Courbe pression–volume et recrutement alvéolaire au cours du

Réanimation 2001 ; 10 : 16-26
© 2001 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés
S1164675600000803/REV
MISE AU POINT
Courbe pression–volume et recrutement alvéolaire au
cours du syndrome de détresse respiratoire aiguë
J.C. Richard1*, L. Breton1, S.M. Maggiore2
1
Service de réanimation médicale, centre hospitalier universitaire de Rouen, hôpital Charles-Nicolle, 1, rue de Germont,
76031 Rouen cedex, France ; 2 service de réanimation médicale, centre hospitalier universitaire Henri-Mondor, 51,
avenue de Lattre-de-Tassigny, 94010 Créteil cedex, France
(Reçu et accepté le 20 septembre 2000)
Résumé
La courbe pression–volume est un outil physiologique qui permet de caractériser l’altération des propriétés élastiques
du système respiratoire. Au cours du syndrome de détresse respiratoire aigu, cette courbe présente classiquement trois
segments séparés par les points d’inflexion inférieur et supérieur. De nombreuses études ont permis de mieux
comprendre les informations données par l’analyse de la relation pression–volume dans différentes situations cliniques.
Le point d’inflexion inférieur représente une zone au-delà de laquelle l’augmentation de pression entraîne des
phénomènes de recrutement définis comme l’ouverture de territoires alvéolaires préalablement collabés. La partie
linéaire de la courbe, comprise entre les deux points d’inflexion, correspond à l’ouverture successive des alvéoles
survenant tout au long de l’insufflation. La pente de segment représente la compliance qui reflète l’élasticité du système
respiratoire. Enfin, l’augmentation de ce volume pulmonaire, associée à l’ouverture itérative des alvéoles, laisse
progressivement place à des phénomènes de distension de certaines d’entre elles au niveau de la zone d’inflexion
supérieure. L’obtention de courbes avec et sans pression expiratoire positive permet de quantifier l’effet de cette
dernière sur le recrutement alvéolaire. Parmi les nombreuses techniques proposées pour construire la courbe
pression–volume, les méthodes dites « d’insufflation à débit lent » semblent actuellement les plus adaptées car elles
peuvent être réalisables sur la plupart des ventilateurs récents. Certaines études cliniques suggèrent que l’analyse de la
courbe pression–volume puisse permettre un réglage optimal et individualisé des paramètres du ventilateur au cours du
syndrome de détresse respiratoire aigu. Des études supplémentaires sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse.
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courbe pression–volume / mécanique respiratoire / pression expiratoire positive / recrutement alvéolaire /
syndrome de détresse respiratoire aiguë / ventilation protectrice
Summary – Pressure–volume curve and alveolar recruitment in the course of acute respiratory syndrome.
The pressure–volume curve is a physiological. tool which accurately describes the elastic properties of the respiratory
system. In patients with acute respiratory distress syndrome, the classical shape of the pressure–volume curve can be
characterised into three segments, separated by the lower and upper inflection points. Physiological information given
by the curve could be interpreted as follows: to increase pressure above the lower inflection point is necessary to allow
*Correspondance et tirés à part.
Courbe pression–volume et recrutement alvéolaire au cours du SDRA
17
significant lung recruitment defined as the opening of previous lung collapse. In between the two inflexion points, the
linear part of the curve (linear compliance) depends on the continuous recruitment phenomena that occur during
inflation, reflecting, therefore, elastic properties of the respiratory system. The flattening part of the curve above the
upper inflexion point reflects the end of recruitment, progressively associated with overdistention. For a given airway
pressure, alveolar recruitment could be quantified as the volume difference between the curve recorded with and without
positive end-expiratory pressure superimposed on a common volume axis. Of the numerous techniques proposed to
record pressure–volume curve, the low flow inflation method, which could be incorporated in most of currently available
ventilators, could permit the application of this technique in routine practice. Recent data suggest that a ventilatory
approach based on the pressure–volume curve analysis could be beneficial in acute respiratory distress syndrome
patients. Further clinical trials are warranted to determine the role of the pressure–volume curve in acute respiratory
distress syndrome patient management. © 2001 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS
acute respiratory distress syndrome / alveolar recruitment / positive end-expiratory pressure / pressure–volume
curve / protective ventilation / respiratory mechanisms
La courbe pression–volume (PV) est un outil physiologique qui permet de décrire les propriétés mécaniques
du système respiratoire. Au cours du syndrome de
détresse respiratoire aiguë (SDRA), il existe une altération des propriétés élastiques, qui s’accompagne d’une
réduction des volumes pulmonaires [1].
Pour éviter que la ventilation elle-même n’aggrave les
lésions alvéolaires, il est actuellement recommandé de
limiter les volumes et les pressions tout en préservant un
volume pulmonaire suffisant, en particulier grâce à
l’application d’une pression téléexpiratoire positive
(PEP) [2].
