Appareils d’anesthésie: Systèmes anesthésiques

Appareils d’anesthésie

Systèmes anesthésiques

Jean-Claude Otteni : Professeur des Universités, praticien hospitalier

Annick Steib : Maître de conférences de 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

Un système, ou montage ou circuit anesthésique, est un dispositif, ou assemblage d’éléments, qui véhicule un mélange gazeux anesthésique jusqu’au patient et, éventuellement, récupère les gaz expirés pour les mesurer (volume, composition), les réadministrer, les évacuer. II est situé en aval du système d’alimentation en gaz frais et en amont du système antipollution évacuant les gaz qui en sortent. Un système anesthésique complet permet l’apport d’oxygène, de gaz et de vapeurs anesthésiques, ainsi que la ventilation spontanée, assistée et contrôlée, manuelle et automatique ou mécanique [1, 4, 21, 31, 37, 81, 88].

En règle générale, un appareil d’anesthésie comporte un système anesthésique principal actionné par un ventilateur, ainsi qu’un système auxiliaire, simple, à fonctionnement manuel, utilisé lors des manoeuvres d’intubation et d’extubation, ainsi que pour les actes courts. II peut aussi s’agir d’un système particulier destiné à un acte spécifique, tel le circuit de Bain par exemple.

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GÉNÉRALITÉS

Constitution et constituants des systèmes anesthésiques

Il existe de nombreux systèmes anesthésiques. Tous comportent obligatoirement les trois éléments fondamentaux suivants : une entrée de gaz frais, une sortie de gaz excédentaires, un segment de raccordement au patient. Ils se différencient entre eux par les autres composants et leur enchaînement mutuel. Seuls seront envisagés dans cette section les composants communs à la plupart des systèmes anesthésiques (tuyaux annelés, ballon, valve d’échappement réglable, raccords, connecteurs), les autres, l’étant dans la description des systèmes.

Tuyaux annelés

Ceux qui entrent dans la constitution de la plupart des systèmes anesthésiques, sont en caoutchouc noir antistatique, en silicone ou en matière plastique. Ils ont un rôle de conduit et parfois de réservoir. Le diamètre interne des tuyaux pour adulte est de 22 mm et leur capacité de 400 à 450 ml/100 cm de long. Leur contenance diverge selon que l’intérieur est lisse ou ondulé par suite de la présence d’anneaux creux. Leur longueur habituelle est de 110 à 130 cm, de façon à leur donner une capacité correspondant au volume courant moyen d’un adulte. Par suite de leur calibre, ils n’opposent qu’une très faible résistance au passage des gaz. Celle-ci est inférieure à 0,15 cmH2O/100 cm de long, pour un débit de gaz de 30 l·min-1.

Les tuyaux en caoutchouc annelé ont une compliance de l’ordre de 1 à 4 ml·cmH2O-1. Celle-ci augmente avec le vieillissement. En cas de ventilation avec des pressions élevées, des tuyaux rigides doivent être utilisés [112].

Les tuyaux en caoutchouc, en matière plastique et surtout ceux en élastomère de silicone, absorbent les anesthésiques fluorés à l’induction et les restituent en fin d’anesthésie.

Les tuyaux en caoutchouc antistatique, conducteur d’électricité, qui étaient indispensables avec les anesthésiques inflammables et explosifs pour prévenir les étincelles par décharge d’électricité statique, sont en voie d’abandon. Certains constructeurs d’appareils d’anesthésie contre-indiquent leur usage, ainsi que celui des masques en caoutchouc antistatique, car ils peuvent entraîner des brûlures, en particulier faciales, avec certains appareils générateurs de courants de haute fréquence.

Les tuyaux en polyéthylène ont une compliance de l’ordre de 0,3 à 0,8 ml·cmH2O-1. Réservés à l’usage unique, ils sont translucides, plus légers et exercent une moindre traction sur les connexions et la sonde d’intubation. Ils absorbent moins les anesthésiques fluorés que ceux en caoutchouc ou en silicone. A l’inverse, ils se coudent et se percent plus facilement. Ils glissent mieux au niveau des points de raccordement, donc comportent un risque de débranchement plus élevé. Enfin, ils ne sont pas autoclavables.

Ballon

Il remplit de nombreuses fonctions.

