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Le réchauffement et l'humidification des voies aériennes sont normalement effectués par les voies aériennes supérieures. La perte de la participation de cette région anatomique occasionnée par la présence d'une sonde d'intubation endotrachéale risque d'entraîner la constitution de lésions alvéolaires et bronchiques. Pour éviter ce phénomène, il est possible d'interposer un dispositif d'humidification et de réchauffement sur le circuit du ventilateur. Deux types de dispositifs sont utilisés de nos jours : les humidificateurs chauffants (HC) et les échangeurs de chaleur et d'humidité (ECH). Le but de cet article est de passer brièvement en revue leurs principes de fonctionnement, ainsi que leurs avantages et inconvénients respectifs, et de fournir au réanimateur quelques informations sur les paramètres à examiner attentivement lorsqu'il s'agit de choisir le type et le modèle d'humidificateur.
Utilité de l'humidification des voies aériennes
En conditions physiologiques, le passage de l'air inspiré par les fosses nasales et les voies aériennes supérieures entraîne à la fois son réchauffement à 37 C et sa saturation en vapeur d'eau (humidité relative 100%). Le niveau de l'arbre trachéo-bronchique auquel cet état est atteint varie en fonction des conditions de respiration et de la température de l'air atmosphérique, mais il se situe environ à la quatrième ou cinquième division bronchique.1 La contribution quantitative la plus importante à ce mécanisme est fournie par les fosses nasales et la région pharyngo-laryngée.1,2 Lors de l'expiration, le mélange gazeux se refroidit, et cède par condensation une partie de sa vapeur d'eau aux voies aériennes supérieures et aux fosses nasales, qui agissent donc comme un échangeur à contre-courant de chaleur et d'humidité.1,2 Ainsi, l'air qui atteint l'épithélium alvéolaire est toujours réchauffé et saturé de vapeur d'eau. Chez le malade intubé et ventilé, la présence d'une sonde d'intubation endotrachéale court-circuite la région qui contribue le plus à ce processus, et ce alors que le ventilateur fournit à haut débit un mélange gazeux sec et à température ambiante.3 Ceci entraîne différentes conséquences dans les voies aériennes et les alvéoles, bien démontrées par différentes études humaines et animales. Ainsi, Chalon et coll. ont démontré, chez six patients intubés et ventilés durant plus de trois heures par un mélange gazeux sec, la présence d'altérations cellulaires et ciliaires bronchiques marquées.4 La fonction ciliaire de l'épithélium bronchique est en effet ralentie par la présence d'un environnement appauvri en humidité.5 D'autre part, chez des chiens trachéotomisés, Forbes a observé une diminution prononcée de la production de mucus par les cellules bronchiques.6 Ces différentes altérations au niveau cellulaire peuvent à leur tour provoquer l'apparition de zones de collapsus alvéolaire responsables d'une diminution de la compliance, de la capacité résiduelle fonctionnelle et d'une augmentation de l'effet d'admission veineuse.7 Il faut toutefois noter que si une humidification insuffisante s'avère délétère, l'excès d'humidité entraîne également un dysfonctionnement des cellules bronchiques et alvéolaires, de même qu'une altération de la qualité du mucus.7,8 Il existe en effet une zone de température et d'humidité qui assure une fonction optimale de la muqueuse respiratoire, au-delà de laquelle cette fonction se trouve perturbée, et ce d'autant plus que l'on s'éloigne des conditions physiologiques de 37C et de 100% d'humidité relative.9 Il est donc important chez les malades de réanimation intubés de compenser la perte de réchauffement et d'humidification naturelle par l'adjonction d'une source d'humidification externe, cette dernière devant toutefois être réglable de manière à éviter l'excès, source de complications.9,10
A l'heure actuelle, deux types d'humidificateurs sont disponibles, à savoir les humidificateurs chauffants (HC) et les échangeurs de chaleur et d'humidité (ECH). Nous allons brièvement passer en revue les caractéristiques de ces dispositifs.
