La ventilation non invasive dans l'insuffisance respiratoire aiguë : de la broncho-pneumonie chronique obstructive au syndrome de détresse respiratoire aiguë

RESUME : L'application d'une ventilation non-invasive (VNI) à pression positive chez des patients avec une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique non liée à une broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), reste controversée malgré les résultats encourageants apparus dans de récentes études. Ce travail de thèse est composé d'une introduction qui comprend un historique de la VNI et une revue de ces applications principales dans l'insuffisance respiratoire aiguë avec, en particulier, une analyse des études cliniques principales concernant son utilisation dans l'exacerbation de la BPCO, dans l'asthme aigu sévère, dans les syndromes restrictifs et dans l'insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique. La première partie aborde également les aspects pratiques de l'utilisation de la VNI, avec une description de l'équipement et des techniques utilisées. Ce travail de thèse a ensuite pour but d'analyser dans une étude personnelle l'application d'une VNI à pression positive chez des patients avec une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique non liée à une BPCO. Il s'agit d'une étude prospective et observationnelle, dans laquelle nous avons voulu analyser l'efficacité de la VNI chez un groupe de patients sélectionnés et coopérants, stables du point de vue hémodynamique, présentant un syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) primaire (atteinte pulmonaire directe). Les échanges gazeux, le taux d'intubation, la mortalité et la durée de séjour dans l'unité de soins intensifs ont été enregistrés. Dans notre travail, la VNI a été appliquée de manière prospective à 12 patients, stables du point de vue hémodynamique, présentant les critères diagnostiques pour un SDRA primaire (SDRAP) et une indication pour une ventilation mécanique classique. Leur évolution a été comparée avec celle d'un groupe contrôle de 12 patients avec SDRAP. et précédemment traités dans la même unité de soins intensifs, ayant des caractéristiques similaires à l'admission : âge, score SAPS II, rapport Pa02/Fi02 et valeurs de pH . Un échec de la VNI fut observé chez 4 patients (33%), tous bactériémiques et nécessitant une intubation endotrachéale. Un facteur prédictif négatif. Les patients traités avec succès ont présenté un temps cumulatif de ventilation (p=0.001) et une durée de séjour aux soins intensifs (p=0.004) inférieure à ceux du groupe contrôle. Pendant la première période d'observation de la ventilation, l'oxygénation après 60 minutes s'est améliorée de manière plus importante dans le groupe VNI par rapport au groupe contrôle (PaO2/FiO2 : 146 +/- 52 mmHg vs. 109 +/- 34 mmHg ; p=0.05). Le taux de mortalité globale aux soins intensifs ne fut pas différent entre le groupe VNI et le groupe de patients intubés. Le taux de complications graves fut plus élevé chez les patients du groupe contrôle. Nos résultats suggèrent que chez des patients stables et coopérants, avec une pneumonie étendue, sans bactériémie à l'admission et remplissant les critères diagnostiques d'un SDRAp, la VNI représente une alternative valable à l'intubation endotrachéale.

Intérêt du monitorage du CO2 expiré pour évaluer la PaCO2 lors d'insuffisance respiratoire aiguë hypercapnique traitée par ventilation non invasive.

