Le système consultatif sur la ventilation assistée par pression fournit des recommandations valables pour le réglage du ventilateur

Méthodes

L’approbation a été obtenue du comité d’examen institutionnel de l’Université de Floride à l’hôpital Shands pour mener l’étude dans l’unité de soins intensifs chirurgicale. Nous avons recruté 76 patients adultes intubés ou trachéotomisés (diamètre interne du tube compris entre 6,0 et 8,5 mm) présentant une insuffisance respiratoire d’étiologies diverses (pneumonie, œdème pulmonaire, sepsis, insuffisance cardiaque congestive et hémorragie sous-arachnoïdienne) dans les phases d’entretien et de sevrage des soins ventilatoires (tableau 1). Neuf patients présentaient une lésion pulmonaire directe due à un traumatisme thoracique pénétrant et contondant, et six étaient atteints de BPCO. Tous les patients respiraient spontanément, recevaient une VSP, recevaient une sédation et une analgésie si nécessaire, et étaient stables sur le plan hémodynamique. Ont été exclus les patients qui étaient hémodynamiquement instables (par exemple, une pression artérielle moyenne comprise entre 40 et 80 mm Hg, avec des changements irréguliers de la fréquence cardiaque et/ou des arythmies) ; fortement sédatés (par exemple, un niveau élevé d’opioïdes, entraînant des changements substantiels de la f et de la VT) ; ou avec des schémas respiratoires irréguliers (par exemple, une blessure à la tête fermée avec des augmentations et des diminutions soudaines de la f et de la VT).

Tous les patients ont été ventilés avec le même type de ventilateur (840, Puritan-Bennett, Pleasanton, Californie), réglé en mode PSV et PEEP, que nous avons combiné avec une ventilation obligatoire intermittente synchronisée (SIMV) réglée à 2 respirations/min et un VT de 6-8 mL/kg de poids corporel idéal. Dans notre unité de soins intensifs chirurgicaux, la politique de soins aux patients consiste à utiliser la VIMS à un minimum de 2 respirations/min lorsqu’on utilise la VPP et la PEP, et notre comité d’examen institutionnel a exigé que nous nous conformions à toutes les politiques de soins aux patients existantes. Pour le PSV, nous avons réglé le paramètre  » % d’augmentation  » entre 60 et 80 %. Ce réglage contrôle le débit du ventilateur pendant l’inhalation et affecte le taux de montée en pression (c’est-à-dire que l’interaction entre le débit du ventilateur et la demande de débit inspiratoire du patient affecte le taux de montée en pression ou la forme du profil de pression pendant une respiration assistée).5 Avec tous les patients, nous avons fixé le réglage de la sensibilité expiratoire (critère de fin de respiration) à 25 %.

Deux composants constituent le système consultatif PSV en boucle ouverte : un moniteur respiratoire disponible dans le commerce (NICO, Respironics, Wallingford, Connecticut), et un ordinateur portable. Un capteur combiné pression/débit/dioxyde de carbone, positionné entre la sonde endotrachéale et la pièce en Y du patient, dirige les données vers le moniteur respiratoire pour la mesure de f, VT, ventilation minute expirée, PSV, PEEP et pression partielle du dioxyde de carbone en fin d’expiration (PETCO2) (Fig. 1). La compliance et la résistance du système respiratoire ont été calculées par la méthode des moindres carrés.6 Les lectures de la SpO2 ont été recueillies à l’aide d’un capteur digital. Les données de PETCO2 et de SpO2 étaient surveillées pour s’assurer que les patients étaient ventilés et oxygénés de manière appropriée.