Comme nous allons le voir, la courbe PV permet de
caractériser non seulement l’interaction entre pressions
et volumes, mais également de quantifier le recrutement alvéolaire induit par la ventilation. Son utilisation
chez le patient de réanimation ventilé pour un SDRA
pourrait permettre de décrire le stade évolutif de la
maladie et aider le clinicien à régler le ventilateur [3, 4].
APPROCHE PHYSIOLOGIQUE
Au cours de la ventilation mécanique, la pression dans
les voies aériennes dépend, d’une part des débits, des
volumes et de la PEP générés par le ventilateur, et
d’autre part des propriétés résistives et élastiques de
l’ensemble du système respiratoire. L’équation suivante
appelée « Équation du mouvement » permet de décrire
à tout moment du cycle respiratoire, la relation entre la
pression dans les voies aériennes et les propriétés mécaniques du système thoracopulmonaire [1] :
Équation 1 : Pva = Pres + Pel + PEP ; avec Pva : pression dans les voies aériennes ; Pres : pression résistive ;
et Pel : pression élastique.
En développant les termes Pres et Pel, on obtient
l’équation suivante :
Équation 2 :
Pva = 共 V
~ ⋅ R 兲 + 共 V ⋅ E 兲 + PEP ;
avec V
~ : débit ; V : volume ; R : résistance ; et E : élastance.
Lorsque la pression dans les voies aériennes est mesurée dans des conditions où le débit est nul (conditions
dites « statiques »), l’équation 2 peut être simplifiée :
Pva = E·V + PEP, ce qui permet, si l’on connaît le
volume insufflé, de calculer l’élastance et donc la compliance du système. Le point statique calculé au cours
d’une occlusion représente un point de la courbe PV.
Plusieurs points sont nécessaires pour reconstruire
l’ensemble de la courbe.
Les propriétés élastiques du système respiratoire peuvent également être mesurées dans des conditions dynamiques, à condition que le débit soit suffisamment
faible pour que la pression résistive 共 V
~ ⋅ R 兲 puisse être
négligée (équation 2). Cette approximation sera
d’autant plus justifiée que le débit et les résistances
seront faibles.
Une technique récemment développée par Svantesson et al. permet de calculer la pression résistive du
système respiratoire, grâce à l’utilisation d’un débit
d’insufflation oscillant [5]. La pression élastique peut
alors être calculée précisément à partir de la mesure de la
pression dans les voies aériennes, selon l’équation suivante : Pel = Pva – Pres. Par opposition aux méthodes
statiques, qui nécessitent la réalisation d’occlusions, et à
la méthode dite « d’insufflation à débit lent » pour
laquelle il faut éliminer les résistances, cette technique
permet de déterminer précisément les propriétés élastiques et résistives sans approximation.
18
J.C. Richard et al.
COURBE PRESSION–VOLUME : TECHNIQUES
DISPONIBLES
Quelles que soient les méthodes utilisées, l’enregistrement de la courbe PV doit être réalisé alors que les
muscles respiratoires du patient sont complètement
relaxés afin de refléter les propriétés élastiques passives
du système respiratoire. Une sédation parfois associée à
une curarisation est le plus souvent nécessaire.
La super-seringue
La méthode dite de la « super-seringue » fut la première
décrite pour la mesure de la courbe PV chez le patient
présentant un SDRA [4, 6]. Le patient est déconnecté
du ventilateur, pour permettre une expiration jusqu’au
volume de relaxation du système respiratoire. On
connecte alors la super-seringue puis on insuffle par
paliers un volume total de 1,5 à 2 L d’oxygène pur,
jusqu’à atteindre une pression de 40 à 50 cmH2O. À
chaque palier, une pause permet la mesure de la pression et du volume correspondant. L’ensemble de la
courbe PV est ensuite reconstruit par l’intermédiaire
d’une table traçante XY. L’expiration se fait de la même
façon que l’insufflation, avec un retour du système
respiratoire à son volume d’équilibre [1]. Cette méthode
de référence a été largement utilisée comme outil physiologique, elle présente cependant de nombreux inconvénients pour la pratique clinique. En effet, la
manœuvre est relativement longue, d’autre part elle
nécessite de déconnecter le patient du ventilateur, ce
qui s’accompagne d’un arrêt brutal de la PEP parfois
mal toléré. De plus, un équipement spécial est nécessaire et les échanges gazeux qui se poursuivent pendant
les mesures rendent les résultats difficiles à interpréter
[7]. Enfin, l’oxygène pur utilisé dans la seringue pourrait provoquer des atélectasies de dénitrogénation. La
méthode peut donc par elle-même modifier les propriétés mécaniques du système respiratoire étudié [8].