Introduction: L'efficacité d'une séance de VNI est habituellement évaluée selon la réponse clinique, l'amélioration de l'acidose respiratoire et de l'hypercapnie. Le but de cette étude était d'évaluer l'intérêt de la mesure du CO2 en fin d'expiration (PETCO2) pour estimer la PaCO2 et son évolution dans le temps. Patients et Méthodes: Des patients de réanimation souffrant d'une insuffisance respiratoire aiguë hypercapnique (PaCO2 >45 mmHg) ont été inclus dans cette étude prospective. La PETCO2était mesurée à l'aide d'un capteur nasobuccal (SmartLine®, Oridion) au cours d'une séance de VNI de 60 minutes. Une gazométrie artérielle et la valeur de PETCO2 étaient enregistrées au début de la séance puis chaque 15 minutes. Des manoeuvres d'expiration complète passives et actives étaient effectuées à 30 et 60 minutes. Le gradient de CO2 (PaCO2- PETCO2) a été calculé pour l'ensemble des mesures, spécifiquement pour chaque manoeuvre d'expiration complète, ainsi qu'individuellement pour chaque patient. Ces grandeurs sont exprimées en moyenne et écart-type pour évaluer le biais et la dispersion observés entre PaCO2 et PETCO2. La différence entre chaque valeurs consécutives de gradient de CO2 (delta gradient de CO2) a été calculées par patient. Cette mesure quantifie la variation au cours du temps du gradient de CO2 pour un patient donné. Résultats: 11 patients ont été inclus (7 BPCO, 1 restrictif et 1 syndrome d'apnée du sommeil). Sur l'ensemble des mesures, le gradient de CO2 était de 14.7 + 10.6 mmHg, lors des manoeuvres d'expiration complètes active il était de 8.1 + 13.0 mmHg, et de 8.8 + 11.9 mmHg lors des expirations passives. Conclusion: Chez les patients présentant une insuffisance respiratoire aiguë hypercanique traitée par VNI, la mesure de la PETCO2 par capteur nasobuccal ne permet de prédire ni la valeur de PaCO2, ni son évolution dans le temps. Les manoeuvres d'expiration complète n'apportent aucune plus value.

Le mode de ventilation neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) est faisable, bien toléré, et permet la synchronie entre le patient et le ventilateur pendant la ventilation non invasive aux soins intensifs pédiatriques : étude physiologique croisée

Introduction: La ventilation non invasive (VNI) est un outil utilisé en soins intensifs pédiatriques (SIP) pour soutenir la détresse respiratoire aigüe. Un échec survient dans près de 25% des cas et une mauvaise synchronisation patient-ventilateur est un des facteurs impliqués. Le mode de ventilation NAVA (neurally adjusted ventilatory assist) est asservi à la demande ventilatoire du patient. L’objectif de cette étude est d’évaluer la faisabilité et la tolérance des enfants à la VNI NAVA et l’impact de son usage sur la synchronie et la demande respiratoire. Méthode: Étude prospective, physiologique, croisée incluant 13 patients nécessitant une VNI dans les SIP de l’hôpital Ste-Justine entre octobre 2011 et mai 2013. Les patients ont été ventilés successivement en VNI conventionnelle (30 minutes), en VNI NAVA (60 minutes) et en VNI conventionnelle (30 minutes). L’activité électrique du diaphragme (AEdi) et la pression des voies aériennes supérieures ont été enregistrées pour évaluer la synchronie. Résultats: La VNI NAVA est faisable et bien tolérée chez tous les enfants. Un adolescent a demandé l’arrêt précoce de l’étude en raison d’anxiété reliée au masque sans fuite. Les délais inspiratoires et expiratoires étaient significativement plus courts en VNI NAVA comparativement aux périodes de VNI conventionnelle (p< 0.05). Les efforts inefficaces étaient moindres en VNI NAVA (résultats présentés en médiane et interquartiles) : 0% (0 - 0) en VNI NAVA vs 12% (4 - 20) en VNI conventionnelle initiale et 6% (2 - 22) en VNI conventionnelle finale (p< 0.01). Globalement, le temps passé en asynchronie a été réduit à 8% (6 - 10) en VNI NAVA, versus 27% (19 - 56) et 32% (21 - 38) en périodes de VNI conventionnelle initiale et finale, respectivement (p= 0.05). Aucune différence en termes de demande respiratoire n’a été observée. Conclusion: La VNI NAVA est faisable et bien tolérée chez les enfants avec détresse respiratoire aigüe et permet une meilleure synchronisation patient-ventilateur. De plus larges études sont nécessaires pour évaluer l’impact clinique de ces résultats.