Les données du moniteur sont transmises à l’ordinateur portable où le logiciel du système consultatif de PSV (Convergent Engineering, Gainesville, Floride) fait fonctionner un réseau neuronal artificiel pour le calcul immédiat de la WOBN/min mesurée de manière non invasive (WOBN/min)3 et un système d’inférence à logique floue qui traite les informations WOBN/min, f, et VT pour évaluer la charge sur les muscles inspiratoires pour inhaler (WOBN/min) et la tolérance pour cette charge (f et VT) et fournit des recommandations pour augmenter, maintenir ou diminuer le support de pression. Nous appelons cela une stratégie de charge et de tolérance (voir Fig. 1). La logique floue est un processus qui consiste à utiliser des distributions de probabilités au lieu de simples décisions  » oui/non « , comme dans un système simple basé sur des règles, pour guider la prise de décision du ventilateur.7,8 Les données WOBN/min étaient fortement corrélées (r = 0,91, P < .02) avec le WOB/min mesuré de manière invasive (à partir des mesures de pression œsophagienne) et ont été considérées comme un très bon prédicteur du WOB/min mesuré de manière invasive chez les adultes traités par PSV.3 Le WOBN/min reflète la charge totale des muscles inspiratoires, qui comprend la charge élastique du système respiratoire et les charges résistives des voies respiratoires, de la sonde endotrachéale et de l’appareil de ventilation. Une limitation de la WOBN/min est qu’elle ne peut pas différencier ces charges composantes.

Les réseaux neuronaux artificiels – une branche de l’intelligence artificielle – ont été utilisés pour des applications médicales9-12 (par exemple, la reconnaissance des schémas respiratoires pendant la respiration spontanée et le PSV).11 Les réseaux neuronaux artificiels sont une classe de modèles mathématiques qui sont des programmes informatiques d’inspiration biologique conçus pour simuler la façon dont le cerveau humain traite les informations.13,14 Un réseau neuronal artificiel peut détecter des relations non linéaires complexes entre les variables dépendantes et indépendantes dans les données qu’un cerveau humain peut ne pas détecter. Ils acquièrent des connaissances en détectant des modèles et des relations pour faciliter l’apprentissage ; ils sont formés par l’expérience. Fondamentalement, un réseau neuronal artificiel apprend à partir de données et saisit les connaissances contenues dans ces données. Un réseau neuronal artificiel est formé de centaines d’unités simples (neurones artificiels, ou éléments de traitement) connectées par des coefficients ou des poids (analogues aux connexions synaptiques dans le système nerveux central), qui constituent le système neuronal, et sont organisées en couches. La puissance/intelligence des calculs neuronaux est obtenue en connectant les neurones en réseau. Pendant la formation, les connexions inter-unités sont optimisées jusqu’à ce que les erreurs de prédiction soient minimisées et que le réseau neuronal artificiel atteigne un niveau de précision donné. Une fois le réseau formé, il peut recevoir de nouvelles informations en entrée pour prédire la sortie. Un « perceptron multicouche » (le type de réseau neuronal artificiel le plus courant) peut être considéré comme une combinaison de la somme pondérée d’un certain nombre de modèles de régression logistique. Chaque modèle de régression logistique (un « perceptron » dans la terminologie des réseaux neuronaux) possède son propre ensemble de poids, et sa sortie est pondérée et ajoutée aux sorties des autres perceptrons pour créer la prédiction finale. Le WOB/min est la variable prédite du réseau neuronal artificiel dans notre système de conseil PSV.

L’entraînement de notre réseau neuronal artificiel a été décrit précédemment3. Cinq éléments d’entrée (prédicteurs) sont utilisés :

• La ventilation minute spontanée (sans les respirations SIMV) est en corrélation directe avec le WOB/min.

• Une augmentation de la PEP intrinsèque est associée à une augmentation du WOB/min, et vice versa.

• Une profondeur de pression de déclenchement inspiratoire plus faible juste avant le déclenchement du ventilateur pendant la PSV est associée à une augmentation du WOB/min, et vice versa.

• Un temps de montée du débit inspiratoire plus faible pendant une respiration PSV est associé à une augmentation du WOB/min, et vice versa.

• Une pression musculaire respiratoire plus élevée (pression = (VT/conformité du système respiratoire) + (débit inspiratoire × résistance du système respiratoire)) est associée à une augmentation du WOB/min, et vice versa15,16.

