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Citer cet article comme suit : Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 mai 2022) Taux d'oxygène inhalé dans les appareils à faible et haut débit : une étude de simulation.Remède 14(5) : e25122.est ce que je:10.7759/cureus.25122
Objectif : La fraction d'oxygène inhalé doit être mesurée lorsque l'oxygène est administré au patient, car elle représente la concentration alvéolaire en oxygène, ce qui est important du point de vue de la physiologie respiratoire.Par conséquent, le but de cette étude était de comparer la proportion d’oxygène inhalé obtenue avec différents appareils d’administration d’oxygène.
Méthodes : Un modèle de simulation de respiration spontanée a été utilisé.Mesurez la proportion d’oxygène inhalé reçu par des broches nasales à faible et haut débit et de simples masques à oxygène.Après 120 s d'oxygène, la fraction d'air inhalé a été mesurée toutes les secondes pendant 30 s.Trois mesures ont été prises pour chaque condition.
RÉSULTATS : Le débit d'air a diminué la fraction d'oxygène inspirée intratrachéale et la concentration d'oxygène extra-orale lors de l'utilisation d'une canule nasale à faible débit, ce qui suggère que la respiration expiratoire s'est produite pendant la réinspiration et peut être associée à une augmentation de la fraction d'oxygène inspirée intratrachéale.
Conclusion.L'inhalation d'oxygène pendant l'expiration peut entraîner une augmentation de la concentration d'oxygène dans l'espace mort anatomique, ce qui peut être associé à une augmentation de la proportion d'oxygène inhalé.En utilisant une canule nasale à haut débit, un pourcentage élevé d’oxygène inhalé peut être obtenu même à un débit de 10 L/min.Lors de la détermination de la quantité optimale d'oxygène, il est nécessaire de définir le débit approprié pour le patient et les conditions spécifiques, quelle que soit la valeur de la fraction d'oxygène inhalée.Lors de l’utilisation de broches nasales à faible débit et de simples masques à oxygène en milieu clinique, il peut être difficile d’estimer la proportion d’oxygène inhalée.
L'administration d'oxygène pendant les phases aiguës et chroniques de l'insuffisance respiratoire est une procédure courante en médecine clinique.Diverses méthodes d'administration d'oxygène comprennent la canule, la canule nasale, le masque à oxygène, le masque réservoir, le masque venturi et la canule nasale à haut débit (HFNC) [1-5].Le pourcentage d'oxygène dans l'air inhalé (FiO2) est le pourcentage d'oxygène dans l'air inhalé qui participe aux échanges gazeux alvéolaires.Le degré d'oxygénation (rapport P/F) est le rapport entre la pression partielle d'oxygène (PaO2) et la FiO2 dans le sang artériel.Bien que la valeur diagnostique du rapport P/F reste controversée, il s’agit d’un indicateur d’oxygénation largement utilisé en pratique clinique [6-8].Par conséquent, il est cliniquement important de connaître la valeur de la FiO2 lors de l’administration d’oxygène à un patient.
Pendant l’intubation, la FiO2 peut être mesurée avec précision à l’aide d’un moniteur d’oxygène comprenant un circuit de ventilation, tandis que lorsque l’oxygène est administré à l’aide d’une canule nasale et d’un masque à oxygène, seule une « estimation » de la FiO2 basée sur le temps inspiratoire peut être mesurée.Ce « score » est le rapport entre l’apport d’oxygène et le volume courant.Cependant, cela ne prend pas en compte certains facteurs du point de vue de la physiologie de la respiration.Des études ont montré que les mesures de FiO2 peuvent être influencées par divers facteurs [2,3].Bien que l’administration d’oxygène pendant l’expiration puisse entraîner une augmentation de la concentration en oxygène dans les espaces morts anatomiques tels que la cavité buccale, le pharynx et la trachée, il n’existe aucun rapport sur ce problème dans la littérature actuelle.Cependant, certains cliniciens estiment qu’en pratique ces facteurs sont moins importants et que les « scores » sont suffisants pour surmonter les problèmes cliniques.