Le mode de ventilation neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) est faisable, bien toléré, et permet la synchronie entre le patient et le ventilateur pendant la ventilation non invasive aux soins intensifs pédiatriques : étude physiologique croisée

Introduction: La ventilation non invasive (VNI) est un outil utilisé en soins intensifs pédiatriques (SIP) pour soutenir la détresse respiratoire aigüe. Un échec survient dans près de 25% des cas et une mauvaise synchronisation patient-ventilateur est un des facteurs impliqués. Le mode de ventilation NAVA (neurally adjusted ventilatory assist) est asservi à la demande ventilatoire du patient. L’objectif de cette étude est d’évaluer la faisabilité et la tolérance des enfants à la VNI NAVA et l’impact de son usage sur la synchronie et la demande respiratoire. Méthode: Étude prospective, physiologique, croisée incluant 13 patients nécessitant une VNI dans les SIP de l’hôpital Ste-Justine entre octobre 2011 et mai 2013. Les patients ont été ventilés successivement en VNI conventionnelle (30 minutes), en VNI NAVA (60 minutes) et en VNI conventionnelle (30 minutes). L’activité électrique du diaphragme (AEdi) et la pression des voies aériennes supérieures ont été enregistrées pour évaluer la synchronie. Résultats: La VNI NAVA est faisable et bien tolérée chez tous les enfants. Un adolescent a demandé l’arrêt précoce de l’étude en raison d’anxiété reliée au masque sans fuite. Les délais inspiratoires et expiratoires étaient significativement plus courts en VNI NAVA comparativement aux périodes de VNI conventionnelle (p< 0.05). Les efforts inefficaces étaient moindres en VNI NAVA (résultats présentés en médiane et interquartiles) : 0% (0 - 0) en VNI NAVA vs 12% (4 - 20) en VNI conventionnelle initiale et 6% (2 - 22) en VNI conventionnelle finale (p< 0.01). Globalement, le temps passé en asynchronie a été réduit à 8% (6 - 10) en VNI NAVA, versus 27% (19 - 56) et 32% (21 - 38) en périodes de VNI conventionnelle initiale et finale, respectivement (p= 0.05). Aucune différence en termes de demande respiratoire n’a été observée. Conclusion: La VNI NAVA est faisable et bien tolérée chez les enfants avec détresse respiratoire aigüe et permet une meilleure synchronisation patient-ventilateur. De plus larges études sont nécessaires pour évaluer l’impact clinique de ces résultats.

Non invasive ventilation during exercise in COPD patients: a systematic review with meta-analysis

COPD is a major cause of morbidity and mortality worldwide, representing a major public health problem due to the high health and economic resource consumption. Pulmonary rehabilitation is a standard care recommendation for these patients, in order to control the symptoms and optimize the functional capacity, reducing health care costs associated with exacerbations and activity limitations and participation. However, in patients with severe COPD exercise performance can be difficult, due to extreme dyspnea, decreased muscle strength and fatigue. In addition, hypoxemia and dyspnea during efforts and daily activities may occur, limiting their quality of life. Thus, NIV have been used as adjunct to exercise, in order to improve exercise capacity in these patients. However, there is no consensus for this technique recommendation. Our objective was to verify whether the use of NIV during exercise is effective than exercise without NIV in dyspnea, walked distance, blood gases and health status in COPD patients, through a systematic review and meta-analysis.

Neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) improves patient-ventilator interaction during non-invasive ventilation delivered by face mask.

