Introduction
Dans le cadre de la présente maîtrise, trois études ont été menées à terme. Les deux premières études portaient sur des sujets humains, sujets sains et sujets avec un diagnostic de Maladie Pulmonaire Obstructive Chronique (MPOC). La troisième portait sur la mesure des résistances des composantes du masque à gaz.
Rationnel
La première raison qui m’a entraîné à me pencher sur ce sujet de maîtrise, est qu’en tant qu’utilisateur, j’ai souvent ressenti de la difficulté respiratoire lors du port des masques à gaz, en particulier à l’effort, avec, de plus, un questionnement sur l’importance des effets sur la fonction respiratoire (travail respiratoire et potentiellement hypoxie). Ce questionnement concerne beaucoup de militaires chez qui l’utilisation de masques à gaz est très fréquente lors des entrainements ou en mission. Le masque est une interface particulière munie de résistances inspiratoires et expiratoires, et avec un espace mort instrumental (qui doit être différencié du volume interne total du masque) pouvant éventuellement entraîner un phénomène de rebreathing. Ces différentes caractéristiques des masques à gaz peuvent expliquer la sensation de « stress respiratoire » ou difficulté respiratoire ressentie par les utilisateurs des masques au repos ou à l’effort. Dans notre revue de la littérature, nous n’avons trouvé aucune étude qui ait évalué l’impact des masques à gaz sur le travail respiratoire à l’aide d’un ballonnet œsophagien. De plus, il n’y a aucune autre donnée sur les indices d’efforts respiratoires en lien avec le port d’un masque à gaz. L’objectif principal de ce travail était donc de mesurer précisément l’impact des masques à gaz sur les indices de travail respiratoire, dans un contexte où il est question dans la littérature de « stress respiratoire » induit par le port des masques à gaz.
Nous avons donc mesuré ces indices selon une approche conventionnelle, à l’aide d’un ballonnet œsophagien et non de façon indirecte comme dans l’étude de Caretti et al (2006) [45]. En plus des indices d’effort respiratoire, nous avons voulu évaluer l’impact des masques à gaz sur le profil respiratoire et sur les échanges gazeux. Nous avons voulu explorer ces indices chez des sujets sains au repos et à l’effort puisque ce sont des conditions usuelles d’utilisation chez les militaires (habituellement sujets sains avec fonction respiratoire normale). Nous avons également évalué l’impact sur le travail chez des patients MPOC puisqu’il
militaires (le taux de fumeurs est très élevé dans la population militaire) ou comme population civile. C’est une population chez qui nous pensions trouver un impact important sur les paramètres respiratoires du port du masque à gaz, c’est pourquoi nous avons réalisé des évaluations au repos seulement et pas à l’effort.
Dans la littérature, il n’existe pas de donnée permettant de comparer l’impact du masque de façon rigoureuse. Il n’existe pas de période de repos de base dans la plupart des études, et il n’y a pas non plus de comparaison sans et avec masque. Nous avons réalisé ces évaluations de manière rigoureuse pour pallier au manque de données dans la littérature et pour évaluer précisément l’impact du masque à gaz (en comparaison avec une période contrôle sans masque de durée identique). De même, nous avons réalisé ces comparaisons au repos et à l’effort avec des durées de recueil identiques et comparables.
En plus des évaluations au repos et à l’effort, nous avons ajouté chez les sujets sains une évaluation au cours de l’hypoxémie induite pour faire suite à un travail sur les supports respiratoires administrés avec les masques à gaz (Annexe B). Cette évaluation au cours de l’hypoxémie est pertinente puisque les sujets devant porter un masque à gaz peuvent être hypoxiques, du fait de l’exposition préalable à des gaz ayant une toxicité pulmonaire.
Figure 7. Portion intérieure des masques C4 et LBM.
En plus de l’impact sur le profil respiratoire et en particulier sur le travail respiratoire, nous avons souhaité évaluer l’impact sur les échanges gazeux. En effet, du fait de ses caractéristiques, un petit espace mort au sein du masque entraînant du rebreathing de CO2 pourrait exister. Néanmoins, du fait de leur design
avec un cloisonnement des différents compartiments à l’intérieur des masques, ce rebreathing devrait être limité sur la drive respiratoire, et donc le WOB (Figures 7 et 8). Ce rebreathing ne nous apparait pas négligeable puisqu’il y a un effet turbulent à l’expiration et au niveau de la bouche de l’air exhalé riche en CO2.
Cette turbulence semble expliquée par deux choses : i. Le positionnement du système d’exhalation au niveau de la mentonnière du masque à gaz; ii. La déflection de l’air exhalé sur la paroi du masque interne pour aboutir au niveau du système d’exhalation.
Figure 8. Trajectoire de l'air respiré et les espaces morts dans le masque à gaz C4.