Méthode des occlusions multiples
Cette méthode, initialement décrite sur le ventilateur
Servo 900C™ (Siemens-Elema AB, Suède) par Lévy et
al., est basée sur la possibilité d’effectuer des occlusions
manuelles téléexpiratoires et téléinspiratoires [9]. La
pression est mesurée au cours de l’occlusion, alors que le
volume est mesuré pendant l’expiration qui lui succède.
La PEP intrinsèque est mesurée avant chaque cycle
étudié, grâce à une occlusion téléexpiratoire. Pour une
ventilation minute donnée, la modification de la fréquence respiratoire permet d’obtenir des occlusions à
différents volumes courants et donc de reconstruire
point par point l’ensemble de la courbe PV [10, 11].
Cette méthode est réalisée sans déconnecter le patient
du ventilateur, car les pressions et les volumes sont
mesurés sur la machine. De plus, elle permet d’obtenir
la courbe PV avec et sans PEP, ce qui autorise le calcul
du recrutement alvéolaire induit par la PEP. L’inconvénient principal de cette technique est lié au fait que
l’acquisition d’un nombre de points suffisant (15 à
20 points) pour reconstruire l’ensemble de la courbe
PV peut s’avérer très longue. Par ailleurs, l’insufflation
des différents volumes courants peut modifier l’histoire
pulmonaire et influencer ainsi la forme de la courbe PV.
Pour limiter ce phénomène, il est nécessaire de respecter un délai suffisant entre les différents cycles tests, ce
qui allonge d’autant la durée nécessaire pour réaliser
l’acquisition de l’ensemble de la courbe.
Les méthodes statiques, longtemps considérées
comme des méthodes de référence, présentent des
inconvénients non négligeables, qui rendent difficiles
leur réalisation et leur interprétation en routine clinique. Des efforts ont donc été réalisés pour développer
des méthodes dynamiques plus faciles à réaliser et souvent mieux tolérées.
Insufflation à débit lent
La mesure de la pression dans les voies aériennes au
cours de l’insufflation d’un volume de l’ordre de 1 à
1,5 L permet d’obtenir très simplement l’ensemble de
la courbe PV à condition que le débit d’insufflation
utilisé soit suffisamment lent pour pouvoir négliger la
pression liée aux résistances. Cette technique proposée
dans les années 1970 a été comparée aux techniques de
référence (super-seringue et occlusions multiples) avec
d’excellents résultats [12, 13]. En plus de sa simplicité,
cette technique présente l’avantage de pouvoir être
obtenue en une seule manœuvre, à l’aide de nombreux
ventilateurs et sans qu’aucun matériel supplémentaire
ne soit nécessaire. Néanmoins, sa réalisation nécessite
de pouvoir régler le ventilateur de façon à ce que, après
une expiration prolongée (obtenue le plus souvent par
la baisse de la fréquence respiratoire), un volume de 1 à
1,5 L soit insufflé avec un débit constant et suffisamment réduit. Cette manœuvre n’est pas réalisable sur
tous les ventilateurs, en raison de limites technologi-
Courbe pression–volume et recrutement alvéolaire au cours du SDRA
ques. Rodriguez et al. ont comparé cette technique
obtenue sur un ventilateur classique à celle des occlusions multiples [14]. La concordance entre les deux
techniques était bonne, mais trente minutes étaient
nécessaires pour obtenir la courbe PV avec la méthode
des occlusions, contre trois minutes avec l’insufflation à
débit lent. La même technique a pu être appliquée en
utilisant des débits réglés respectivement à 3 et
9 L·min–1. Les résultats étaient comparés à ceux obtenus avec la super-seringue et les occlusions multiples.
Les courbes obtenues avec 9 L·min–1 étaient très légèrement décalées vers la droite en raison de la pression
résistive. En revanche, la compliance linéaire était comparable avec les trois méthodes [15]. Svantesson et al.
ont mis au point une technique où le débit lent utilisé
n’était pas constant mais oscillant, ce qui permettait le
calcul très précis de la pression résistive à partir de la
pression dans les voies aériennes, et donc de la pression
élastique [5]. Cette manœuvre était réalisée grâce un
système électronique qui permettait de contrôler un
Servo 900C™ via un ordinateur. En plus de sa précision et de sa grande reproductibilité, cette technique
peut être réalisée avec des débits d’insufflation plus
rapides, ce qui réduit la durée d’acquisition et améliore
d’autant la tolérance clinique. Cette technique a été
comparée à la méthode des occlusions multiples avec
une excellente concordance concernant le calcul de la
compliance et des résistances [5]. Cependant, des différences entre ces deux techniques ont pu être observées
à haut volume pulmonaire (partie supérieure de la
courbe PV). Ces différences sont induites par les forces
de rétraction dites « viscoélastiques » qui surviennent
dès que l’on se trouve dans des conditions dynamiques
[16]. Parce que la ventilation est par nature un phénomène dynamique, ces forces qui s’appliquent aux alvéoles sont probablement importantes à prendre en
considération.