PURPOSE: To determine if, compared to pressure support (PS), neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) reduces patient-ventilator asynchrony in intensive care patients undergoing noninvasive ventilation with an oronasal face mask. METHODS: In this prospective interventional study we compared patient-ventilator synchrony between PS (with ventilator settings determined by the clinician) and NAVA (with the level set so as to obtain the same maximal airway pressure as in PS). Two 20-min recordings of airway pressure, flow and electrical activity of the diaphragm during PS and NAVA were acquired in a randomized order. Trigger delay (T(d)), the patient's neural inspiratory time (T(in)), ventilator pressurization duration (T(iv)), inspiratory time in excess (T(iex)), number of asynchrony events per minute and asynchrony index (AI) were determined. RESULTS: The study included 13 patients, six with COPD, and two with mixed pulmonary disease. T(d) was reduced with NAVA: median 35 ms (IQR 31-53 ms) versus 181 ms (122-208 ms); p = 0.0002. NAVA reduced both premature and delayed cyclings in the majority of patients, but not the median T(iex) value. The total number of asynchrony events tended to be reduced with NAVA: 1.0 events/min (0.5-3.1 events/min) versus 4.4 events/min (0.9-12.1 events/min); p = 0.08. AI was lower with NAVA: 4.9 % (2.5-10.5 %) versus 15.8 % (5.5-49.6 %); p = 0.03. During NAVA, there were no ineffective efforts, or late or premature cyclings. PaO(2) and PaCO(2) were not different between ventilatory modes. CONCLUSION: Compared to PS, NAVA improved patient ventilator synchrony during noninvasive ventilation by reducing T(d) and AI. Moreover, with NAVA, ineffective efforts, and late and premature cyclings were absent.

Online estimation of respiratory mechanics in non-invasive pressure support ventilation: a bench model study.

An online algorithm for determining respiratory mechanics in patients using non-invasive ventilation (NIV) in pressure support mode was developed and embedded in a ventilator system. Based on multiple linear regression (MLR) of respiratory data, the algorithm was tested on a patient bench model under conditions with and without leak and simulating a variety of mechanics. Bland-Altman analysis indicates reliable measures of compliance across the clinical range of interest (± 11-18% limits of agreement). Resistance measures showed large quantitative errors (30-50%), however, it was still possible to qualitatively distinguish between normal and obstructive resistances. This outcome provides clinically significant information for ventilator titration and patient management.

Patient-ventilator asynchrony during non-invasive ventilation for acute respiratory failure: a multicenter study.

OBJECTIVE : To determine the prevalence of patient-ventilator asynchrony in patients receiving non-invasive ventilation (NIV) for acute respiratory failure. DESIGN : Prospective multicenter observation study. SETTING : Intensive care units in three university hospitals. METHODS: Patients consecutively admitted to ICU were included. NIV, performed with an ICU ventilator, was set by the clinician. Airway pressure, flow, and surface diaphragmatic electromyography were recorded continuously for 30 min. Asynchrony events and the asynchrony index (AI) were determined from visual inspection of the recordings and clinical observation. RESULTS: A total of 60 patients were included, 55% of whom were hypercapnic. Auto-triggering was present in 8 (13%) patients, double triggering in 9 (15%), ineffective breaths in 8 (13%), premature cycling 7 (12%) and late cycling in 14 (23%). An AI > 10%, indicating severe asynchrony, was present in 26 patients (43%), whose median (25-75 IQR) AI was 26 (15-54%). A significant correlation was found between the magnitude of leaks and the number of ineffective breaths and severity of delayed cycling. Multivariate analysis indicated that the level of pressure support and the magnitude of leaks were weakly, albeit significantly, associated with an AI > 10%. Patient comfort scale was higher in pts with an AI < 10%. CONCLUSION: Patient-ventilator asynchrony is common in patients receiving NIV for acute respiratory failure. Our results suggest that leaks play a major role in generating patient-ventilator asynchrony and discomfort, and point the way to further research to determine if ventilator functions designed to cope with leaks can reduce asynchrony in the clinical setting.

Performance of an ICU ventilator and two turbin-based ventilators dedicated to non invasive ventilation (NIV) in simulated high inspiratory effort and rate: a NIV-bench-study.

