Intégration, évaluation et modélisation de signaux physiologiques permettant d’optimiser la ventilation d’urgence et la réanimation cardio pulmonaire

Abstract

La ventilation mécanique en situation d'urgence est complexe. Une compréhension approfondie des dispositifs de ventilation utilisés dans ce contexte, ainsi que les interactions entre la physiologie respiratoire et cardiovasculaire sont nécessaires pour délivrer une ventilation adéquate. Lors de la crise COVID, en raison de l'afflux massif de patients à l'hôpital, différents ventilateurs de transport ont été déployés pour étendre les murs des réanimations. Nous avons évalué les performances de ces ventilateurs utilisant une seule alimentation en oxygène pressurisé, et démontré qu'ils peuvent être utilisés avec une précision acceptable en terme de volumes délivrés et de seuils de déclenchements. Les limites des technologies Venturi pneumatiques par rapport aux systèmes de turbine plus récents ont également pu être identifiées. Ces différences suggèrent que la technologie à turbine est plus adaptée à la ventilation d’urgence, notamment au cours de la réanimation cardio-pulmonaire (RCP). L'autre partie de la thèse se concentre sur la ventilation pendant la RCP, et l'analyse du signal CO2 qui pourrait permettre de guider la ventilation.Trois patterns de CO2 ont été identifiés à partir de données cliniques et reproduits sur des modèles animaux, sur cadavres et sur bancs. Ces patterns reflètent le volume pulmonaire pendant la RCP en regard de la capacité résiduelle fonctionnelle, et semblent être associés à certains effets adverses de la ventilation sur la circulation : « fermeture des voies aériennes » caractérisée par de faibles volumes pulmonaires, « distension thoracique » associée à des volumes insufflés potentiellement trop élevés ou « pattern régulier ». Sur la base de ces observations, une stratégie de ventilation guidée par l’aspect des capnogrammes pourrait permettre d'optimiser la ventilation pendant la RCP, avec une reconnaissance en temps réel des capnogrammes. L'augmentation de la pression expiratoire positive pourrait être envisagée en cas de fermeture des voies aériennes, tandis que la réduction du volume courant pourrait être proposée en cas de « distension thoracique ». Des travaux supplémentaires sont nécessaires avant de développer une telle approche ventilatoire sur un ventilateur, mais ces résultats pourraient permettre de mieux comprendre la ventilation pendant la RCP.Mechanical ventilation in emergency situations may be challenging. A deep understanding of the ventilation devices used in this context, as well as the complex interactions between respiratory and cardiovascular physiology are necessary to deliver adequate ventilation. During the COVID crisis, due to the massive influx of patients in the hospital, different transport ventilators have been deployed to extend the walls of the intensive care units. We evaluated the performances of those ventilators using only oxygen pressure supply, and demonstrated that they may be used with an acceptable accuracy in terms of delivered volumes and triggering capacities. The limitations of Venturi pneumatic technologies compared to more recent turbine systems have also been emphasized. Those differences suggest that turbine technology may be more adapted to emergency ventilation, particularly during cardiopulmonary resuscitation (CPR).The other part of the thesis focuses on ventilation during cardiopulmonary resuscitation (CPR), and the analysis of CO2 signal that could guide ventilation. Three CO2 patterns have been identified on clinical data and reproduced on animal, cadaver and bench models. Those CO2 patterns reflect thoracic lung volume during CPR in light of the functional residual capacity, and appear to be related to some adverse effects of ventilation on circulation : “intrathoracic airway closure” characterized by low lung volumes, “thoracic distension” associated with potentially too high insufflated volumes or “regular pattern”. Based on these observations, a capnogram-based ventilation strategy may permit to optimize ventilation during CPR, with a real-time identification of capnograms. Positive end expiratory pressure increase could be considered in case of in trathoracic airway closure, while tidal volume reduction could be proposed in case of “thoracic distension”. Further evidence is needed before developing such ventilatory approach on a ventilator, but these findings may be of potential additional value to better understand ventilation during CPR