2. Réglage des ventilateurs

1. Introduction

De nombreuses études sur banc d'essai visant à évaluer et à comparer les performances des ventilateurs ont été publiées ces dernières années. Cependant, comme cela a été souligné dans la revue d'Olivieri et al. (Int Care Med, 2012), non seulement aucun protocole standardisé n'existe pour le moment, mais encore l'ensemble des paramètres utilisés pour régler le poumon mécanique ou les ventilateurs n'est pas systématiquement reporté. En conséquence, bien que les études sur banc d'essai semblent être le moyen le plus efficace et fiable pour comparer les ventilateurs, il est difficile de savoir si ceux-ci ont été placés dans les même conditions de fonctionnement. Dans la plupart de ces études, les ventilateurs sont par ailleurs testés pour une unique (ou quelques) conditions de fonctionnement, choisies dans le but d'éviter la présence d'asynchronismes. Une telle pratique ne permet donc pas de reproduire la réponse que peut avoir un ventilateur face à une large cohorte de patients, compte tenu de l'importante variabilité inter-individuelle qui peut exister.

Dans cette optique, nous avons entrepris la construction d'une pression musculaire inspiratoire réaliste permettant de simuler facilement plus de 1200 dynamiques ventilatoires différentes (voir la partie Réglage du poumon mécanique). Cette première étape permet d'assurer une base solide aux tests par notre capacité à disposer d'une cohorte réaliste de "patients numériques" ; il est maintenant nécessaire de s'intéresser aux réglages des ventilateurs eux-mêmes. Nous nous efforçons donc de définir un protocole de tests pour lequel les ventilateurs seront testés pour cinq conditions de fonctionnement, tous les paramètres utilisés étant spécifiés. Une telle démarche implique de maîtriser le fonctionnement de chacun des ventilateurs testés, en tenant compte de leur logique de réglage et des dénominations retenues par le constructeur.

Figure 1 : montage expérimental

2. Nécessité d'une terminologie unifiée

a) Hétérogénéité de la nomenclature et disparité des réglages

Il existe actuellement de nombreux modèles de ventilateurs de domicile présents sur le marché ; chaque constructeur dispose de ses propres appellations concernant les modes de ventilation et les réglages. En effet, il n'existe pas de nomenclature qui soit clairement définie ou préconisée par un consensus, qu'il s'agisse de pneumologues ou de constructeurs. Avec l'évolution des possibilités technologiques, le nombre de modes de ventilation et de réglages disponibles tend par ailleurs à augmenter de façon significative. Cette multiplication des fonctionnalités, associée à une nomenclature non homogène, augmente donc la complexité d'appréhension des machines, d'autant plus que des abréviations identiques peuvent correspondre à des mécanismes différents. À l'inverse, un même paramètre peut être désigné par deux appellations différentes, et les graduations peuvent être inversées d'une machine à l'autre.

Afin d'assurer une comparaison fiable entre les différents ventilateurs, nous avons choisi des termes génériques pour les modes de ventilation et les réglages présents sur les ventilateurs de domicile, l'objectif étant de disposer d'abréviations compréhensibles et ayant une signification physique. Le mode Asservissement du Ventilateur au Patient (AVP) est un mode fréquemment utilisé dans la ventilation à domicile. Le patient effectue spontanément un effort inspiratoire et le ventilateur, en retour, lui fournit une aide ventilatoire, c'est-à-dire qu'il va pressuriser les voies aériennes du patient à une valeur de pression haute préréglée. La fin de l'effort inspiratoire est également détectée et le ventilateur effectue alors un retour à la pression basse. On ne règle pas de fréquence ventilatoire dans ce mode, le patient est acteur de sa ventilation.