INTRODUCTION. The role of turbine-based NIV ventilators (TBV) versus ICU ventilators with NIV mode activated (ICUV) to deliver NIV in case of severe respiratory failure remains debated. OBJECTIVES. To compare the response time and pressurization capacity of TBV and ICUV during simulated NIV with normal and increased respiratory demand, in condition of normal and obstructive respiratory mechanics. METHODS. In a two-chamber lung model, a ventilator simulated normal (P0.1 = 2 mbar, respiratory rate RR = 15/min) or increased (P0.1 = 6 mbar, RR = 25/min) respiratory demand. NIV was simulated by connecting the lung model (compliance 100 ml/mbar; resistance 5 or 20 l/mbar) to a dummy head equipped with a naso-buccal mask. Connections allowed intentional leaks (29 ± 5 % of insufflated volume). Ventilators to test: Servo-i (Maquet), V60 and Vision (Philips Respironics) were connected via a standard circuit to the mask. Applied pressure support levels (PSL) were 7 mbar for normal and 14 mbar for increased demand. Airway pressure and flow were measured in the ventilator circuit and in the simulated airway. Ventilator performance was assessed by determining trigger delay (Td, ms), pressure time product at 300 ms (PTP300, mbar s) and inspiratory tidal volume (VT, ml) and compared by three-way ANOVA for the effect of inspiratory effort, resistance and the ventilator. Differences between ventilators for each condition were tested by oneway ANOVA and contrast (JMP 8.0.1, p\0.05). RESULTS. Inspiratory demand and resistance had a significant effect throughout all comparisons. Ventilator data figure in Table 1 (normal demand) and 2 (increased demand): (a) different from Servo-i, (b) different from V60.CONCLUSION. In this NIV bench study, with leaks, trigger delay was shorter for TBV with normal respiratory demand. By contrast, it was shorter for ICUV when respiratory demand was high. ICUV afforded better pressurization (PTP 300) with increased demand and PSL, particularly with increased resistance. TBV provided a higher inspiratory VT (i.e., downstream from the leaks) with normal demand, and a significantly (although minimally) lower VT with increased demand and PSL.

Clinical characteristics and outcome of patients admitted to a medico- surgical ICU requiring non invasive ventilation (NIV) for hypercapnic respiratory failure

Introduction Because it decreases intubation rate and mortality, NIV has become first-line treatment in case of hypercapnic acute respiratory failure (HARF). Whether this approach is equally successful for all categories of HARF patients is however debated. We assessed if any clinical characteristics of HARF patients were associated with NIV intensity, success, and outcome, in order to identify prognostic factors. Methods Retrospective analysis of the clinical database (clinical information system and MDSi) of patients consecutively admitted to our medico-surgical ICU, presenting with HARF (defined as PaCO2 > 50 mmHg), and receiving NIV between May 2008 and December 2010. Demographic data, medical diagnoses (including documented chronic lung disease), reason for ICU hospitalization, recent surgical interventions, SAPS II and McCabe scores were extracted from the database. Total duration of NIV and the need for tracheal intubation during the 5 days following the first hypercapnia documentation, as well as ICU, hospital and one year mortality were recorded. Results are reported as median [IQR]. Comparisons were carried out with Chi2 or Kruskal-Wallis tests, p<0.05 (*). Results Two hundred and twenty patients were included. NIV successful patients received 16 [9-31] hours of NIV for up to 5 days. Fifty patients (22.7%) were intubated 11 [2-34] hours after HARF occurence, after having receiving 10 [5-21] hours of NIV. Intubation was correlated with increased ICU (18% vs. 6%, p<0.05) and hospital (42% vs. 31%, p>0.05) mortality. SAPS II score was related to increasing ICU (51 [29-74] vs. 23 [12-41]%, p<0.05), hospital (37% [20-59] vs 20% [12-37], p<0.05) and one year mortality (35% vs 20%, p<0.05). Surgical patients were less frequent among hospital fatalities (28.8% vs. 46.3%, p<0.05, RR 0.8 [0-6-0.9]). Nineteen patients (8.6%) died in the ICU, 73 (33.2%) during their hospital stay and 108 (49.1%) were dead one year after HARF. Conclusion The practice to start NIV in all suitable patients suffering from HARF is appropriate. NIV can safely and appropriately be used in patients suffering from HARF from an origin different from COPD exacerbation. Beside usual predictors of severity such as severity score (SAPS II) appear to be associated with increased mortality. Although ICU mortality was low in our patients, hospital and one year mortality were substantial. Surgical patients, although undergoing a similar ICU course, had a better hospital and one year outcome.