L’un des objectifs du système consultatif de la PSV est de maintenir la WOBN/min, la f et la VT dans les fourchettes vertes indiquées à la figure 1, qui ont été dérivées, en partie, des valeurs normales de WOB,3,15 d’une étude sur les résultats de la WOB,2 et de notre expérience clinique.3 Chez les adultes, la fourchette normale de WOB/min est de 4-8 J/min.15 Sur la base de 15 années d’expérience de mesure de la WOB chez des patients recevant une assistance respiratoire, les adultes traités par PSV tolèrent une WOB/min maximale allant jusqu’à environ 10-12 J/min. Les valeurs de WOB/min supérieures à 12-15 J/min chez les adultes ne sont pas bien tolérées et nécessitent un niveau d’assistance respiratoire plus élevé. Chez les adultes traités par PSV, il a été constaté qu’une WOB de 2-8 J/min était bien tolérée.3 Une autre étude clinique2 a rapporté que la WOB maintenue dans une fourchette assez normale pendant la PSV était bien tolérée.

Les fourchettes de f et de VT cibles de notre système consultatif PSV sont congruentes avec celles appliquées aux adultes respirant spontanément et recevant une PSV : 10-25 respirations/min, et 6-8 mL/kg, respectivement.1,17 Il est raisonnable d’appliquer la VSP de manière à éviter une f trop basse (p. ex., 4 à 6 respirations/min) ou une f trop élevée (p. ex., 30 à 40 respirations/min) et une VT trop basse (p. ex., < 4 mL/kg) ou une VT trop élevée (p. ex., > 12 mL/kg). Le système d’avis traite les plages plus larges de la RSOS/min, de la f et de la VT (les zones jaunes de la figure 1) comme des avertissements. Le système consultatif évalue la probabilité que les paramètres de charge musculaire inspiratoire (WOBN/min) et de tolérance (f et VT) varient les uns par rapport aux autres dans toutes les plages, puis fournit une recommandation appropriée pour augmenter, maintenir ou diminuer le VSP. Le système utilise un filtre de moyenne de 5 minutes pour la mise à jour de sa recommandation.

Le PSV a été réglé initialement selon les ordres des médecins traitants. Par la suite, les recommandations de soutien de pression des RRT ont été autorisées pendant l’étude. À intervalles périodiques, il a été demandé aux RRT d’évaluer le patient pour déterminer si le PSV devait être augmenté, maintenu ou diminué. Leurs recommandations étaient fondées sur l’utilisation de l’approche traditionnelle consistant à évaluer les données relatives au rythme de la respiration spontanée (c’est-à-dire f 15-25 respirations/min, VT 6-8 mL/kg de poids corporel idéal), l’absence de contraction du muscle sterno-cléido-mastoïdien et l’apparence d’une respiration confortable. Les RRT étaient aveugles aux données respiratoires mesurées et aux recommandations du système consultatif.

Les réglages de la PEEP et de la FIO2, déterminés par les médecins traitants (voir tableau 1), ont été maintenus constants pendant la période d’étude, qui s’étendait sur un quart de travail de 8 heures. Il n’y a pas eu de différences cliniquement importantes dans la PEEP, la PETCO2 ou la SpO2 au départ ou au cours de l’étude, ni de variations cliniquement importantes des paramètres hémodynamiques chez aucun patient tout au long de l’étude.

Nous avons évalué la relation entre les VSP fixées par les cliniciens et les VSP recommandées par le système consultatif. Lorsque les RRT ont recommandé une augmentation ou une diminution de la PSV, le changement était généralement de 5 cm H2O par rapport au réglage actuel. Lorsque le système consultatif recommandait  » d’augmenter la VSP  » ou  » de diminuer la VSP « , cela signifiait un changement de 5 cm H2O vers le haut ou vers le bas, respectivement, par rapport au réglage actuel. Avec cette compréhension, les réglages de PSV recommandés par les RRT ont été régressés avec les réglages recommandés par le système consultatif PSV.

Nous avons analysé les données avec le chi carré, l’analyse de régression et la statistique kappa.18 L’alpha a été fixé à 0,05 pour une signification statistique.