Note : Les images A et C montrent la trajectoire de l’air respiré à travers le masque à gaz C4. À l’inhalation, l’air filtré voyage de la cartouche filtrante, au niveau du visage pour ensuite entrer dans le masque interne (nose-cup) et les voies respiratoires (Image A). À l’exhalation, l’air voyage directement des voies respiratoires, à l’orifice de la mentonnière du masque interne pour sortir par le système exhalation (Image C). Les images C et D illustrent également les espaces morts instrumentaux du masque à gaz et ceux anatomiques du sujet. Dans le présent cas, les espaces morts instrumentaux d’un masque à gaz sont montrés par le volume interne du masque soit le nose-cup (exprimé par un masque noir au niveau des voies respiratoires) et le volume interne restant (exprimé par une zone hachurée à double-sens). Sur l’image B, le bleu représente l’air inhalé (donc pauvre en CO2). Tandis
que l’image D représente en rouge le gaz exhalé riche en CO2. (Source : Les images A et B proviennent
du MDN et de la Compagnie Airboss Defense. Dans le cas présent, ces images représentent le masque C4).
Par ailleurs, tel que démontré par Fraticelli et al. (2009), même lorsque le volume interne des masques est élevé, l’espace mort à proprement parler est réduit lorsque les circuits d’inspiration est d’expiration se font devant la bouche du sujet. Dans cette étude, un masque occlusif total de ventilation non invasif (ayant une forme proche de celle du masque à gaz), le volume interne d’un litre n’entrainait pas d’augmentation du travail respiratoire, ce qui laissait à penser que ce volume interne n’était pas à proprement parler de l’espace mort [58]. Par ailleurs, Arielli et al. (2012), n’avait pas observé d’impact significatif sur les
échanges gazeux avec les masques dans une condition au repos. Les auteurs n’ont pas répété leur étude à l’effort physique [44]. Comme il n’existe que très peu de données sur les gaz sanguins dans la littérature, il fut opportun de les mesurer dans nos études. Même si la littérature suggère un effet limité des masques à gaz sur les échanges gazeux, nous avons pensé que chez les sujets MPOC en particulier, il pourrait exister un impact plus important.
Ce qui nous a semblé le plus important pour expliquer les difficultés respiratoires ou « le stress respiratoire » ressenti par les utilisateurs avec les masques à gaz est la présence de pièces résistives sur le circuit inspiratoire des masques et dans une moindre mesure le circuit expiratoire. C’est pourquoi, nous nous sommes intéressés à la mesure des résistances des différentes composantes des masques avec des mesures précises sur banc. Aucune donnée n’existe avec les débits usuels en physiologie respiratoire entre 0.5 et 2.5 L/s. De plus, aucune étude n’a mesuré en détail les différentes composantes d’un masque à gaz.
Les attaques d’Aum Shinrikyo en 1995 mais aussi toutes les guerres actuelles ont démontré que les populations civiles sont souvent victimes d’armes CBRNE et que l’utilisation de masque à gaz peut être requise pour ces populations. D’un point de vue de santé et sécurité publique,les populations civiles sont de plus en plus susceptibles d’utiliser un masque à gaz lors d’incidents terroristes. Il nous apparaissait donc opportun d’évaluer si le masque à gaz peut devenir un moyen d’assistance respiratoire chez un groupe avec une affection respiratoire importante comme les patients MPOC.
Aucune étude n’a été conduite, à notre connaissance, sur le maintien d’une saturation et des moyens éprouvés d’administrer de l’oxygène à travers le masque à gaz. Nous nous étions au préalable intéressés aux méthodes de correction d’une hypoxémie présente chez les utilisateurs d’un masque à gaz et le maintien d’une oxygénation adéquate. Puisque les troupes de l’armée canadienne ont toujours leur masque à gaz sur leur attirail de combat, nous avons aussi considéré comment une assistance respiratoire pourrait être utilisée chez les personnes portant un masque à gaz durant une évacuation médicale.
But du programme de recherche
Le but principal de ce programme de recherche a été de mesurer l’impact du port d’un masque à gaz sur le travail respiratoire et les échanges gazeux chez des sujets sains et chez des patients MPOC. Auprès de ces groupes, nous avons, également voulu évaluer quelle est la méthode optimale de correction de l’hypoxémie chez un sujet portant un masque à gaz. Notre but nous a conduit à l’ajout d’une étude
complémentaire portant sur les évaluations sur un banc de précision des résistances des différentes composantes de cette technologie du masque à gaz. Cette étude est présentée de façon détaillée au Chapitre 9 avec ses propres questions et hypothèses.
Questions de recherche pour les études sur les sujets humains
1. Quel est l’impact du port de masque à gaz sur le travail respiratoire, le profil respiratoire etles échanges gazeux au repos et à l'effort chez des sujets sains et chez des patients MPOC?
2. Quelles sont les méthodes optimales pour rétablir une oxygénation adéquate en évitant l’hypoxémie et l’hyperoxie, tant pour chez des sujets sains et chez des patients MPOC?
Hypothèses pour les études sur les sujets humains
Les hypothèses que nous avons établies dans la conduite de notre recherche ont été les suivantes :
1. Il y a majoration du travail respiratoire « work of breathing » et des autres index d’efforts respiratoires lié au port du masque à gaz chez tous les sujets.
2. Il peut y avoir une hypoxémie relié au port du masque en particulier à l'effort quelle que soit la fonction respiratoire, saine ou altérée.