Ces dernières années, les HFNC ont attiré une attention particulière en médecine d'urgence et en soins intensifs [9].HFNC fournit un débit élevé de FiO2 et d’oxygène avec deux avantages principaux : le rinçage de l’espace mort du pharynx et la réduction de la résistance nasopharyngée, qui ne doivent pas être négligés lors de la prescription d’oxygène [10,11].De plus, il peut être nécessaire de supposer que la valeur FiO2 mesurée représente la concentration en oxygène dans les voies respiratoires ou les alvéoles, car la concentration en oxygène dans les alvéoles pendant l'inspiration est importante en termes de rapport P/F.
Les méthodes d'administration d'oxygène autres que l'intubation sont souvent utilisées dans la pratique clinique de routine.Par conséquent, il est important de collecter davantage de données sur la FiO2 mesurée avec ces dispositifs d’administration d’oxygène afin d’éviter une suroxygénation inutile et d’avoir un aperçu de la sécurité respiratoire pendant l’oxygénation.Cependant, la mesure de la FiO2 dans la trachée humaine est difficile.Certains chercheurs ont tenté d'imiter la FiO2 en utilisant des modèles de respiration spontanée [4,12,13].Par conséquent, dans cette étude, nous avons cherché à mesurer la FiO2 à l’aide d’un modèle simulé de respiration spontanée.
Il s’agit d’une étude pilote qui ne nécessite pas d’approbation éthique car elle n’implique pas d’êtres humains.Pour simuler la respiration spontanée, nous avons préparé un modèle de respiration spontanée en référence au modèle développé par Hsu et al.(Fig. 1) [12].Des ventilateurs et des poumons d'essai (Dual Adult TTL ; Grand Rapids, MI : Michigan Instruments, Inc.) provenant d'un équipement d'anesthésie (Fabius Plus ; Lübeck, Allemagne : Draeger, Inc.) ont été préparés pour imiter la respiration spontanée.Les deux appareils sont reliés manuellement par des sangles métalliques rigides.Un soufflet (côté entraînement) du poumon test est connecté au ventilateur.L’autre soufflet (côté passif) du poumon test est connecté au « modèle de gestion de l’oxygène ».Dès que le ventilateur fournit du gaz frais pour tester les poumons (côté entraînement), le soufflet est gonflé en tirant de force sur l'autre soufflet (côté passif).Ce mouvement inhale du gaz à travers la trachée du mannequin, simulant ainsi une respiration spontanée.
(a) un moniteur d'oxygène, (b) un mannequin, (c) un poumon d'essai, (d) un appareil d'anesthésie, (e) un moniteur d'oxygène et (f) un ventilateur électrique.
Les réglages du ventilateur étaient les suivants : volume courant 500 ml, fréquence respiratoire 10 respirations/min, rapport inspiratoire/expiratoire (rapport inspiration/expiration) 1:2 (temps respiratoire = 1 s).Pour les expériences, la conformité du poumon test a été fixée à 0,5.
Un moniteur d'oxygène (MiniOx 3000 ; Pittsburgh, PA : American Medical Services Corporation) et un mannequin (MW13 ; Kyoto, Japon : Kyoto Kagaku Co., Ltd.) ont été utilisés pour le modèle de gestion de l'oxygène.De l'oxygène pur a été injecté à des débits de 1, 2, 3, 4 et 5 L/min et la FiO2 a été mesurée pour chacun.Pour HFNC (MaxVenturi ; Coleraine, Irlande du Nord : Armstrong Medical), des mélanges oxygène-air ont été administrés dans des volumes de 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 et 60 L, et la FiO2 était évalués au cas par cas.Pour HFNC, des expériences ont été réalisées à des concentrations d’oxygène de 45 %, 60 % et 90 %.