Humidificateurs chauffants (HC)
Ces appareils ont été les premiers utilisés en ventilation mécanique. Le concept général de ce système consiste à interposer sur le circuit inspiratoire du ventilateur un réservoir contenant de l'eau et muni d'un corps de chauffe.11 Il existe deux techniques d'humidification de l'air inspiré à partir de ce montage (fig. 1). Dans le premier, l'air inspiré passe au-dessus de l'eau chauffée, et ce faisant se réchauffe et se charge de vapeur d'eau (fig. 1A). Dans le second, l'air inspiré passe à travers le bain d'eau, comme dans un barboteur d'administration d'oxygène (fig. 1B). Les performances de ces deux approches sont globalement équivalentes.11 En revanche, parmi les différents appareils disponibles sur le marché, le pouvoir réchauffant et humidifiant peut varier considérablement en fonction du modèle choisi, comme le démontre une étude comparative récente.12 En effet, plus le débit inspiratoire est élevé, plus l'humidificateur doit être performant, afin de garantir l'hygrométrie de l'air inspiré par le patient. Or, certains appareils se montrent nettement insuffisants lors d'augmentation, même modeste, du débit inspiratoire.12 D'autre part, la plupart des HC sont réglables, tant du point de vue de la température que du niveau hygrométrique visés dans l'air inspiré. Il en résulte des variations importantes de ces deux paramètres en fonction des réglages choisis par l'utilisateur, ce qui nécessite une attention particulière au paramétrage correct de l'appareil.12
Echangeurs de chaleur et d'humidité (ECH)
Les ECH reposent sur les mécanismes d'humidification et de réchauffement physiologiques décrits ci-dessus.13 En effet, un ECH est constitué d'une chambre placée entre le raccord en Y et le tube endotrachéal du patient, dans laquelle une membrane est interposée, constituée d'un matériel doté d'une capacité et d'une conductance thermiques élevées, et plissée de manière à offrir une grande surface d'échanges.13 Comme dans les voies aériennes supérieures, l'air expiré cède une partie de sa chaleur et de sa vapeur d'eau à cette membrane. Par conséquent, lors de l'inspiration, l'air se réchauffe et se charge en vapeur d'eau (fig. 2). Il est possible d'ajouter un filtre antibactérien à ce dispositif, ce qui lui confère dès lors une double fonction.13 Comme pour les HC, il existe de nombreux modèles d'HME, dont les performances varient en fonction d'une part du type d'HME, d'autre part du modèle considéré. En ce qui concerne le premier point, on distingue trois types d'HME, selon que l'accent est mis par le fabricant sur l'humidification ou la protection antibactérienne :
I les ECH hydrophobes, peu efficaces en tant qu'humidificateurs mais très efficaces au plan antibactérien ;
I les ECH hygroscopiques, sans propriétés antibactériennes, mais performants quant à l'humidification ;
I les ECH dits «mixtes», dotés de membranes à la fois hydrophobes et hygroscopiques, qui s'avèrent performants tant sur le plan hygrométrique qu'en tant que filtres antibactériens. Cette double fonction les fait souvent préférer aux deux précédents, même si leur coût est supérieur.
