COURBE PRESSION VOLUME
ET RECRUTEMENT ALVÉOLAIRE
Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) diffère de l'œdème pulmonaire cardiogénique par des altérations spécifiques des propriétés mécaniques de l'ensemble poumons et cage thoracique [1]. La réduction des volumes pulmonaires explique en partie l'aspect de la relation pression volume (PV) dont la pente est significativement diminuée par rapport à celle observée chez un sujet sain [2]. Cette hypothèse a été documentée par Gattinoni et al. qui ont pu montrer que la baisse de compliance était corrélée à la quantité de poumon aéré restant accessible à la ventilation [3] [4]. En effet, la compliance spécifique qui correspond au rapport entre la compliance linéaire et le volume pulmonaire est quasi normale à la phase aiguë du SDRA [2]. La baisse de compliance linéaire se traduit au cours de la ventilation par une augmentation significative des pressions notamment en fin d'inspiration. Lors de chaque insufflation, le volume courant se répartit préférentiellement dans les territoires ouverts en fin d'expiration. Les territoires alvéolaires condensés et non-aérés peuvent être en partie réouverts par la pression positive, qu'elle soit liée à l'application d'une PEP ou à l'insufflation du volume courant [5]. Par définition, le recrutement alvéolaire correspond à l'ouverture de territoires collabés, ou plutôt exactement à la ré-aération de territoires non-aérés, par la pression positive générée au cours de la ventilation [6]. En augmentant et en stabilisant le volume pulmonaire disponible à la ventilation, le recrutement alvéolaire pourrait avoir un effet bénéfique.
Au cours du SDRA, la courbe PV présente un aspect sigmoïdal caractéristique [2] [7]. Trois segments séparés par deux points d'inflexion sont habituellement décris. La première partie de la courbe présente une compliance très basse. Elle est séparée de la partie centrale où la compliance est maximale par le point d'inflexion inférieur. Ce point est classiquement interprété comme la pression à laquelle le poumon est massivement recruté [7]. Le segment linéaire se termine par le point d'inflexion supérieur à partir duquel la compliance diminue à nouveau. De nombreuses études physiologiques ont été conduites pour tenter de comprendre la signification physiopathologique de la courbe PV.
DÉFINITION
DU RECRUTEMENT ALVÉOLAIRE
Chez les malades ventilés pour un SDRA, un grand nombre de facteurs contribue à la réduction des volumes pulmonaires accessibles à la ventilation. L'augmentation des forces de rétraction élastique (baisse de la compliance) pulmonaires et thoraciques, la sédation et parfois la curarisation, les aspirations trachéales fréquentes, la position allongée, sont autant de facteurs qui tendent à réduire les volumes pulmonaires [1] [6]. L'utilisation de fraction inspirée en oxygène élevée est un autre élément qui tend à majorer l'instabilité alvéolaire (atélectasies de dénitrogénation) [8] [9]. Dans ce contexte, il paraît tout à fait approprié d'appliquer un niveau de PEP suffisant pour contrebalancer cette tendance au dérecrutement alvéolaire. Le recrutement est donc un processus physiologique qui correspond à l'ouverture d'alvéoles préalablement collabées ou plus exactement à la ré-aération de territoires pulmonaires condensés [6].
QUANTIFICATION
DU RECRUTEMENT ALVÉOLAIRE
C'est Katz et al., les premiers à avoir quantifié réellement le volume recruté par la PEP, même si son évidence clinique avait été préalablement suggérée [10]. Ces auteurs ont pu mesurer le changement de capacité résiduelle fonctionnelle lors de l'augmentation de la PEP de 3 à 13 cmH2O. Ils ont mesuré en continu, sur plusieurs dizaines de cycles respiratoires, les volumes courants inspirés et expirés. La différence « nette » de volume après équilibre représentait la variation de capacité résiduelle fonctionnelle induite par la PEP. Ce volume pulmonaire retenu par la PEP au-dessus de la capacité résiduelle fonctionnelle était significativement supérieur au volume mesuré à la même pression après une insufflation sans PEP. Autrement dit, pour une même pression, le volume pulmonaire au-dessus de la capacité résiduelle fonctionnelle était plus important quand le malade était préalablement ventilé en PEP que lorsqu'il était ventilé sans PEP. Ces résultats suggèrent que l'augmentation de la PEP a permis, par un phénomène de recrutement, d'ouvrir des unités pulmonaires non-aérées. Les résultats de cette étude démontraient que le recrutement est un processus temps-dépendant qui requiert une dizaine de cycles pour s'équilibrer à sa valeur maximale.