En conclusion, la technique de l’insufflation à débit
lent présente de nombreux avantages par rapport aux
techniques précédemment décrites. En effet, cette
méthode est plus rapide, elle ne nécessite pas d’appareillage extérieur ni de déconnexion patient–ventilateur, de plus elle peut être aisément réalisée à différents
niveaux de PEP. Contrairement aux techniques statiques, elle présente l’intérêt de prendre en compte la
pression viscoélastique du système respiratoire, qui peut
chez certains malades être considérable [16].
19
INTERPRÉTATION DE LA COURBE
PRESSION–VOLUME INSPIRATOIRE
Chez les patients ventilés pour un SDRA, la courbe PV
présente un aspect sigmoïdal caractéristique comprenant trois segments séparés par deux points d’inflexion
(figure 1) [1]. Le premier segment, qui présente une
compliance très faible, correspond au début de l’insufflation dans un système proche du volume de relaxation
téléexpiratoire, comprenant de nombreux territoires
alvéolaires collabés. Le deuxième segment, qui se trouve
séparé du premier par le point d’inflexion inférieur,
présente une compliance plus élevée et linéaire qui
correspond à l’ouverture successive d’alvéoles collabés,
tout au long de l’insufflation. Ce phénomène, qui
débute dans une zone de pressions proche du point
d’inflexion inférieur et qui se poursuit bien au-delà,
peut être interprété comme du recrutement alvéolaire.
Ce point d’inflexion inférieur a été proposé comme le
niveau de pression minimal au-dessus duquel il convient
de ventiler le poumon afin d’éviter les phénomènes de
fermeture–réouverture des voies aériennes [17, 18]. Le
troisième segment, qui est séparé du deuxième par le
point d’inflexion supérieur, présente une compliance
très faible. Ce point d’inflexion est classiquement considéré comme le marqueur du début de l’hyperinflation
[19]. Cependant, un certain nombre d’études suggère
qu’il reflète plutôt la fin du recrutement représenté par
la partie linéaire de la courbe. Dambrosio et al. ont été
les premiers à montrer, grâce au scanner réalisé à deux
niveaux de PEP et de volume courant, que le recrutement s’accompagnait de surdistension dès les premières
augmentations de volume pulmonaire liées à la PEP
[20]. Ainsi, la surdistension pourrait débuter bien avant
le point d’inflexion supérieur alors que le recrutement
se poursuit vraisemblablement au-delà du point
d’inflexion inférieur. Ce concept physiopathologique a
récemment été étudié à l’aide de modèles mathématiques [21, 22]. Ces derniers décrivent par une représentation multicompartimentale, le comportement
dynamique d’un poumon dont les lésions prédominent
dans les zones déclives. Pour simuler l’hétérogénéité
pulmonaire, chaque compartiment est défini par sa
position sur un axe antéropostérieur et par une pression
d’ouverture. Les compartiments déclives avaient une
pression d’ouverture plus élevée en raison du gradient
gravitationnel. La courbe PV théorique obtenue avec ce
type de modèles présente un aspect très proche de celui
observé en clinique (figure 2). Ces auteurs ont montré
que les points d’inflexion étaient d’autant plus marqués
20
J.C. Richard et al.
Afin de comprendre le rôle joué par la paroi dans
l’altération des propriétés mécaniques du système respiratoire, il est nécessaire de distinguer la courbe PV
obtenue à partir de la pression œsophagienne (paroi) de
celle obtenue par l’analyse de la pression des voies
aériennes (système thoracopulmonaire) [23]. La courbe
PV du poumon est calculée par l’analyse de la pression
transpulmonaire (Pva – Poeso). Autrement dit, l’élastance du système respiratoire est égale à la somme de
l’élastance de la paroi et du poumon.
Il a été montré que la compliance de la paroi, au cours
du SDRA, pouvait être abaissée [24, 25], mais qu’elle
n’influençait pas de beaucoup l’aspect global de la
courbe PV du système respiratoire [19, 26]. Cependant, certains auteurs ont récemment montré que l’alté-
ration des propriétés mécaniques de la paroi thoracique
pouvait modifier les points d’inflexion de la courbe PV
[27-29].
Ainsi, Mergoni a montré que chez la plupart des
malades avec SDRA, le point d’inflexion inférieur était
en partie dû aux propriétés mécaniques de la cage
thoracique [27]. Rares étaient les cas où le point
d’inflexion inférieur était uniquement dû au poumon.