La concentration extra-orale d'oxygène (BSM-6301 ; Tokyo, Japon : Nihon Kohden Co.) a été mesurée à 3 cm au-dessus des incisives maxillaires avec de l'oxygène délivré par une canule nasale (Finefit ; Osaka, Japon : Japan Medicalnext Co.) (Figure 1).) Intubation à l'aide d'un ventilateur électrique (HEF-33YR ; Tokyo, Japon : Hitachi) pour souffler l'air hors de la tête du mannequin afin d'éliminer les respirations expiratoires, et la FiO2 a été mesurée 2 minutes plus tard.
Après 120 secondes d'exposition à l'oxygène, la FiO2 a été mesurée toutes les secondes pendant 30 secondes.Aérer le mannequin et le laboratoire après chaque mesure.La FiO2 a été mesurée 3 fois dans chaque condition.L'expérience a commencé après l'étalonnage de chaque instrument de mesure.
Traditionnellement, l’oxygène est évalué au moyen de canules nasales afin de pouvoir mesurer la FiO2.La méthode de calcul utilisée dans cette expérience variait en fonction du contenu de la respiration spontanée (tableau 1).Les scores sont calculés sur la base des conditions respiratoires définies dans l'appareil d'anesthésie (volume courant : 500 ml, fréquence respiratoire : 10 respirations/min, rapport inspiratoire/expiratoire {rapport inspiration : expiration} = 1:2).
Des « scores » sont calculés pour chaque débit d’oxygène.Une canule nasale a été utilisée pour administrer de l'oxygène au LFNC.
Toutes les analyses ont été effectuées à l'aide du logiciel Origin (Northampton, MA : OriginLab Corporation).Les résultats sont exprimés en moyenne ± écart type (SD) du nombre de tests (N) [12].Nous avons arrondi tous les résultats à deux décimales.
Pour calculer le « score », la quantité d’oxygène respirée dans les poumons en une seule respiration est égale à la quantité d’oxygène à l’intérieur de la canule nasale, le reste étant constitué d’air extérieur.Ainsi, avec un temps respiratoire de 2 s, l'oxygène délivré par la canule nasale en 2 s est de 1000/30 ml.La dose d'oxygène obtenue de l'air extérieur était de 21 % du volume courant (1 000/30 ml).La FiO2 finale est la quantité d'oxygène délivrée au volume courant.Par conséquent, « l’estimation » de la FiO2 peut être calculée en divisant la quantité totale d’oxygène consommée par le volume courant.
Avant chaque mesure, le moniteur d'oxygène intratrachéal a été calibré à 20,8 % et le moniteur d'oxygène extra-oral a été calibré à 21 %.Le tableau 1 montre les valeurs moyennes de FiO2 LFNC à chaque débit.Ces valeurs sont 1,5 à 1,9 fois supérieures aux valeurs « calculées » (tableau 1).La concentration d'oxygène à l'extérieur de la bouche est plus élevée que dans l'air intérieur (21 %).La valeur moyenne a diminué avant l'introduction du débit d'air du ventilateur électrique.Ces valeurs sont similaires aux « valeurs estimées ».Avec le flux d'air, lorsque la concentration d'oxygène à l'extérieur de la bouche est proche de l'air ambiant, la valeur FiO2 dans la trachée est supérieure à la « valeur calculée » de plus de 2 L/min.Avec ou sans flux d'air, la différence de FiO2 diminuait à mesure que le débit augmentait (Figure 2).
Le tableau 2 montre les valeurs moyennes de FiO2 à chaque concentration d'oxygène pour un masque à oxygène simple (masque à oxygène Ecolite ; Osaka, Japon : Japan Medicalnext Co., Ltd.).Ces valeurs augmentaient avec l'augmentation de la concentration en oxygène (tableau 2).A consommation égale en oxygène, la FiO2 du LFNK est supérieure à celle d'un simple masque à oxygène.À 1-5 L/min, la différence de FiO2 est d'environ 11-24 %.
Le tableau 3 montre les valeurs moyennes de FiO2 pour HFNC à chaque débit et concentration d'oxygène.Ces valeurs étaient proches de la concentration cible en oxygène, que le débit soit faible ou élevé (tableau 3).