Ranieri et al. ont ensuite été les premiers à proposer d'utiliser les courbes PV avec et sans PEP, obtenues par la méthode des occlusions multiples, pour quantifier le recrutement alvéolaire [11]. Les courbes PV, obtenues après une période de ventilation à différents niveaux de PEP, étaient replacées sur un axe de volume commun grâce à la mesure du volume télé-expiratoire compris au-dessus du volume de relaxation sans PEP. Ce volume mesuré au cours d'une expiration prolongée pendant laquelle la PEP était brutalement interrompue représentait l'origine de la courbe PV obtenue au niveau de PEP correspondant. Ainsi, ces auteurs ont pu représenter des courbes PV obtenues à des niveaux de PEP différents. Chez certains malades, la PEP était responsable d'un décalage de la courbe PV vers le haut par rapport à la courbe sans PEP. Ce décalage correspond, pour une pression donnée, au volume recruté. La superposition des courbes ou un décalage très faible suggérait, à l'inverse, l'absence de recrutement.
Nous avons réalisé un travail physiologique dans lequel un groupe de malades ventilés pour un SDRA a pu bénéficier d'une étude de la mécanique respiratoire et une mesure du recrutement grâce à l'analyse de courbes PV obtenues avec et sans PEP. Dans ce travail, la pente (compliance) des courbes sans PEP était significativement plus importante que celle de la courbe en PEP. En d'autres termes, la compliance était d'autant plus importante que le système avait été préalablement dérecruté (courbe sans PEP). Ce résultat va à l'encontre de l'idée largement répandue selon laquelle un poumon recruté serait plus compliant. Cette observation peut s'expliquer de la façon suivante : par définition la compliance est égale au rapport entre le changement de volume et le changement de pression correspondant. La pression nécessaire à l'augmentation de volume d'un système préalablement ouvert caractérise ses propriétés élastiques, alors que l'ouverture d'un système préalablement fermé (pression d'ouverture) correspond à un système ayant une compliance infinie. Ces deux phénomènes cohabitent obligatoirement si on considère que le poumon dérecruté s'ouvre progressivement lors de l'insufflation. Ainsi la compliance de la courbe sans PEP reste élevée tant que le poumon continue d'être recruté. Dans notre travail, au dessus de 30 cmH2O, l'ensemble du volume dérecruté est regagné et les compliances des courbes avec et sans PEP diminuent pour devenir identiques.
Nos résultats comme ceux préalablement rapportés par Ranieri et al. renforcent l'idée selon laquelle le point d'inflexion inférieur représenterait grossièrement la pression moyenne à laquelle la majorité du recrutement s'opère [11] [12]. L'ensemble de ces résultats suggère également que le recrutement se poursuive au-delà et que les phénomènes d'ouverture alvéolaires successifs tendent à majorer la pente de la courbe PV sans PEP. Nos observations montrent que la compliance de la courbe en PEP correspondante est significativement réduite en cas de recrutement. Cette courbe en PEP reflète donc les propriétés d'un système thoraco-pulmonaire partiellement voir complètement recruté. À l'inverse, la courbe sans PEP représente majoritairement les phénomènes de recrutement d'un système préalablement dérecruté.
EFFET DE DIFFÉRENTS NIVEAUX DE PEP
SUR LE RECRUTEMENT ALVÉOLAIRE
Sur une autre série de malades ventilés pour un SDRA, la réduction de la PEP de 5 en 5 cmH2O était responsable d'un dérecrutement alvéolaire significatif et continu qui débutait dès le premier palier de diminution de la PEP [7]. Ces résultats infirment donc l'hypothèse selon laquelle il existerait une pression de fermeture au-dessous de laquelle le poumon serait brutalement dérecruté. Autrement dit, on ne retrouvait pas, dans cette étude, de PEP maximum à partir de laquelle le recrutement cessait. Le recrutement était corrélé positivement aux paramètres d'oxygénation. Il était d'autant plus important que la compliance de la courbe sans PEP était élevée. En revanche, il n'existait pas de relation entre le point d'inflexion inférieur et le niveau de PEP associé au recrutement maximum.
L'aspect de la courbe sans PEP donne-t-elle des informations sur le recrutement ?