Il constitue un réservoir très compliant, avec une compliance supérieure à celle du restant du système. Il doit être capable de mettre en réserve l’équivalent d’au moins un volume courant sans se distendre au-delà de sa capacité nominale. A l’expiration, il recueille le flux de gaz frais qui pénètre en permanence dans le système anesthésique et une fraction plus ou moins importante des gaz expirés. Il doit répondre immédiatement à la demande inspiratoire, qui est maximale en début d’inspiration (débits atteignant 500 à 1000 ml·s-1, soit 30 à 60 l·min-1). En d’autres termes, il assure la jonction entre un débit unidirectionnel continu, c’està- dire l’arrivée du flux de gaz frais, et un débit alternatif en va-et-vient, dû à la ventilation spontanée ou manuelle.

Il permet la réinhalation de gaz expirés, donc l’économie de gaz et de vapeur.

Il permet la ventilation spontanée et assistée contrôlée par voie manuelle.

L’appréciation visuelle et tactile des variations de volume du ballon informe sur la ventilation du patient et son degré de relâchement musculaire.

Du fait d’une compliance élevée, le ballon en caoutchouc amortit les montées en pression dans le circuit. Il se déplisse très facilement jusqu’à ce que soit atteinte sa capacité nominale. La pression de déplissement est d’environ 0,25 à 0,3 cmH2O.

Au-delà, la distension requiert une montée de la pression. Mais celle-ci atteint un plateau aux alentours de 30 à 50 cmH2O, selon la marque et la capacité nominale (fig. 1). Des volumes de 50 à 60 l peuvent être atteints, sans augmentation de pression supplémentaire, jusqu’à la rupture du ballon qui peut ne survenir que quand la distension dépasse 100 l. Ceci constitue une sécurité très importante visà- vis des hyperpressions et du barotraumatisme. Cette sécurité n’est pas offerte par les ballons en matière plastique peu distensible, avec lesquels des pressions plus élevées peuvent être atteintes [63].

Valve d’échappement réglable

La valve d’échappement réglable (ou valve de Heidbrink ou de Waters, soupape limite de pression, valve de surpression, valve expiratoire, ” relief valve “, ” overflow valve “, ” popoff valve “, ” blow-off valve “, APL [” adjustable pressure-limiting valve “]), laisse sortir du système anesthésique une partie du mélange gazeux, quand sa pression dépasse une valeur réglable, appelée pression d’ouverture.

Elle se compose d’un segment d’amont ou d’entrée, d’un segment d’aval ou de sortie et d’un segment d’échappement, permettant la sortie des gaz excédentaires hors du système (fig. 2). Elle comporte un disque plaqué sur son embase par un ressort dont la pression est ajustable. La pression d’ouverture est réglable à une valeur très faible en ventilation spontanée, plus élevée en ventilation assistée ou contrôlée. Quand la valve est ouverte, la résistance au passage des gaz d’échappement est faible, comprise entre 0,5 et 2 cmH2O, pour un débit de gaz de 30 l·min-1 avec les modèles actuels. Quand l’expiration se fait contre une certaine pression exercée par le ressort, il s’établit une pression positive résiduelle, équivalente à une pression positive de fin d’expiration (PEP). Certaines valves permettent l’évacuation des gaz qui en sortent dans un dispositif antipollution.

En ventilation spontanée, la valve est laissée entièrement ouverte. L’excédent de gaz s’échappe vers la fin de l’expiration, quand la pression dépasse la pression d’ouverture de la valve (0,5 à 2 cmH2O). Celle-ci doit être légèrement supérieure à la pression de déplissement du ballon, pour permettre à celui-ci de se remplir préalablement.

En ventilation assistée ou contrôlée manuelle, l’excédent de gaz s’échappe vers la fin de l’insufflation quand la pression y est la plus élevée. Cet échappement se traduit par un ” écrêtement ” caractéristique de la courbe de pression d’insufflation (cf ” Surveillance de l’appareil d’anesthésie “, fascicule 36-100-B-60). La pression d’ouverture de la valve (degré de serrage de la vis) est généralement réglable entre 2 et 80 cmH2O. Elle est ajustée en fonction du volume courant, des résistances et de la compliance thoracopulmonaire.