Les valeurs de FiO2 intratrachéale étaient supérieures aux valeurs « estimées » et les valeurs de FiO2 extra-orales étaient supérieures à l'air ambiant lors de l'utilisation du LFNC.Il a été démontré que le flux d’air réduit la FiO2 intratrachéale et extra-orale.Ces résultats suggèrent que la respiration expiratoire s'est produite pendant la réinspiration du LFNC.Avec ou sans flux d'air, la différence de FiO2 diminue à mesure que le débit augmente.Ce résultat suggère qu'un autre facteur pourrait être associé à une FiO2 élevée dans la trachée.De plus, ils ont également indiqué que l’oxygénation augmente la concentration en oxygène dans l’espace mort anatomique, ce qui peut être dû à une augmentation de la FiO2 [2].Il est généralement admis que le LFNC ne provoque pas de réinspiration lors de l'expiration.On s’attend à ce que cela puisse affecter de manière significative la différence entre les valeurs mesurées et « estimées » pour les canules nasales.
À de faibles débits de 1 à 5 L/min, la FiO2 du masque simple était inférieure à celle de la canule nasale, probablement parce que la concentration en oxygène n'augmente pas facilement lorsqu'une partie du masque devient une zone anatomiquement morte.Le débit d'oxygène minimise la dilution de l'air ambiant et stabilise la FiO2 au-dessus de 5 L/min [12].En dessous de 5 L/min, de faibles valeurs de FiO2 se produisent en raison de la dilution de l'air ambiant et de la réinspiration de l'espace mort [12].En fait, la précision des débitmètres d’oxygène peut varier considérablement.Le MiniOx 3000 est utilisé pour surveiller la concentration d'oxygène, mais l'appareil n'a pas une résolution temporelle suffisante pour mesurer les changements de concentration d'oxygène expiré (les fabricants spécifient 20 secondes pour représenter une réponse de 90 %).Cela nécessite un moniteur d’oxygène avec un temps de réponse plus rapide.
Dans la pratique clinique réelle, la morphologie de la cavité nasale, de la cavité buccale et du pharynx varie d'une personne à l'autre et la valeur FiO2 peut différer des résultats obtenus dans cette étude.De plus, l’état respiratoire des patients diffère et une consommation plus élevée d’oxygène entraîne une teneur plus faible en oxygène dans les respirations expiratoires.Ces conditions peuvent conduire à des valeurs de FiO2 plus faibles.Par conséquent, il est difficile d’évaluer une FiO2 fiable lors de l’utilisation de LFNK et de simples masques à oxygène dans des situations cliniques réelles.Cependant, cette expérience suggère que les concepts d’espace mort anatomique et de respiration expiratoire récurrente peuvent influencer la FiO2.Compte tenu de cette découverte, la FiO2 peut augmenter de manière significative même à faible débit, en fonction des conditions plutôt que des « estimations ».
La British Thoracic Society recommande aux cliniciens de prescrire de l’oxygène en fonction de la plage de saturation cible et de surveiller le patient pour maintenir la plage de saturation cible [14].Bien que la « valeur calculée » de FiO2 dans cette étude soit très faible, il est possible d'atteindre une FiO2 réelle supérieure à la « valeur calculée » en fonction de l'état du patient.
Lors de l'utilisation de HFNC, la valeur FiO2 est proche de la concentration d'oxygène réglée quel que soit le débit.Les résultats de cette étude suggèrent que des niveaux élevés de FiO2 peuvent être atteints même à un débit de 10 L/min.Des études similaires n'ont montré aucun changement de FiO2 entre 10 et 30 L [12,15].Le débit élevé de HFNC éliminerait le besoin de prendre en compte l’espace mort anatomique [2,16].L’espace mort anatomique peut potentiellement être éliminé à un débit d’oxygène supérieur à 10 L/min.Dysart et coll.On émet l'hypothèse que le principal mécanisme d'action de la VPT pourrait être le rinçage de l'espace mort de la cavité nasopharyngée, réduisant ainsi l'espace mort total et augmentant la proportion de ventilation minute (c'est-à-dire la ventilation alvéolaire) [17].
