur position de repos, après compression maximale en fin d'insufflation [20]. Enfin, un système antipollution de type aspiratif peut, dans certaines circonstances, aspirer de l'air à travers le volumètre et le leurrer. Il convient, comme pour le moniteur de type manométrique, de régler une fourchette de seuil d'alarme très proche du volume expiré normal.
Capnométrie
Le capnomètre, qui déclenche une alarme quand la présence de CO2 n'est plus détectée, représente actuellement le meilleur moniteur de débranchement. Il pourrait néanmoins être leurré dans les deux cas suivants : vrai débranchement sans alarme, si le patient reprend immédiatement sa ventilation spontanée et que le débranchement se situe entre le raccord de prélèvement de gaz échantillon et le tube endotrachéal ou que le prélèvement a lieu par l'intermédiaire d'un conduit inclus dans ce tube (faux négatif) ; absence de débranchement avec alarme, en cas d'arrêt subit d'élimination de CO2, du fait d'un arrêt circulatoire (faux positif).
Dans le cas du système de Bain, une absence de CO2 n'est décelée qu'après un débranchement d'une durée supérieure à environ 1 min par suite de la présence de CO2 expiré dans le tuyau annelé externe [32].
Concentration d'O2 dans le mélange gazeux expiré
Comme pour le CO2, le monitorage de la concentration d'O2 dans le segment expiratoire du système anesthésique peut reconnaître un débranchement, dans la mesure où le seuil d'alarme est réglé au-dessus de 21 % et qu'il reste un débit de gaz suffisant au point d'analyse ou de prélèvement de gaz échantillon, pour entraîner un changement de composition du mélange à ce niveau [28, 61].
Concentration d'anesthésique par inhalation dans le mélange gazeux expiré
L'analyseur de N2O ou de vapeur anesthésique ne détecte plus d'agent anesthésique dans le mélange gazeux expiré, en cas de débranchement. Il peut être leurré dans les mêmes situations que le capnomètre.
Température du mélange gazeux expiré
Une thermistance à réponse rapide, placée à la jonction système anesthésique-patient ou dans le segment expiratoire du système anesthésique, permet de reconnaître le passage d'air expiré chaud et peut constituer une alarme de débranchement. La réponse est modifiée par la présence d'un " nez artificiel ", à la jonction système anesthésique-patient.
La valeur informative des dispositifs de surveillance de la pression, du débit, du volume et de la composition des gaz circulant dans le système anesthésique dépend de leur principede fonctionnement et de leur site de mesure. Les données de cette surveillance instrumentale peuvent être regroupées sur un écran, représentées et enregistrées sous forme digitale et/ou analogique ainsi que sous forme de tendances.
Une sécurité optimale n'est obtenue que par la combinaison de plusieurs dispositifs de surveillance. Le point de mesure optimal est la jonction système anesthésique-patient.
Aucun dispositif n'est parfaitement fiable et tous peuvent donner des informations de type " faux positif " et " faux négatif ". C'est pourquoi le meilleur moniteur de l'appareil d'anesthésie reste le médecin anesthésiste compétent et vigilant.
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