Certaines valves d’échappement réglables sont aussi adaptées à la ventilation automatique. En pareil cas, elles comportent un sélecteur, par exemple un levier à deux positions : ” spontanée-manuelle ” et ” automatique “. Dans cette dernière position, la valve s’ouvre à une pression fixe de 2 cmH2O. Cette légère pression positive est requise pour permettre le remplissage préalable du ballon ou du soufflet du ventilateur.

Connecteurs, raccords et adaptateurs

Les connecteurs et les raccords sont des dispositifs en matière plastique et/ou en métal, destinés à relier les différents composants du système anesthésique entre eux, ainsi que le système avec le patient.

Les connecteurs permettent une liaison étanche entre deux composants compatibles l’un avec l’autre. Un adaptateur permet la liaison entre deux composants de calibre différent.

Les connecteurs ont un diamètre de 22 mm ou de 15 mm. Ils sont coniques et comportent une partie mâle et une partie femelle. Il existe des connecteurs ou raccords droits, coudés, en Y ou en T. Le risque majeur des connecteurs est leur débranchement accidentel. Un moyen de prévention est le recours à des raccords vissés (type ” Luer-lock “), ou à enclenchement (cliquets) [105]. Ceux-ci augmentent le risque d’extubation accidentelle, aussi difficile à reconnaître et aussi grave que le débranchement, mais plus difficile à corriger si le patient est en position ventrale [40].

Caractéristiques et fonctionnement

L’anatomie du système anesthésique, c’est-à-dire le type et l’enchaînement mutuel des composants, détermine ses caractéristiques et sa physiologie. La composition du mélange gazeux qu’il contient peut être identique à celle du mélange gazeux délivré par le système d’alimentation en gaz frais, ou en différer notablement.

Capacité du système anesthésique

Celle-ci joue un rôle déterminant dans sa compliance et sa constante de temps. Elle intervient aussi dans la température et le degré d’humidité des gaz qui y circulent. En règle générale, un système anesthésique est d’autant plus performant que sa capacité est plus faible.

Compliance du système anesthésique

Les systèmes anesthésiques, tout comme le système thoracopulmonaire, contiennent des gaz, compressibles par nature et sont distensibles. Ils sont, de ce fait, caractérisés par une compliance, encore appelée compliance interne, qui détermine le volume de gaz qui y est comprimé à une pression donnée, par suite de la compressibilité des gaz qu’il contient et de la distensibilité de ses parois. Elle est exprimée par le rapport dV/dP en l·cmH2O-1 ou en ml·cmH2O-1. Elle dépend de la capacité du système à pression nulle et de l’augmentation complémentaire de capacité, du fait de la distension des parois au cours de la montée en pression. Quand la pression augmente, la compressibilité des gaz reste constante, mais le degré de distension ne varie pas toujours de façon linéaire avec la pression. La compliance joue un rôle d’autant plus important que la pression dans le système anesthésique est plus élevée. Son rôle est majeur lors de la ventilation en pression positive intermittente et négligeable lors de la ventilation spontanée. En cours de ventilation en pression positive intermittente, la circulation des gaz entre le système anesthésique et le système thoracopulmonaire dépend de leurs compliances respectives. Un système anesthésique est d’autant plus performant que sa compliance est plus basse par rapport à celle du patient.

La compliance interne détermine le volume de gaz restant dans le système anesthésique en fin d’insufflation. Bien que ne pénétrant pas dans les voies aériennes du patient, ce volume est mesuré par le spiromètre placé en fin de segment expiratoire. C’est le ” volume comprimé ” ou ” volume perdu ” ou ” effet compression-détente ” ou ” ventilation perdue ” ou ” respiration du système et du ventilateur ” ou ” espace mort de compression ” [23].

Ainsi, le volume comprimé atteint 120 ml pour un système ayant une compliance de 4 ml·cmH2O-1 et dans lequel la pression d’insufflation de crête est de 30 cmH2O. Plus la pression d’insufflation est élevée, plus le volume comprimé est grand, plus le volume courant effectivement reçu par le patient est faible par rapport au volume délivré ou affiché sur le ventilateur ou les débitmètres d’entrée, ainsi que celui mesuré par le spiromètre placé à la sortie du circuit. Ce point est d’autant plus important que la ventilation se fait avec des volumes courants plus petits, des fréquences ventilatoires plus élevées, des pressions d’insufflation plus hautes. Cette situation se rencontre en anesthésie pédiatrique et lors de certaines atteintes thoracopulmonaires. Pour permettre une ventilation alvéolaire adéquate, la compliance du système doit toujours être suffisamment inférieure à la compliance thoracopulmonaire du patient. Celle-ci varie en fonction du degré de relâchement musculaire et de la profondeur de l’anesthésie, de la position, du site opératoire, ainsi que de la compression par les champs, les écarteurs et le chirurgien.