Une étude HFNC précédente utilisait un cathéter pour mesurer la FiO2 dans le nasopharynx, mais la FiO2 était inférieure à celle de cette expérience [15,18-20].Ritchie et coll.Il a été rapporté que la valeur calculée de FiO2 approche 0,60 lorsque le débit de gaz augmente au-dessus de 30 L/min lors de la respiration nasale [15].En pratique, les HFNC nécessitent des débits de 10 à 30 L/min ou plus.En raison des propriétés du HFNC, les conditions dans la cavité nasale ont un effet significatif et le HFNC est souvent activé à des débits élevés.Si la respiration s'améliore, une diminution du débit peut également être nécessaire, car la FiO2 peut être suffisante.
Ces résultats sont basés sur des simulations et ne suggèrent pas que les résultats de FiO2 puissent être directement appliqués à des patients réels.Cependant, sur la base de ces résultats, dans le cas d'intubation ou de dispositifs autres que HFNC, on peut s'attendre à ce que les valeurs de FiO2 varient considérablement en fonction des conditions.Lors de l’administration d’oxygène avec un LFNC ou un simple masque à oxygène en milieu clinique, le traitement est généralement évalué uniquement par la valeur de « saturation artérielle périphérique en oxygène » (SpO2) à l’aide d’un oxymètre de pouls.Avec le développement de l'anémie, une prise en charge stricte du patient est recommandée, quelle que soit la SpO2, la PaO2 et la teneur en oxygène du sang artériel.De plus, Downes et coll.et Beasley et coll.Il a été suggéré que les patients instables pourraient effectivement être à risque en raison de l'utilisation prophylactique d'une oxygénothérapie hautement concentrée [21-24].Pendant les périodes de détérioration physique, les patients recevant une oxygénothérapie hautement concentrée auront des lectures élevées de l'oxymètre de pouls, ce qui peut masquer une diminution progressive du rapport P/F et ainsi ne pas alerter le personnel au bon moment, entraînant une détérioration imminente nécessitant une intervention mécanique.soutien.On pensait auparavant qu'une FiO2 élevée offrait protection et sécurité aux patients, mais cette théorie n'est pas applicable en milieu clinique [14].
Par conséquent, des précautions doivent être prises même lors de la prescription d'oxygène pendant la période périopératoire ou aux premiers stades d'une insuffisance respiratoire.Les résultats de l'étude montrent que des mesures précises de FiO2 ne peuvent être obtenues qu'avec l'intubation ou HFNC.Lors de l’utilisation d’un LFNC ou d’un simple masque à oxygène, de l’oxygène prophylactique doit être fourni pour éviter une légère détresse respiratoire.Ces appareils peuvent ne pas convenir lorsqu'une évaluation critique de l'état respiratoire est requise, en particulier lorsque les résultats de FiO2 sont critiques.Même à faible débit, la FiO2 augmente avec le débit d’oxygène et peut masquer une insuffisance respiratoire.De plus, même lors de l’utilisation de la SpO2 pour un traitement postopératoire, il est souhaitable d’avoir un débit aussi faible que possible.Ceci est nécessaire pour la détection précoce de l’insuffisance respiratoire.Un débit d’oxygène élevé augmente le risque d’échec de la détection précoce.Le dosage d’oxygène doit être déterminé après avoir déterminé quels signes vitaux sont améliorés grâce à l’administration d’oxygène.Sur la base des seuls résultats de cette étude, il n’est pas recommandé de modifier le concept de gestion de l’oxygène.Cependant, nous pensons que les nouvelles idées présentées dans cette étude doivent être considérées en termes de méthodes utilisées en pratique clinique.De plus, lors de la détermination de la quantité d'oxygène recommandée par les lignes directrices, il est nécessaire de définir le débit approprié pour le patient, quelle que soit la valeur FiO2 pour les mesures de débit inspiratoire de routine.