Au-delà du type d'ECH, et comme pour les HC, de grandes différences existent entre les nombreux modèles disponibles sur le marché quant à leur pouvoir humidifiant. Un des problèmes auquel on se heurte dans ce type d'évaluation est l'absence de données précises permettant de définir le pouvoir humidifiant minimum requis in vivo d'un ECH. Toutefois, l'Association de thérapie respiratoire des Etats-Unis a publié des recommandations générales sur l'utilisation des ECH, et indique qu'un ECH devrait fournir un minimum de 30 mg H2O par litre de gaz délivré à une température de 30 C,14 une valeur qui reprend celle de la norme ISO 9360-1:2000 sur les EHC.15 Plusieurs études ont évalué les performances de nombreux EHC, et démontrent une grande variabilité entre les différents EHC, certains générant des taux d'humidification bien au-dessous des normes citées ci-dessus.15-17 Avant de porter son choix sur un modèle donné d'ECH, le réanimateur a donc tout intérêt à consulter les données hygrométriques du fabricant, et à confronter celles-ci avec les résultats de tests indépendants sur des modèles éprouvés, une divergence entre ces différents tests ayant récemment été démontrée.18
Plusieurs études ont comparé les HC et ECH, en mettant l'accent sur les caractéristiques ayant une pertinence clinique. En effet, plusieurs aspects doivent être pris en considération, en particulier la capacité d'humidification et ses implications pour la sécurité des patients, les conséquences mécaniques, le risque infectieux, le coût, et le travail infirmier engendré par les manipulations de l'appareil. Nous allons brièvement aborder certains de ces points.
Pouvoir humidifiant
D'une manière générale, la plupart des études démontrent que le pouvoir humidifiant des HC est supérieur à celui des ECH.19-21 Toutefois, vu l'incertitude quant à l'humidification optimale au plan clinique, il est sans doute préférable d'admettre qu'un ECH qui fournit une quantité d'humidité par volume d'air inhalé proche de celle requise par la norme ISO citée plus haut est une alternative valable à l'HC. Par ailleurs, certaines publications anciennes rapportant des épisodes d'occlusion du tube endotrachéal par des sécrétions épaisses lors de l'utilisation d'ECH doivent être prises avec réserve.22 En effet, il s'agissait la plupart du temps de modèles hydrophobes, les moins efficaces en termes de pouvoir humidifiant (2O par litre de gaz), ce dernier ayant par ailleurs augmenté au fil des ans sur tous les types d'ECH. Ainsi, plusieurs études récentes ne rapportent aucun épisode similaire, ou, si une telle complication survient, son incidence n'est pas différente de celle observée avec un HC.23-25
Conséquences mécaniques
L'interposition d'un dispositif sur le circuit inspiratoire du ventilateur comporte deux conséquences mécaniques potentiellement délétères : l'élévation de la résistance à l'écoulement gazeux et l'augmentation de l'espace mort. Les effets des deux types de dispositifs diffèrent assez nettement sur ces deux points.
S'agissant de la résistance, les résultats des études sont tout à fait concordants, et démontrent que les ECH entraînent une élévation de celle-ci, ce qui à son tour provoque une augmentation du travail imposé aux muscles respiratoires lorsque les patients sont ventilés dans un mode spontané-assisté, une élévation du stimulus respiratoire central et de la ventilation minute, et une détérioration des échanges gazeux.26-28 Au plan quantitatif, cette augmentation de résistance varie d'un modèle à l'autre.16
L'HC étant placé sur le circuit inspiratoire, et non entre la pièce en Y et le tube endotrachéal, il n'entraîne aucune augmentation de l'espace mort.11 En revanche, en raison de la localisation de l'ECH, son volume interne s'ajoute à l'espace mort.13 Par conséquent, plus le volume interne de l'ECH est faible, moins l'espace mort est augmenté. Or, ce volume interne est très différent d'un ECH à l'autre, une étude ayant documenté des valeurs s'étendant de 10 à 94 ml.16 Cette gamme de volumes n'est probablement pas très importante quant à ses répercussions cliniques pour la majorité des patients. Toutefois, une étude récente a observé, chez des patients atteints de syndrome de détresse respiratoire aigu (SDRA), intubés et ventilés mécaniquement, une diminution de l'hypercapnie lorsque l'ECH était remplacé par un HC.29 D'autre part, durant la ventilation non invasive, une étude également récente a documenté une augmentation du travail imposé aux muscles respiratoires, en partie attribuable à ce surcroît d'espace mort avec l'ECH, alors que ce phénomène était absent avec un HC.30 La solution la plus évidente serait de choisir l'ECH ayant le plus petit volume interne, mais dans ce cas le pouvoir humidifiant est souvent plus faible.16 Il importe donc de faire un compromis entre pouvoir humidifiant et augmentation de l'espace mort, en fonction du tableau clinique et gazométrique du patient, ou, le cas échéant, d'opter pour un HC.