Le volume du système anesthésique intervenant dans la détermination de la compliance inclut toute la partie du système mise sous pression lors de l’insufflation. Il comprend donc le ventilateur et l’ensemble du circuit avec ses composants, depuis l’orifice d’entrée des gaz frais jusqu’à la valve d’échappement ou le séparateur de circuit du ventilateur.

Pendant l’insufflation, non seulement le segment inspiratoire mais aussi le segment expiratoire du circuit filtre est mis sous pression. Les composants d’un système interviennent par leur volume interne et la distensibilité de leurs parois avec augmentation du diamètre transversal et de la longueur dans le cas des tuyaux annelés. La distensibilité augmente généralement avec l’usure et les stérilisations répétées.

De même, l’adjonction d’une PEP augmente la partie du volume courant (VT) délivrée par le ventilateur qui va être comprimé dans le système, donc non insufflée au patient [42]. La diminution du VT effectivement reçu par le patient est d’autant plus prononcée que le VT réglé sur le ventilateur est faible. Le siège de la valve de PEP intervient aussi.

La compliance interne d’un système anesthésique peut être mesurée quand il n’est pas en fonction, c’est-à-dire à débit gazeux nul (compliance statique), ou quand il est en fonction (compliance dynamique). Avant la mesure, il faut éliminer une fuite.

La compliance statique d’un système anesthésique s’obtient en injectant, à l’aide d’une seringue étalonnée, des volumes de gaz connus dans le système relié au respirateur en position de fin d’insufflation et en mesurant les changements de pression correspondants.

La compliance dynamique d’un système anesthésique s’obtient à l’aide d’un manomètre et de deux volumètres à performances identiques, l’un donnant le volume courant sortant de la trachée du patient (VTpat) ou d’un poumon modèle, l’autre celui mesuré en fin de segment expiratoire, après la valve d’échappement (VTE). En l’absence de fuite, le volume comprimé dans le système à une pression donnée (dV/dP), donc la compliance, correspond à la différence entre VTE et VTpat [76].

La relation dV/dP (statique ou dynamique) n’est généralement pas linéaire, notamment par suite de la non-proportionnalité de la distension des parois en fonction de la pression.

La compliance des tuyaux annelés est d’environ 1 à 4 ml·cm H2O-1, celle de l’absorbeur de 1 à 2 ml·cmH2O-1, celle d’un système anesthésique adulte de 1 à 5 ml·cmH2O-1 et celle des ventilateurs d’anesthésie avec leur circuit d’environ 4 à 6 ml·cmH2O-1. A titre comparatif, la compliance thoracopulmonaire d’un adulte anesthésié et curarisé est d’environ 60 à 85 ml·cmH2O-1 (cf ” Ventilateurs “, fascicule 36-100-B-40).

Des systèmes à compliance basse doivent être utilisés chez le petit enfant et les adultes ayant une affection thoracopulmonaire avec résistances élevées et/ou une compliance diminuée et nécessitant une ventilation à fortes pressions d’insufflation.

Résistances à la circulation des gaz dans le système anesthésique

Les résistances à la circulation des gaz doivent être les plus faibles possible, en particulier lors de la ventilation spontanée, pour minimiser le travail respiratoire et l’amplitude des variations de pression intrathoracique avec leurs effets défavorables sur le débit cardiaque et la pression veineuse (saignement, turgescence cérébrale).

Les résistances dépendent du nombre, du calibre interne, de la disposition des composants du système, ainsi que du débit d’alimentation en gaz frais par rapport au degré d’ouverture de la valve d’échappement [80]. Une valve unidirectionnelle expiratoire humide peut aussi augmenter les résistances expiratoires.

Les résistances inspiratoires interviennent surtout en cas de ventilation spontanée, dans la mesure où le sujet doit les vaincre lui-même. En ventilation artificielle, elles sont responsables d’une élévation des pressions d’insufflation dans le système, sans que pour autant elles se répercutent sur le régime de pression intrathoracique. Les résistances expiratoires peuvent avoir un effet PEP, avec ses avantages et ses inconvénients. Cette PEP est d’autant plus marquée que la durée de l’expiration est plus courte et la fréquence respiratoire plus élevée.