L'idée que la courbe PV sans PEP pourrait donner des indications sur l'effet de la PEP en termes de recrutement et de distension a été étudié différemment par Viera et al. [13]. Ces auteurs ont testé deux niveaux de PEP « placés » de part et d'autre du point d'inflexion déterminé sur la courbe PV sans PEP. Des coupes scanographiques ont été réalisées à zéro cmH2O et à ces différents niveaux de PEP. L'analyse des densités scanographiques permettait de vérifier si l'augmentation de la PEP induisait préférentiellement un recrutement ou une distension. Un recrutement survenait préférentiellement chez les malades qui présentaient un point d'inflexion inférieur. À l'inverse, lorsque la courbe sans PEP était rectiligne, la distension prédominait sur le recrutement.
Si on rassemble les études de Ranieri, Viera et al. [11] [13] et la nôtre [7], on peut conclure que : a) le recrutement induit par l'augmentation de la PEP est probablement assez proche de celui observé lors d'une réduction de PEP de même amplitude si on prend soin d'attendre une période de temps suffisante pour le mesurer. En effet, la constante de temps qui caractérise la fermeture pulmonaire est certainement plus courte que celle qui caractérise l'ouverture ; b) ce recrutement s'opère le plus souvent de façon continue parallèlement à l'augmentation de la PEP. La notion de PEP maximale n'est pas clairement retrouvée dans ces études. La présence d'un point d'inflexion inférieur reflète la possibilité d'un recrutement mais sa valeur ne permet pas de déterminer la PEP « maximale » au delà de laquelle le recrutement cesse pour laisser place à la distension (figure 1).
EFFETS RESPECTIFS DE LA RÉDUCTION
DU VOLUME COURANT ET DE LA PRESSION DE PLATEAU
La réduction du volume courant proposée pour tenter de limiter les lésions induites par la ventilation survenant en fin d'expiration est actuellement recommandée. Le bénéfice de cette approche a fait l'objet de plusieurs études dont les résultats sont controversés [14] [15] [16] [17] [18]. La mortalité liée à l'utilisation d'un volume courant supérieur à 10 ml/kg associé à des pressions plateau supérieures à 30, 35 cmH2O est actuellement considérée comme démontrée. À l'inverse, le fait de voir réduire le volume courant en deçà de 7 à 8 ml/kg et l'effet délétère de petits volumes courants est très controversé [19]. Nous avons vu sur un poumon préalablement dérecruté, que le recrutement s'opère progressivement et se poursuit environ jusqu'à 30, 35 cmH2O. Pour un niveau de PEP donné, la réduction du volume courant pourrait donc être responsable d'un dérecrutement par la baisse de pression de fin d'inspiration qu'elle induit. Ce dérecrutement serait d'autant plus important que la pression de plateau reste très inférieure à 30 cmH2O.
Nous avons réalisé deux études afin de répondre aux questions suivantes : a) la réduction du volume courant à 6 ml/kg est-elle responsable d'un dérecrutement lorsque la PEP est réglée au point d'inflexion inférieur ? b) ce dérecrutement (s'il existe) peut-il être regagné par l'application d'un soupir ? c) le dérecrutement associé à la réduction du volume courant peut-il être prévenu par l'augmentation de la PEP ?
Nous avons ainsi pu démontrer que la réduction du volume courant de 10 à 6 ml/kg est responsable d'un dérecrutement alvéolaire significatif alors que la PEP était réglée au-dessus du point d'inflexion inférieur [20]. Cet effet persistait mais n'était plus significatif avec une PEP augmentée de 4 cmH2O. Ce dérecrutement disparaissait immédiatement après une manœuvre de recrutement.
Nous avons cherché à évaluer, dans un autre travail, quel était l'effet de la réduction de volume courant combinée avec une augmentation de PEP de façon à maintenir constante la pression de plateau [21]. Les résultats montrent que, par rapport à l'association volume courant conventionnel et PEP réglée au point d'inflexion inférieur, le dérecrutement induit par la réduction du volume courant était largement contrebalancé par l'augmentation de la PEP.
L'ensemble de ces observations suggère que pression de plateau et PEP peuvent indépendamment influencer le recrutement mais que la PEP reste son principal déterminant.