Nous proposons de reconsidérer le concept de FiO2, en tenant compte du périmètre de l'oxygénothérapie et des conditions cliniques, puisque la FiO2 est un paramètre indispensable à la gestion de l'administration d'oxygène.Cependant, cette étude présente plusieurs limites.Si la FiO2 peut être mesurée dans la trachée humaine, une valeur plus précise peut être obtenue.Cependant, il est actuellement difficile de réaliser de telles mesures sans être invasives.D'autres recherches utilisant des appareils de mesure non invasifs devraient être menées à l'avenir.
Dans cette étude, nous avons mesuré la FiO2 intratrachéale à l'aide du modèle de simulation de respiration spontanée LFNC, d'un simple masque à oxygène et de la HFNC.La gestion de l'oxygène pendant l'expiration peut entraîner une augmentation de la concentration en oxygène dans l'espace mort anatomique, ce qui peut être associé à une augmentation de la proportion d'oxygène inhalé.Avec HFNC, une proportion élevée d’oxygène inhalé peut être obtenue même à un débit de 10 l/min.Lors de la détermination de la quantité optimale d'oxygène, il est nécessaire d'établir le débit approprié pour le patient et les conditions spécifiques, qui ne dépendent pas uniquement des valeurs de la fraction d'oxygène inhalée.L’estimation du pourcentage d’oxygène inhalé lors de l’utilisation d’un LFNC et d’un simple masque à oxygène en milieu clinique peut s’avérer difficile.
Les données obtenues indiquent que la respiration expiratoire est associée à une augmentation de la FiO2 dans la trachée du LFNC.Lors de la détermination de la quantité d'oxygène recommandée par les directives, il est nécessaire de définir le débit approprié pour le patient, quelle que soit la valeur FiO2 mesurée à l'aide du débit inspiratoire traditionnel.
Sujets humains : Tous les auteurs ont confirmé qu'aucun être humain ni aucun tissu n'était impliqué dans cette étude.Sujets animaux : Tous les auteurs ont confirmé qu'aucun animal ou tissu n'était impliqué dans cette étude.Conflits d'intérêts : Conformément au formulaire de divulgation uniforme de l'ICMJE, tous les auteurs déclarent ce qui suit : Informations sur le paiement/service : Tous les auteurs déclarent qu'ils n'ont reçu de soutien financier d'aucune organisation pour le travail soumis.Relations financières : tous les auteurs déclarent qu'ils n'entretiennent actuellement ou au cours des trois dernières années aucune relation financière avec une organisation susceptible d'être intéressée par l'œuvre soumise.Autres relations : tous les auteurs déclarent qu'il n'existe aucune autre relation ou activité susceptible d'affecter l'œuvre soumise.
Nous tenons à remercier M. Toru Shida (IMI Co., Ltd, Kumamoto Customer Service Center, Japon) pour son aide dans cette étude.
Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 mai 2022) Taux d'oxygène inhalé dans les appareils à faible et haut débit : une étude de simulation.Remède 14(5) : e25122.est ce que je:10.7759/cureus.25122
© Copyright 2022 Kojima et al.Il s'agit d'un article en libre accès distribué selon les termes de la licence Creative Commons Attribution CC-BY 4.0.L'utilisation, la distribution et la reproduction illimitées sur n'importe quel support sont autorisées, à condition que l'auteur et la source originaux soient crédités.
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(a) un moniteur d'oxygène, (b) un mannequin, (c) un poumon d'essai, (d) un appareil d'anesthésie, (e) un moniteur d'oxygène et (f) un ventilateur électrique.
Les réglages du ventilateur étaient les suivants : volume courant 500 ml, fréquence respiratoire 10 respirations/min, rapport inspiratoire/expiratoire (rapport inspiration/expiration) 1:2 (temps respiratoire = 1 s).Pour les expériences, la conformité du poumon test a été fixée à 0,5.
Des « scores » sont calculés pour chaque débit d’oxygène.Une canule nasale a été utilisée pour administrer de l'oxygène au LFNC.
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