Ces auteurs ont montré également que l’augmentation
de la PEP s’accompagnait d’une amélioration de l’oxygénation uniquement chez les patients qui présentaient
un point d’inflexion inférieur sur la courbe PV correspondant au poumon, soulignant ainsi l’importance de
mesurer la pression œsophagienne.
De par leurs rapports anatomiques, le compartiment
abdominal doit pouvoir influencer les propriétés mécaniques de la paroi thoracique et donc du système respiratoire. Ranieri et al. ont montré sur un groupe de
patients présentant un SDRA en rapport avec un problème abdominal chirurgical, que la compliance du
système respiratoire était significativement améliorée
après une laparotomie de décompression [28]. Cette
amélioration était due d’une part aux modifications
mécaniques de la paroi, et d’autre part à des phénomènes de recrutement pulmonaire.
Figure 1. Courbe pression–volume (PV) du système respiratoire
d’un patient avec syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA).
Cette courbe a été enregistrée à partir du volume de relaxation sans
pression téléexpiratoire positive (PEP), grâce à la méthode de l’insufflation à débit oscillant. La partie linéaire de la courbe (Clin) est
comprise entre le point d’inflexion inférieur (Pinf) et le point d’inflexion
supérieur (Psup).
Figure 2. Courbes pression–volume (PV) obtenues à partir du
modèle mathématique multicompartimental (30 compartiments) proposé par Hickling et al. Chacune des courbes correspond à une
pression d’ouverture (TOP) différente qui caractérise le modèle. Si la
pression d’ouverture des compartiments est augmentée (TOP = 12),
le volume n’augmente dans le système que lorsque cette pression est
atteinte. Ceci se traduit par un point d’inflexion inférieur marqué et par
l’apparition d’un point d’inflexion supérieur, qui témoigne de la fin du
recrutement. D’après [21].
que le modèle était hétérogène, suggérant ainsi que
les changements de pente de la courbe étaient
principalement liés à des phénomènes de recrutement
correspondant à l’ouverture successive des différents
compartiments.
INFLUENCE DE LA PAROI THORACIQUE
Courbe pression–volume et recrutement alvéolaire au cours du SDRA
21
RECRUTEMENT ALVÉOLAIRE
Au cours du SDRA, les poumons ont tendance à se
collaber sur eux-mêmes en partie à cause de l’augmentation des forces de rétraction élastique (baisse de la
compliance) induisant, de ce fait, une réduction de
l’ensemble des volumes pulmonaires [30]. De nombreux facteurs, liés en particulier au caractère très monotone de la ventilation, à la réduction des pressions
d’insufflation et aux aspirations endotrachéales fréquentes, tendent à aggraver cette tendance au dérecrutement
alvéolaire [31]. Le recrutement alvéolaire est un phénomène dynamique qui correspond à l’ouverture de territoires pulmonaires préalablement collabés [32]. Comme
nous l’avons vu, il résulte principalement des pressions
générées par le ventilateur (PEP, pression d’insufflation), mais peut aussi être influencé par la mobilisation
du malade (décubitus ventral, verticalisation) qui agit
en modifiant les propriétés élastiques du système respiratoire [33, 34]. Les études scanographiques ont permis
de montrer que les lésions pulmonaires observées chez
les patients atteints de SDRA étaient réparties principalement dans les zones dorsales et diaphragmatiques [35,
36]. Cette répartition des lésions est responsable d’une
distribution inhomogène de la ventilation (PEP et
volume courant) qui se répartit préférentiellement dans
les zones les plus compliantes et dont la pression
d’ouverture est la plus basse. De ce fait, l’augmentation
de pression qui survient à chaque cycle respiratoire
s’accompagne de la distension de certains territoires et
de l’ouverture itérative d’alvéoles collabées dans d’autres
territoires. Le recrutement alvéolaire permet, s’il est
associé à des techniques qui limitent le dérecrutement,
de rendre les poumons et la distribution de la ventilation plus homogène (figure 3) [35]. En réduisant les
phénomènes de fermeture–réouverture des petites voies
aériennes tout en limitant les pressions de distension de
fin d’inspiration, l’association d’un niveau de PEP élevé
et d’un volume courant réduit pourrait « protéger » le
poumon [37-39].