Les réglages les plus communément retrouvés sur les ventilateurs sont les suivants : la définition d'une pression haute Ph et d'une pression basse Pb, éventuellement d'un volume courant Vc et d'une fréquence ventilatoire fv. Les efforts inspiratoires du patient sont détectés en réglant une sensibilité ηh du déclenchement de la pression haute, et leur fin en réglant une sensibilité ηb du déclenchement de la pression basse. La vitesse de pressurisation sera caractérisée par la durée de montée en pression τmp ; c'est avec ces marqueurs que les résultats obtenus pourront ainsi être comparés de façon objective.

b) Choix des réglages par défaut

Les ventilateurs sont testés en mode Asservissement du Ventilateur au Patient (AVP), qui est présent sur tous les ventilateurs de domicile sur le marché et qui représente le mode plus utilisé en ventilation à domicile.
Ce mode est particulièrement intéressant puisqu'il propose une aide ventilatoire partielle tout en laissant le patient gérer sa respiration : il est ainsi généralement bien toléré. Le ventilateur doit pour cela disposer d'un logiciel de détection des efforts du patient pour lequel l'estimation du débit patient Qp est requise. Ce mode est présent sous différentes appellations sur les neuf ventilateurs testés lors du protocole :

  • mode S sur le BiPAP A40 (Philips Respironics), le S9 VPAP ST (ResMed), le Stellar 100 (ResMed), le SOMNOvent autoST (Weinmann), le Trilogy 100 (Philips Respironics) ;
  • mode AI sur le Smartair ST (Covidien) ;
  • mode AI-VS sur l'Elisée 150 (ResMed) ;
  • mode VS-AI sur le Monnal T50 (Air Liquide Medical Systems) ;
  • mode VS sur le Vivo 50 (Breas).

Typiquement, ce mode est associé au réglage de deux niveaux de pression, une valeur haute et une valeur basse. Dans notre procédure, la pression basse Pb est fixée à 5 cmH2O, et la pression haute Ph à 20 cmH2O, ce qui correspond à une aide ventilatoire de 15 cmH2O. Par défaut, la sensibilité du déclenchement de la pression haute ηh est fixée au seuil le plus sensible, et la durée de montée en pression τmp sur la valeur minimale. La sensibilité du déclenchement de la pression basse ηb est fixée en fonction du modèle pulmonaire avec lequel sont réalisés les tests, afin de limiter le nombre de paramètres variables. Lorsque le ventilateur est connecté au modèle pulmonaire sain, la sensibilité ηb est réglée en fonction des possibilités des différents ventilateurs de façon à être au plus près de ηb=30% du débit maximum atteint au cours du cycle courant. Pour le modèle pulmonaire restrictif, la sensibilité ηb sera fixée au plus près de ηb=25%. Enfin, la sensibilité du déclenchement de la pression basse pour le modèle pulmonaire obstructif se rapprochera au maximum de ηb=75%, afin d'éviter la limitation du débit expiratoire qui affecte ces patients.

Selon les ventilateurs, des paramètres additionnels peuvent être ajoutés.
Tout d'abord, il est possible de régler les durées minimale (τi,min) et maximale (τi,max) de la pressurisation haute : dans notre protocole, la durée minimale est fixée sur la plus courte valeur et la durée maximale sur la plus longue, de façon à ce que ces réglages n'aient pas (ou peu) d'influence lors des tests. En effet, puisque tous les ventilateurs ne disposent pas de ce réglage ou des mêmes plages de variation, il est nécessaire de minimiser son impact sur les interactions patient-ventilateur, afin que tous les ventilateurs soient testés dans des conditions semblables de fonctionnement et que les résultats soient les plus objectifs possibles. Il est également possible de régler une fréquence de sécurité dont le but est d'éviter les éventuelles apnées du patient. Lorsque cela est possible, cette fréquence de sécurité est désactivée sur les ventilateurs. Dans le cas contraire, elle est fixée à la valeur minimale afin de limiter son rôle ; les cycles de sécurité seront par ailleurs détectés et considérés comme des cycles non déclenchés lors du processus de traitement des données.