Les systèmes anesthésiques actuels opposent des résistances variables, souvent inférieures à celles engendrées par la sonde d’intubation et son raccord conique. Le circuit filtre est celui qui offre les résistances inspiratoires les plus élevées et le système de Bain les résistances expiratoires les plus hautes et proportionnelles au débit de gaz frais [44].

Etanchéité du système

Les systèmes anesthésiques et leur jonction avec le patient ne sont pas parfaitement étanches et au-dessus d’une certaine pression d’insufflation une fuite se produit. Les sources habituelles de fuite sont les connexions, la valve d’échappement des gaz excédentaires et le ballonnet du tube endotrachéal, ou la pénétration intratrachéale accidentelle d’une sonde gastrique chez le patient déjà intubé.

La quantité de gaz perdue dépend de l’importance de l’orifice de fuite et de la pression dans le système anesthésique. De ce fait, une fuite ne modifie pas sensiblement le volume courant lors de la ventilation spontanée. En ventilation contrôlée, le débit de la fuite augmente en cas de réduction de la compliance et de ralentissement du flux gazeux [103].

Une fuite peut être à l’origine d’une hypoventilation par diminution du volume courant insufflé, d’une hypoxie par fuite d’O2 et/ou par entrée d’air ambiant, d’une hypercapnie par réinhalation, dans la mesure où elle permet un retour de gaz expirés dans le segment inspiratoire, d’un réveil par fuite de gaz et/ou de vapeur anesthésique et/ou par entrée d’air ambiant. Une fuite est d’autant plus préjudiciable que le système anesthésique est alimenté avec un débit de gaz frais plus faible.

Le défaut d’étanchéité est défini par un débit de fuite pour un niveau de pression donné. Plus celle-ci est élevée, plus la fuite est importante. Il faut aussi tenir compte du rôle tampon du ballon, qui emmagasine les gaz pénétrant dans le système sans que pour autant la pression n’augmente.

Avant utilisation de l’appareil d’anesthésie, l’étanchéité du système est contrôlée à l’aide d’un test de fuite [91]. Celui-ci se pratique en obturant la pièce de raccordement au patient, tout en remplissant le système anesthésique de gaz frais jusqu’à obtention d’un niveau de pression donné, généralement 30 cmH2O (fig. 3). Si la pression dans le système reste constante malgré l’absence d’arrivée de gaz frais, il n’y a pas de fuite pour cette pression. La chute de pression signe l’existence d’une fuite. Celle-ci sera caractérisée par le débit de gaz frais requis pour maintenir la pression constante. Ce test, simple et facile à réaliser, manque de sensibilité. En effet, le volume de gaz comprimé accumulé dans le ballon réservoir, peut masquer des fuites allant jusqu’à 250 ml·min-1 [4]. Un test plus sensible est obtenu en reliant les valves unidirectionnelles, inspiratoire et expiratoire, par un tuyau annelé, et en remplaçant le ballon réservoir par une poire en caoutchouc qui sera comprimée de façon à générer une pression de 50 cmH2O. La chute de pression de 50 à 30 cmH2O ne devrait pas se produire en moins de 30 s. On admet généralement qu’une fuite est acceptable tant qu’elle ne dépasse pas 100 à 200 ml·min-1 pour un niveau de pression de 30 cmH2O [71]. La découverte d’une fuite impose sa localisation au niveau du système anesthésique ou du système d’alimentation en gaz frais. Le site de la fuite se recherche par palpation et test à l’eau savonneuse (formation de bulles) ou par spray détecteur de fuite. Certains appareils d’anesthésie effectuent leur propre test de fuite lors de leur mise en route.

En cours d’anesthésie, le diagnostic de fuite se fait par comparaison des débits de gaz frais d’entrée et la spirométrie de sortie. Une fuite peut être suspectée en cas de diminution de la pression d’insufflation ou de la perception d’une odeur d’anesthésique halogéné. Le capnogramme ne se modifie que si la fuite est majeure.

Réinhalation des gaz expirés

La réinhalation, ou ” rebreathing “, consiste en la réinspiration ou la réinsufflation des gaz expirés.