QUANTIFICATION DU RECRUTEMENT ALVÉOLAIRE
Si les effets bénéfiques de la PEP sont connus de longue
date, le volume pulmonaire qu’elle permet de recruter
n’a été quantifié que récemment [18, 40]. Katz fut l’un
des premiers qui a pu constater que le volume pulmonaire induit par un certain niveau de pression au cours
de la ventilation en PEP, était supérieur au volume
prédit par la relation PV mesurée sans PEP [41]. Ces
Figure 3. Cette figure illustre la distribution du volume courant
analysée grâce au scanner, à différents niveaux de pression téléexpiratoire positive (PEP). Chaque point représente la proportion de
tissus aérés situés dans la partie ventrale du thorax, par rapport à la
partie dorsale. Autrement dit, le volume pulmonaire aéré est environ
deux fois plus important dans la partie ventrale du thorax pour une
PEP = 0 cmH2O, alors que la ventilation semble se répartir de façon
plus homogène à 20 cmH2O de PEP.
Upper : partie ventrale du thorax (non dépendante).
Lower : partie dorsale du thorax (dépendante).
D’après [35]. Reproduit avec l’autorisation de l’American journal of
respiratory and critical care medicine.
observations suggèrent que la PEP a permis d’ouvrir un
certain nombre de territoires préalablement collabés.
Ce phénomène de recrutement se traduit par un déplacement de la courbe en PEP vers le haut (donc un
volume plus important pour une pression donnée), par
rapport à la courbe obtenue sans PEP. À l’inverse, si la
PEP n’induit pas de recrutement, les deux courbes
restent superposables.
Cette technique qui permet de quantifier le recrutement alvéolaire à partir de l’analyse des courbes PV
mesurées avec et sans PEP a été d’abord décrite puis
appliquée par Ranieri et al. dans plusieurs études cliniques [10, 12, 42]. Ces auteurs ont utilisé la méthode des
occlusions multiples pour tracer les courbes PV. Ces
dernières, obtenues à différents niveaux de PEP, étaient
replacées sur un axe de volume commun grâce à la
mesure du volume téléexpiratoire compris au-dessus du
volume de relaxation du système respiratoire (calculé
22
J.C. Richard et al.
Figure 4. Courbes pression–volume (PV) obtenues avec et sans
pression téléexpiratoire positive (PEP) (méthode de l’insufflation à
débit oscillant) replacées sur un axe de volume commun grâce à la
mesure du volume téléexpiratoire en PEP, compris au-dessus du
volume de relaxation du système respiratoire (∆CRF). Le volume
recruté (Vrec) correspond, pour une pression donnée (15 cmH2O), à
la différence de volume entre les deux courbes.
pour chaque niveau de PEP). Ce volume, mesuré au
cours d’une expiration prolongée pendant laquelle la
PEP était brutalement interrompue, servait d’origine
aux courbes PV correspondant aux différents niveaux
de PEP étudiés (figure 4).
Grâce à cette technique, Ranieri et al. ont décrit deux
types de réponse à la PEP [10]. Chez certains malades
dont la courbe PV mesurée sans PEP présentait une
concavité inférieure, la PEP n’induisait pas de recrutement, ce qui se traduisait par une absence de déplacement vers le haut de la courbe en PEP. Chez les autres
malades qui présentaient une courbe PV à concavité
supérieure, la courbe PV en PEP était déplacée vers le
haut, témoignant d’un recrutement alvéolaire conséquent. Vieira et al. ont également voulu tester l’hypothèse selon laquelle l’aspect de la courbe PV sans PEP
pouvait prédire l’effet de la PEP en termes de recrutement et de surdistension pulmonaire [43]. Dans cette
étude, l’analyse de coupes scanographiques réalisées en
fin d’expiration à différents niveaux de PEP permettait
de quantifier d’une part le recrutement, et d’autre part
la distension induite par la PEP. Chez les malades qui
présentaient un point d’inflexion inférieur sur la courbe
PV, la PEP induisait un recrutement alors que chez
ceux dont la courbe PV était rectiligne, la PEP était
responsable principalement de surdistension alvéolaire.
L’ensemble de ces données suggère que la courbe PV
peut donner un certain nombre d’indications concernant le bon réglage de la PEP. Bien avant le développement des nouvelles techniques qui aujourd’hui rendent
possible l’utilisation pratique de la courbe PV, il avait
été proposé de déterminer le niveau de « PEP optimale » en fonction des changements de compliance
effective (volume courant / [Pplat – PEP]) [18]. Cette
approche très simple reposait sur l’idée que la compliance la plus élevée reflétait le meilleur niveau de PEP.
Nous avons pu obtenir grâce à la méthode de l’insufflation à débit lent des courbes PV avec et sans PEP sur un
groupe de 11 patients ventilés pour un SDRA [44].