Le ventilateur sera testé sur le poumon mécanique ASL 5000 avec les trois mécaniques pulmonaires simulées: sujet sain (R=5 cmH2O.s/l et C=50 ml/cmH2O), patient restrictif (R=5 cmH2O.s/l et C=20 ml/cmH2O) et patient obstructif (R=25 cmH2O.s/l et C=50 ml/cmH2O). La fréquence ventilatoire fv sera variée de 10 à 30 cycles par minute (cpm) par pas de 1 cpm et la pression d'occlusion P0.1 caractérisant l'amplitude de l'effort inspiratoire sera variée entre 0,5 et 10 cmH2O par pas de 0,5 cmH2O (voir la partie décrivant l'effort inspiratoire physiologique). Cinquante cycles ventilatoires seront simulés et analysés pour chacun des 420 couples (fv, P0.1). L’objectif de ces essais est de tester la capacité du ventilateur - pour quelques jeux de réglages prédéfinis - à se synchroniser aux différents modèles pulmonaires.

c) Influence des paramètres sélectionnés

Devant le nombre important de paramètres ayant une influence sur les interactions patient-ventilateur, nous choisissons de nous focaliser sur la sensibilité du déclenchement de la pression haute ηh ainsi que sur la durée de montée en pression τmp. Ces paramètres nous paraissent être les plus importants puisqu'un réglage non adapté peut se traduire par l'apparition d'asynchronismes délétères, tels que les cycles non déclenchés ou encore des cycles double déclenchés. Si ces paramètres sont choisis de façon appropriée par rapport au modèle pulmonaire concerné, même si les niveaux de pression haute et basse ne sont pas particulièrement bien adaptés, le patient bénéficiera tout de même d'un support ventilatoire. Dans leur étude, Costa et al. (Int Care Med, 2010) avaient également choisi de privilégier la synchronisation entre la pressurisation haute et l'effort inspiratoire du patient, puisque c'est durant cette phase que l'aide inspiratoire est apportée. Par ailleurs, les tests effectués avec l'ASL 5000 vont nous permettre d'évaluer l'incidence des asynchronismes, mais pas les risques liés à une ventilation avec une pression trop faible ou trop élevée, tels que les barotraumatismes. C'est une des raisons pour lesquelles l'influence des niveaux de pression ne sera pas testée en routine sur les ventilateurs.

Les ventilateurs seront testés en réglant la sensibilité du déclenchement de la pression haute ηh et la durée de montée en pression τmp aux valeurs minimales, médianes et maximales disponibles sur les machines, respectivement. En effet, tous les ventilateurs ne disposant pas des mêmes stratégies de déclenchement et de pressurisation, ni des mêmes échelles de réglages, nous choisissons de prendre ces trois valeurs, quel que soit le mode de fonctionnement de chaque ventilateur, afin d'obtenir des conditions similaires de tests. Afin d'éviter toute confusion, nous rappelons que la sensibilité du déclenchement de la pression haute ηh dite "maximale" correspond au palier de détection des efforts inspiratoires le plus sensible qu'il est possible de régler sur chaque ventilateur. Cela revient à tester chaque ventilateur dans cinq conditions différentes de fonctionnement, telles que :

  • pour la durée de montée en pression τmp minimale, on teste les trois sensibilités du déclenchement de la pression haute maximale, médiane et minimale ;
  • pour la sensibilité maximale du déclenchement de la pression haute ηh, on teste les deux durées de montée en pression restantes (la minimale ayant déjà été testée) : médiane et maximale.

Les combinaisons de réglages testées sont synthétisées tableau 1, et les valeurs sélectionnées pour les ventilateurs étudiés sont reportées sur chacune des fiches. Les réglages les plus souvent conseillés en première intention lors de la mise en place d'une assistance ventilatoire non invasive correspondant à la sensibilité maximale de la pression haute ηh et à une durée de montée en pression τmp plutôt courte (donc minimale), nous sommes partis de ces réglages. Nous avons ensuite fait varier uniquement l'un des réglages possibles à la fois. Cette méthodologie nous permet ainsi d'étudier l'influence de chaque paramètre sur la synchronisation patient-ventilateur, et éventuellement de proposer une combinaison de réglages qui n'aura pas été testée à partir des informations obtenues.

    Sensibilité du déclenchement ηh
    Minimale Médiane Maximale

Durée de montée

en pression τmp

Minimale X X X
Médiane X    
Maximale X