Effets de la réinhalation

Ils dépendent de la composition du mélange gazeux qui est réinhalé et de l’importance de la pénétration de ce mélange jusqu’aux alvéoles fonctionnelles, où il intervient dans les échanges gazeux.

Réinhalation de gaz expirés inchangés

La réinhalation de gaz expirés non modifiés, c’est-à-dire riches en CO2 et appauvris en O2, a des effets défavorables dont le principal est une hypercapnie. En effet, la survenue simultanée d’une hypoxie est généralement prévenue par le recours à des mélanges gazeux à FiO2 élevée. L’hypoxie est donc un signe de réinhalation moins spécifique et moins courant.

Des critères de réinhalation significative ont été proposés : chez les sujets en ventilation spontanée, augmentation de la ventilation minute d’au moins 10 %, avec PaCO2 inchangée ou augmentée ; en cas de ventilation instrumentale à volume constant, augmentation d’au moins 5 mmHg (0,7 kPa) de la PaCO2 [65].

En principe, l’hypercapnie de la réinhalation peut être décelée par la mesure de la FETCO2, c’est-à-dire la concentration fractionnelle de CO2 de fin d’expiration, donc d’origine alvéolaire. Il faut tenir compte du fait que l’anesthésie et la ventilation artificielle augmentent le gradient alvéoloartériel de CO2 et que seule la mesure de la PaCO2 donne une certitude. Un certain délai s’écoule entre le début de la réinhalation et celui de l’augmentation de la PaCO2. Ce délai est notamment fonction du stock de CO2 de l’organisme (normalement 15 à 20 litres chez l’adulte) et de l’état des systèmes tampon.

En cas de réinhalation, la FETCO2 ne dépend plus seulement de la production de CO2 et de la ventilation alvéolaire, mais aussi de la concentration de CO2 inspiré. Cette FiCO2 dépend de l’anatomie du système anesthésique et du débit de gaz frais. Un des critères de performance d’un système est le débit de gaz frais qu’il requiert pour empêcher la réinhalation.

En pratique, la réinhalation est acceptable chez le patient ventilé artificiellement tant qu’elle n’entraîne ni hypercapnie, ni hypoxie significatives. La première est généralement retardée et atténuée par le fait que la ventilation contrôlée, qu’elle soit manuelle ou instrumentale, est souvent une hyperventilation, et la seconde est prévenue par des FiO2 élevées. De plus, la durée des anesthésies n’est souvent pas suffisante pour que l’hypercapnie apparaisse. Chez le patient en ventilation spontanée par contre, une réinhalation notable devrait être évitée. Une réinhalation risque d’avoir des conséquences catastrophiques quand, par suite d’une anomalie de fonctionnement du système, un défaut d’occlusion d’une valve unidirectionnelle ou un débranchement partiel du tuyau annelé juste en amont de celle-ci, l’espace mort atteint subitement un volume approchant, voire dépassant, le volume courant.

D’autres inconvénients de la réinhalation sont l’ignorance de la composition du mélange gazeux réadministré en l’absence d’analyseurs adéquats, l’allongement de la durée d’induction par diminution de la concentration fractionnelle des anesthésiques inhalés du fait de leur dilution, ainsi que le retard de réveil. La réinhalation joue un rôle tampon, ralentissant les effets d’une variation du débit et/ou de la composition du mélange de gaz frais alimentant le système. Ainsi, en début d’anesthésie, la concentration inspirée augmente moins vite avec un système avec réinhalation, du fait de la réinhalation d’un mélange de gaz expirés et de gaz frais contenant moins d’agent anesthésique que le mélange de gaz frais. L’augmentation de la concentration inspirée est d’autant plus faible que le débit de gaz frais est réduit.

Réinhalation de gaz expirés épurés en CO2 et enrichis en O2 et gaz consommés

Contrairement à la réinhalation de gaz expirés riches en CO2 et pauvres en O2, celle de gaz expirés, débarrassés du CO2 par passage dans un absorbeur et enrichis en O2 et en anesthésique par inhalation, de façon à compenser leur diminution par suite de leur captation, a divers avantages. Le principal est l’économie de gaz et vapeur anesthésiques.

Par ailleurs, il y a gain de chaleur et d’humidité au niveau de l’absorbeur de CO2, ainsi qu’une diminution de la pollution. A l’époque de l’éther et du cyclopropane la réduction du risque d’explosion et d’incendie était la principale justification de la réinhalation.