Chez l’ensemble des malades, la courbe en PEP était
déplacée vers le haut, indiquant l’existence d’un recrutement alvéolaire qui atteignait plus de 200 mL en
moyenne à 15 cmH2O. Les courbes PV avec et sans
PEP convergeaient pour des pressions supérieures à
30 cmH2O chez tous les malades. La compliance mesurée dans la partie linéaire de la courbe en PEP était
significativement diminuée par rapport à celle mesurée
sur la courbe PV sans PEP. Autrement dit, le recrutement induit par la PEP était associé à une baisse de la
compliance. Ces différences concernant les modifications de compliance effective et de compliance linéaire
de la courbe, induites par la PEP, s’expliquent en partie
par le caractère non linéaire de la relation PV. La
compliance effective, mesurée très simplement au lit du
malade, est donc difficilement utilisable en pratique, car
elle dépend de la taille du volume courant utilisé pour
les mesures et des changements de pente de la relation
PV [26, 45]. Gattinoni et al. ont utilisé cette technique
pour quantifier le recrutement induit par différents
niveaux de PEP (5, 10 et 15 cmH2O) sur un groupe de
patients qui présentaient un SDRA d’origine pulmonaire pour 12 d’entre eux et extrapulmonaire pour les
neuf autres [29]. Les compliances effectives calculées
avec et sans PEP étaient replacées sur un axe de volume
commun grâce à la mesure par la technique de dilution
à l’hélium du volume téléexpiratoire correspondant.
Quand l’origine du SDRA était extrapulmonaire, la
PEP induisait une augmentation du recrutement alvéolaire qui s’accompagnait d’une amélioration de la compliance effective. En revanche, la PEP n’entraînait aucun
recrutement et s’associait à une diminution de la compliance effective chez les malades présentant un SDRA
d’origine pulmonaire. Ces résultats, très importants
puisqu’ils remettent, en partie, en cause l’intérêt de la
PEP dans les SDRA d’origine pulmonaire, sont très
différents des nôtres. Sur un groupe de 22 patients dont
Courbe pression–volume et recrutement alvéolaire au cours du SDRA
la majorité présentaient un SDRA d’origine pulmonaire, nous avons montré que la PEP était responsable
d’un recrutement conséquent qui s’associait à une diminution de la compliance linéaire de la courbe PV
(55 ± 18 contre 42 ± 15 mL · cm–1H2O) [46]. Il est
intéressant de noter que, chez les mêmes patients, le
recrutement calculé avec la compliance effective selon la
méthode proposée par Gattinoni et al. sous-estimait
très significativement le volume recruté par rapport à
celui mesuré avec les courbes PV (52 ± 99 contre
282 ± 150 mL) (figure 5). De plus, l’erreur qui concernait le calcul du recrutement dépendait du volume
courant auquel était mesurée la compliance effective.
Ces observations démontrent que, bien qu’il s’agisse
d’une méthode très simple, la compliance effective n’est
pas une méthode fiable pour rendre compte de la mécanique respiratoire. Mercat et al. ont récemment proposé une méthode qui autorise le calcul du recrutement
alvéolaire à différents niveaux de PEP sans recourir à la
mesure de la compliance [47]. Cette technique repose
sur le fait que le recrutement à un niveau de pression
donné (par exemple à 20 cmH2O) peut être calculé si le
malade est ventilé en pression contrôlée à 20 cmH2O,
en comparant le volume expiré jusqu’au volume de
relaxation après un cycle au niveau de PEP considéré
avec celui expiré obtenu après un cycle sans PEP. Dans
ce travail préliminaire, le recrutement calculé de cette
façon était très proche de celui calculé par l’analyse des
courbes PV avec et sans PEP. Cette technique, utilisable sur les ventilateurs récents, très simple et rapide,
permet de quantifier le recrutement à différents niveaux
de PEP et sans aucun appareillage extérieur. Son inconvénient principal réside dans le fait qu’elle ne renseigne
pas sur l’aspect de la courbe PV et en particulier sur le
point d’inflexion supérieur.
Maggiore et al. ont testé un système complètement
automatisé qui permet d’enregistrer, à partir de niveaux
de PEP programmés à l’avance, des courbes PV (technique de l’insufflation à débit lent) [48]. Les différentes
courbes sont replacées automatiquement, les unes par
rapport aux autres, sur un axe de volume commun grâce
à la mesure du volume expiré entre deux niveaux de
PEP étudiés. La fiabilité de cette technique pour explorer des niveaux de PEP compris entre 0 et 20 cmH2O a
été testée sur un groupe de patients ventilés pour un
SDRA. La tolérance a été jugée bonne chez tous les
malades. Les auteurs ont démontré à l’aide de cette
technique que la PEP était plus efficace en termes de
recrutement et d’oxygénation quand elle était réglée
au-dessus du point d’inflexion inférieur. Ces résultats
23
Figure 5. Cette figure représente une courbe pression–volume (PV)
sans pression expiratoire positive (PEP). Les compliances effectives
(volume courant / (Pplat – PEP)), calculées à partir de volumes courants de 400 et 800 mL sont représentées par les deux segments de
droite. Cette figure illustre le fait que la compliance effective ne tient
pas compte du caractère non linéaire de la courbe PV et que le calcul
dépend du volume courant utilisé. V400 et V800 représentent les
volumes courants (respectivement 400 et 800 mL) et P400 et P800
sont les pressions mesurées pour les deux volumes courants mentionnés. Ces données sont utilisées pour le calcul des compliances
effectives (Ceff400 et Ceff800). Pintr correspond à la PEP intrinsèque.