LES SOUPIRS POURRAIENT PERMETTRE
DE REGAGNER LE DÉRECRUTEMENT
ASSOCIÉ À LA RÉDUCTION DU VOLUME COURANT
Dans notre travail l'application de deux soupirs consécutifs (40 cmH2O) permettait de regagner complètement et immédiatement le dérecrutement associé à la réduction du volume courant [20]. De fait, le recrutement mesuré après l'application des deux soupirs était identique quel que soit le volume courant. Cette observation suggère que la manœuvre de recrutement était d'autant plus efficace que le poumon avait été préalablement dérecruté. De nombreux travaux ont été publiés sur le sujet [6]. La plupart de ces études documentent l'effet bénéfique des manœuvres de recrutement sur l'oxygénation, mais très peu ont pu quantifier le volume recruté. Plusieurs auteurs ont également constaté que l'effet du soupir était plus marqué quand la ventilation associait une PEP et des pressions de fin d'inspiration relativement basses favorisant ainsi le dérecrutement. Deux études ont particulièrement contribué aux connaissances concernant le mécanisme d'action physiologique des soupirs. Fotti et al. ont testé trois stratégies sur un groupe de 15 SDRA [22]. La première associait une PEP de 16 cmH2O et une pression de plateau d'environ 35 cmH2O, la deuxième, une PEP de 9 cmH2O et une pression de plateau de 25 cmH2O avec en plus pour la troisième stratégie deux soupirs par minutes (PEP à 16 cmH2O). Les soupirs permettaient d'augmenter significativement le volume de relaxation expiratoire et la PaO2 par rapport à la stratégie protectrice (PEP 9 cmH2O). Néanmoins, la PEP élevée restait significativement plus efficace mais au prix d'une pression de plateau approchant 35 cmH2O. Les auteurs concluaient que les soupirs représentent un moyen efficace de combiner les avantages d'une stratégie protectrice tout en limitant le dérecrutement lié à la limitation des pressions. Cette analyse souligne une nouvelle fois que le bénéfice des manœuvres de recrutement est particulièrement intéressant quand le poumon est dérecruté. Il a été constaté que l'effet délétère hémodynamique des soupirs rapportés par certains survenait chez les malades non répondeurs à ces manœuvres [23]. Afin d'étudier l'influence de l'origine du SDRA, 22 malades (11 pulmonaires et 11 extrapulmonaires) ventilés avec une PEP de 9 cmH2O et un volume courant réduit de 6 ml/kg, ont été étudiés avant, pendant, et immédiatement après l'application d'une pression de 40 cmH2O pendant 40 secondes. Sur les 22 malades, onze ont augmenté très significativement leur PaO2 (175 % de la PaO2 avant). Parmi ces répondeurs il y avait une proportion équivalente de SDRA pulmonaires et extrapulmonaires. En revanche, les non-répondeurs étaient ventilés en moyenne depuis 7 jours et ils présentaient une compliance significativement réduite par rapport à celle mesurée chez les répondeurs qui étaient ventilés en moyenne depuis un jour. Ces résultats montrent que l'efficacité de la manœuvre de recrutement est proportionnelle à la pression transpulmonaire. En effet, pour une même pression appliquée aux voies aériennes (dans cet exemple 40 cmH2O), la pression transpulmonaire est d'autant plus importante que la pression pleurale est basse. Ces auteurs concluaient que le stade évolutif du SDRA influençait d'avantage la réponse aux soupirs que l'origine pulmonaire ou extrapulmonaire. Cette observation n'est valable que quand le soupir est un cycle régulé en pression.
Notre travail montre sur un groupe de SDRA étudiés précocement que l'application de deux manœuvres de recrutement successives est efficace en terme de recrutement, en particulier quand le poumon a été préalablement dérecruté [20]. Les soupirs peuvent donc permettent d'effacer « l'histoire pulmonaire ». La fréquence à laquelle ces soupirs doivent être appliqués n'a pas été à ce jour clairement documentée.
CONCLUSION
L'analyse des résultats des principales études physiologiques cliniques concernant des malades ventilés pour un SDRA, montrent que le recrutement alvéolaire est un phénomène continu qui dépend non seulement de la PEP mais également de la pression de fin d'inspiration. L'analyse de la courbe PV, largement utilisée dans ces études, démontre que la compliance de la courbe sans PEP reflète la « récrutabilité » du système thoraco-pulmonaire mais que le point d'inflexion inférieur ne permet pas de déterminer la PEP optimale en terme de recrutement (figure 1). L'ensemble des données physiologiques rapportées nous a conduit à proposer une stratégie de ventilation dite de « recrutement maximum » qui est actuellement en cours d'évaluation grâce à un essai prospectif multicentrique intitulé « Express » coordonné par Alain Mercat avec l'aide de Laurent Brochard et Jean-Christophe Richard.
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