Facteurs régissant la réinhalation

L’alimentation du système en gaz frais et les modalités de ventilation, l’espace mort mécanique et la disposition mutuelle des composants du système sont les facteurs régissant la réinhalation.

Alimentation du système en gaz frais et modalités de ventilation

Le degré de réinhalation est inversement proportionnel au débit de gaz frais [18]. En principe, il n’y a pas de réinhalation quand l’alimentation en gaz frais pendant un cycle respiratoire est égale ou supérieure au volume courant et que l’air expiré peut s’échapper par une valve située à proximité immédiate des voies aériennes du patient. Quand l’alimentation en gaz frais pendant un cycle respiratoire est inférieure au volume courant, le patient doit réinspirer une fraction d’air expiré suffisante pour atteindre le volume courant adéquat.

En fonction des modalités de ventilation (ventilation spontanée ou contrôlée, durée de l’inspiration, de l’expiration et de la pause expiratoire), le flux de gaz frais dispose d’un temps plus ou moins long pour rejeter et/ou diluer les gaz expirés, présents dans le circuit, et déterminer ainsi le degré de réinhalation.

Espace mort du système anesthésique

Tout système anesthésique comporte un espace mort mécanique, encore appelé espace mort de circuit ou d’appareillage, qui s’ajoute à l’espace mort du patient. Il doit être le plus réduit possible pour prévenir la réinhalation de gaz expirés non épurés de CO2.

L’espace mort mécanique correspond à la partie du système anesthésique empruntée à la fois par les gaz inspirés et les gaz expirés sous forme inchangée. Il comprend le masque, ou la sonde d’intubation, ou la canule de trachéotomie et une fraction plus ou moins importante du système anesthésique, en particulier, le ” nez artificiel “, le segment patient ou axial du raccord en Y ou en T du circuit filtre, la partie initiale des systèmes de la classification de Mapleson, le segment patient de la valve de non-réinhalation [95].

Son volume dépend du nombre de composants entre la jonction avec le patient et le point de partage des gaz expirés et inspirés, du volume interne de ces composants, du débit de gaz frais dans le système. Il peut prendre des proportions aux conséquences dramatiques en cas de composants défectueux, en particulier d’une valve unidirectionnelle non étanche.

L’espace mort mécanique peut contenir trois types de mélanges gazeux : du gaz d’espace mort anatomique dont la composition est similaire au mélange inspiré, mais qui est saturé en vapeur d’eau et à 32°C environ ; du gaz alvéolaire à la température corporelle, saturé en eau, appauvri en O2 (15 à 16 vol %) et enrichi en CO2 (5 à 6 vol %) ; un mélange de composition mixte, c’est-à-dire une combinaison des deux précédents, renfermant 3 à 4 vol % de CO2 et 17 à 18 vol % d’O2 pour une FiO2 de 0,21. La concentration d’agent anesthésique dans le gaz alvéolaire et le mélange de gaz d’espace mort anatomique dépend de l’état d’équilibre entre administration et consommation.

Chez le sujet raccordé à système anesthésique, l’espace mort total (VD), c’est-à-dire celui du patient et du système, correspond à : la fraction du volume courant qui ne pénètre pas dans les alvéoles fonctionnelles ; la fraction d’air alvéolaire expiré, que le sujet va réinspirer dans son espace alvéolaire.

Plus VD se rapproche du volume courant (VT), moins la ventilation est efficace. Chez le sujet normal, le rapport VD/VT est inférieur à 0,3. Il augmente avec l’âge et peut atteindre 0,6 à 0,7, lors de certaines affections cardiopulmonaires. L’anesthésie et la ventilation artificielle augmentent le VD et le rapport VD/VT qui peut atteindre 0,4 à 0,7. En cas d’anesthésie avec ventilation artificielle chez un sujet ayant une atteinte cardiopulmonaire, le rapport VD/VT joue un rôle déterminant et, par conséquent, aussi l’espace mort mécanique du système anesthésique.

La ventilation alvéolaire est optimisée par un volume courant élevé, un espace mort diminué, un volume compressible faible, une fréquence respiratoire basse.

Disposition mutuelle des composants du système

Ce rôle déterminant sera envisagé dans l’analyse des systèmes anesthésiques.