Risque de pneumonie nosocomiale
Le risque d'infection nosocomiale par contamination bactérienne du circuit du respirateur, en particulier du dispositif d'humidification, est bien connu.31 Le milieu humide et chaud des HC et ECH est clairement propice à une pullulation bactérienne, et ce surtout si le même dispositif est laissé en place plusieurs jours. En revanche, un ECH de type hydrophobe ou mixte présente l'avantage d'agir comme filtre antibactérien, et diminue l'incidence de pneumonies nosocomiales par rapport à l'HC.24,25 Par ailleurs, la durée maximale d'utilisation d'un même ECH sans augmentation du risque d'infection nosocomiale a été bien étudiée. L'incidence des pneumonies nosocomiales n'augmente pas lorsque l'on change l'ECH toutes les 48 heures plutôt que toutes les 24 heures,32 et ceci sans perte d'efficacité au plan du pouvoir humidifiant ni d'augmentation supplémentaire de la résistance par accumulation de sécrétions dans le dispositif.33 Certaines données récentes suggèrent même que cette durée pourrait être étendue à une semaine.34 Ainsi, pour autant que l'on respecte les procédures de changement recommandées, le recours à un ECH n'augmente pas, voire diminue, le risque de survenue d'infections nosocomiales.
Coûts et charge de travail
Les analyses effectuées portent surtout sur la comparaison entre HC et ECH, ainsi qu'entre différentes fréquences de changement des ECH. D'une manière générale, les résultats démontrent que le coût des ECH est inférieur à celui des HC, essentiellement en raison d'une diminution du taux d'infections nosocomiales.24,25 D'autre part, et comme on pouvait s'y attendre, l'augmentation de l'intervalle entre les changements d'ECH entraîne une diminution du coût d'utilisation de ces dispositifs.25,34 Quant à la charge de travail, nous ne disposons que de peu de données comparatives, mais une étude datant du début des années 90 a objectivé une charge de travail inférieure avec un ECH par rapport à un HC.35
Notons finalement qu'en dépit des donnés résumées ci-dessus, suggérant que les ECH constituent une alternative très séduisante aux HC, les pratiques d'utilisation diffèrent d'un continent à l'autre. Ainsi, une étude récente comparant le recours à un HC ou un ECH dans 116 services de réanimation français et canadiens démontre que le taux d'utilisation de l'ECH est de 63% en France contre 13% au Canada.36 Cette constatation est probablement généralisable à une comparaison entre pratiques européennes et nord-américaines. Il est vrai qu'en Amérique du Nord, un algorithme publié voici quelques années présente un caractère très restrictif quant au choix des patients chez lesquels un ECH peut être envisagé.37 Dans tous les cas, quelques contre-indications classiques à l'utilisation d'un ECHG doivent être présentes à l'esprit, à savoir l'hypothermie 10
L'humidification des voies aériennes chez le patient intubé et ventilé mécaniquement est très importante, afin d'éviter l'apparition de lésions muqueuses et alvéolaires et l'accumulation de sécrétions épaisses pouvant conduire à l'atélectasie pulmonaire. En raison de leur simplicité d'utilisation, d'un bon pouvoir humidifiant, de leur fonction de filtre antibactérien, et de leur impact favorable sur les coûts, les ECH constituent une solution plus attrayante que les HC. Toutefois, le réanimateur devra examiner soigneusement les données des fabricants ainsi que celles des tests publiés, en raison des différences marquées, qui existent en termes de pouvoir humidifiant, d'efficacité antibactérienne, d'espace mort et de résistance, associées aux nombreux modèles disponibles sur le marché. Par ailleurs, l'HC conserve une place en présence de contre-indication(s) à l'utilisation d'un ECH. W