renforcent l’idée que le recrutement débute au point
d’inflexion inférieur, et se poursuit bien au-delà. Cette
technique, très séduisante à cause de sa simplicité et de
sa reproductibilité, a été développée sur un Servo
900C™ dont le débit d’insufflation et les principaux
paramètres ventilatoires (PEP, fréquence respiratoire)
peuvent être contrôlés par un ordinateur. Ce type
d’approche pourrait être prochainement disponible sur
les ventilateurs de réanimation haut de gamme.
UTILISATION CLINIQUE
Comme nous l’avons vu, la courbe PV est un outil
probant pour aider le clinicien à régler et adapter individuellement le niveau de PEP dans le cadre de la
ventilation du SDRA. Amato et al. ont été les premiers
à montrer le bénéfice, en terme de mortalité, d’une
approche ventilatoire dite « protectrice », fondée sur
l’utilisation clinique de la courbe PV [3]. La PEP était
réglée systématiquement à 2 cmH2O au-dessus du point
d’inflexion inférieur, et la pression de fin d’inspiration
était volontairement limitée. Par ailleurs de nombreuses précautions étaient prises pour éviter tous les phé-
24
J.C. Richard et al.
nomènes de dérecrutement. Ces résultats laissent à
penser qu’un réglage individualisé basé sur l’analyse de
la courbe PV pourrait être un élément déterminant de
la prise en charge de ce type de malades. Néanmoins, la
différence de mortalité observée entre les deux bras de
cette étude pouvait être liée à d’autres facteurs car les
deux stratégies testées différaient par de nombreux
aspects. Récemment, Ranieri et al. ont rapporté des
résultats qui tendent à montrer l’intérêt d’adapter individuellement les réglages du ventilateur aux propriétés
mécaniques respiratoires basées sur la courbe PV [49].
Dans cette étude randomisée, les auteurs ont comparé
une approche ventilatoire conventionnelle à une stratégie protectrice dans laquelle la PEP réglée au-dessus du
point d’inflexion inférieur était associée à un volume
courant réduit. Alors que la réponse inflammatoire
pulmonaire et systémique (IL-6, TNFα, IL-1) restait
élevée dans le groupe ventilé de façon conventionnelle,
ces marqueurs diminuaient significativement en cas de
ventilation protectrice. Ces résultats sont d’une grande
importance puisqu’ils montrent que les réglages du
ventilateur peuvent être à l’origine d’un stress inflammatoire (biotrauma), récemment impliqué dans la
genèse du syndrome de défaillance multiviscérale et
cause principale de mortalité au cours du SDRA
[50-54].
Sur un groupe de 15 malades ventilés pour un SDRA,
nous avons récemment pu comparer l’effet sur le recrutement alvéolaire et les échanges gazeux d’une stratégie
dite protectrice associant une PEP élevée et un volume
courant réduit par rapport à une stratégie conventionnelle (PEP au point d’inflexion inférieur et volume
courant de 10 mL·kg–1) [55]. Bien que la pression de
plateau fût identique dans les deux bras, l’approche
protectrice, dont les réglages étaient en moyenne très
proches de ceux proposés par Ranieri et al. [49], était
responsable d’une augmentation significative du recrutement associée à une amélioration des échanges gazeux.
Il est intéressant de noter que chez ces patients, la
réduction du volume courant de 10 à 6 mL·kg–1 pour
un niveau de PEP constant réglé au point d’inflexion
inférieur, entraînait un dérecrutement alvéolaire. Ces
résultats renforcent l’idée que la réduction du volume
courant actuellement recommandée et très largement
appliquée doit être associée à un niveau de PEP souvent
bien au-dessus du point d’inflexion inférieur, pour
permettre de préserver le recrutement alvéolaire. La
PEP associée au recrutement optimal semble donc être
un réglage plus rationnel que celui de cette dernière au
point d’inflexion inférieur.
CONCLUSION
Le développement de ventilateurs permettant d’obtenir
en routine clinique l’analyse de la courbe PV à différents niveaux de PEP (contrairement à l’analyse d’une
simple courbe), autorisera peut-être dans un avenir
proche de choisir la PEP optimale en fonction du
recrutement alvéolaire dont elle est responsable.
L’impact d’une telle stratégie sur l’évolution du SDRA
reste à démontrer.
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