Détection et modélisation de la limitation de débit à l'expiration en ventilation artificielle

• Auteur / Autrice : Sonia Khirani
• Direction : Pierre Baconnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modèles et instruments en médecine et en biologie
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Respiration artificielle

Bronchopneumopathies obstructives

Résumé

L'étude porte sur le phénomène de limitation de débit à l'expiration chez les patients sous ventilation mécanique, avec un double objectif, détecter cliniquement ce phénomène, qui passe souvent inaperçu chez des patients ventilés et le modéliser. Cet évènement est fréquemment rencontré chez les patients souffrant de bronchopneumopathies chroniques obstructives (BPCO). Nous avons mis au point une méthode non invasive de détection de la limitation de débit à l'expiration basée sur la construction de courbes isovolume pression-débit (IVPF), chez des patients ventilés chez lesquels un test de PEEP est effectué. Cette méthode se veut simple et pratique d'utilisation en routine clinique. Nous avons aussi établi un modèle mathématique mono-alvéolaire et deux modèles bi-alvéolaires, non linéaires, décrivant le comportement mécanique du système respiratoire des patients ventilés. De plus, ces modèles permettent de simuler l'effet d'une pression positive appliquée pendant l'expiration (PEEP), technique utilisée dans le but d'améliorer l'écoulement d'air dans les voies aériennes. Ces modèles mathématiques s'appuient en grande partie sur un modèle physique préexistant et permettent de rendre compte de la levée de limitation expiratoire de débit grâce à l'application d'une PEEP et permettent de suivre l'évolution du niveau d'hyperinflation pulmonaire dynamique et des résistances du système respiratoire. Ces modèles illustrent l'intérêt thérapeutique de l'application d'une PEEP chez des patients présentant une limitation de débit à l'expiration. Le modèle mono-alvéolaire a été modifié afin de simuler l'épreuve d'expirations forcées chez les souris et tenter d'expliquer les résultats obtenus expérimentalement.

The study focuses on the phenomenon of expiratory airflow limitation in mechanically ventilated patients, with a double aim, the clinical detection of this event which often goes unrecognised in ventilated patients and its modelling. This phenomenon is often seen in patients with chronic obstructive pulmonary diseases (COPD). We established a non invasive method to detect flow limitation by the way of isovolume pressure-flow curves (IVPF), in mechanically ventilated patients undergoing tests of PEEP. This non invasive method can easily be implemented in ICU. We also propose a mono-alveolar and two bi-alveolar non linear mathematical models, describing the mechanical behaviour of the respiratory system of ventilated patients exhibiting expiratory airflow limitation. Moreover this model should simulate applied positive end-expiratory pressure (PEEP) effects during expiration, a process used in order to improve airflow in the airways. Those mathematical models are based on an existing physical model and allow pointing to the removal of airflow expiratory limitation by way of PEEP levels and following the behaviour of dynamic pulmonary hyperinflation and resistances of the respiratory system. This illustrates the therapeutics interest of PEEP in expiratory airflow limited patients. The mono-alveolar mathematical model has been modified to simulate maneuvers of forced expirations in mice, and to try to explain the experimental results obtained.