Discussion des résultats - Impact sur le travail respiratoire et les échanges gazeux pour l'ut

Introduction

Les résultats de nos études sur l’impact des masques à gaz chez les sujets humains sont originaux. Il n’existait aucune donnée dans la littérature sur l’impact de ces dispositifs sur les indices d’effort respiratoire chez des sujets humains. De plus, il n’y avait aucune donnée dans la littérature portant sur des évaluations précises des résistances des masques à gaz et de leurs différentes composantes. Nous avons démontré et chiffré précisément l’augmentation des indices d’effort respiratoire chez les sujets humains. Dans le cas des sujets sains, l’augmentation statistiquement significative du WOB avec un masque à gaz allait jusqu’à 60% dans des conditions au repos et jusqu’à 35% à l’effort physique. Dans le cas des patients MPOC, les augmentations de 10-35% des indices d’effort respiratoire n’ont pas été statistiquement significatifs dans les évaluations menées uniquement au repos, mais il existait une augmentation chez presque tous les patients. Nos études sont les seules à avoir a pu comparer de façon rigoureuse l’ensemble des indices d’effort respiratoire et les profils respiratoires avec et sans masque.

Dans notre programme d’étude, il fut observé que les résistances des masques expliquaient en partie cette augmentation des efforts respiratoires et que les cartouches filtrantes représentaient 75% des résistances inspiratoires de ces dispositifs. Nous avons aussi montré qu’il pouvait exister des différences importantes de résistance entre plusieurs cartouches CBRN. Notre travail a permis de mieux comprendre l’impact des masques à gaz et de ses différents composants sur le « stress respiratoire » ressenti par les utilisateurs de ces dispositifs.

Discussion de nos résultats

Nous présentons une discussion des résultats selon les diverses thématiques couvertes dans notre programme d’étude.

Comparaisons des indices d’efforts respiratoires

La mesure précise des indices d’effort respiratoire pour les sujets sains, tant au repos qu’à l’effort physique, montre l’impact concret de l’effet du masque à gaz sur la physiologie respiratoire humaine. Chez

respiratoire avec les masques. Dans la littérature portant sur les masques à gaz, il n’existe aucune étude ayant mesuré les indices d’effort respiratoire selon les standards en la matière (i.e. avec l’utilisation d’un ballonnet œsophagien pour mesurer la pression œsophagienne). L’étude de Caretti (2006), a évalué le travail respiratoire de façon indirecte en n’utilisant pas la méthode usuelle telle que décrite par Campbell [56]. Ces travaux ne représentent pas les mesures du WOB telles qu’il est recommandé de les mesurer chez l’homme. Leurs auteurs avaient calculé le travail respiratoire sur banc pour vaincre plusieurs combinaisons de résistances inspiratoires et expiratoires. Comme nous l’avons abordé au Chapitre 4, leur calcul du travail respiratoire n’était pas directement lié à l’humain mais mesuré sur banc en faisant varier les résistances inspiratoires et expiratoires. Leurs valeurs du WOB étaient basées sur une dérivation mathématique de chaque résistance (inspiratoire et expiratoire) et pour chaque valeur d’un Ve standard à 62.5 L/min que les auteurs avaient établi. Dans leur méthodologie, ils ont établi que le WOBtot était l’addition du travail à l’inhalation et l’exhalation. Pour leurs huit conditions testées, ils ont déterminé une valeur WOB par condition. Autrement dit, une valeur de WOB théorique a été déterminée, mais il n’y a pas eu de mesure directe du travail respiratoire chez les sujets évalués. Dans leur population de 11 sujets sains, les auteurs ont corrélé une diminution de la performance d’effort physique avec masque selon l’augmentation de résistances à l’inhalation mais indépendamment de la résistance à l’exhalation. Faute de données dans la littérature évaluant directement chez des sujets le travail respiratoire avec et sans masque à gaz, il est donc impossible d’établir des comparaisons avec nos résultats.

Le Self-contained breathing apparatus (SCBA) est la seule technologie des respirateurs pour laquelle des études ont mesuré directement le WOB [66, 67]. Comparé au masque à gaz, la technologie SBCA fonctionne principalement avec un système d’alimentation en fluides pressurisés et en circuit fermé. On ne peut donc pas comparer ces données de façon directe pour leur impact sur la fonction respiratoire avec les masques à gaz car il existe une forme de support respiratoire avec le SCBA. On retrouve le SCBA chez les équipes spécialisées en matières dangereuses et anti-bombes des forces de sécurité militaire et les équipes de premiers répondants. Dans la première étude de Butcher et al. (2006), la mesure du travail respiratoire était en fonction du régulateur de pression du SCBA [66]. Auprès de 12 hommes sains, les auteurs ont adapté une méthodologie à l’effort gradué sur un ergocycle aux intensités de 150, 180, 210,240 Watts. La conception de l’étude étaient faite de deux séances de pédalage randomisées non-à l‘aveugle. La première séance de pédalage comportait le port d’un masque du SCBA modifié. C’est-à-dire, un dispositif externe et attaché au masque du SBCA. Ce dispositif se composait de faibles valves seulement. Les auteurs ne rapportent pas l’usage du régulateur durant cette séance ni ne confirme clairement de ne pas l’avoir utilisé. .Les sujets respiraient l’air-ambiant cependant. La deuxième séance de pédalage impliquait le port du système SCBA complet et les sujets étaient alimenté par un air-comprimé. Ils ont principalement observé une augmentation

de 59% du travail résistif et une expiration active pour le maintien des valeurs de Ve élevées, avec l’usage du régulateur de pression comparé avec la condition sans. Ils ont aussi remarqué que le travail élastique comportait des augmentations allant jusqu’à 94%.

En 2007, la deuxième étude de Butcher et al. évaluait l’effet d’un mélange oxygène-hélium (HELIOX) sur les paramètres respiratoires, la fatigue des muscles respiratoires et le WOB [67]. Avec douze hommes sains, les auteurs ont mené une méthodologie à l’effort soutenu et répartie sur cinq jours (deux premiers jours comme tests de bases avec le SCBA et les trois autres avec un montage de masques différents). L’effort dans les escaliers était sub-maximal. Le premier test à l’effort s’effectuait avec un masque SCBA modifié et arrimé avec un dispositif avec de faibles valves. Une autre condition était avec le masque complet du SCBA mais avec de l’air médical compressé. Le dernier montage était le SCBA avec une alimentation de gaz mélangé (HELIOX : 21% d’oxygène et 79% d’Hélium). En comparaison aux deux autres montages de masques, l’HELIOX réduisait notamment le WOB et la fatigue des muscles respiratoires. Étant donné que le masque à gaz et le SCBA sont deux technologies drastiquement différentes, une comparaison directe avec nos données s’avère très difficile.

Dans la présente étude sur les MPOC, la démonstration que le port d’un masque à gaz n’aggravait pas l’état respiratoire a permis de valider que cette technologie pourrait être utilisée durant un incident CBRNE chez ce groupe de personnes avec une insuffisance respiratoire marquée, au moins pour une période relativement courte. Chez les sujets MPOC, il y a une augmentation du travail respiratoire chez presque tous les patients mais il semble relativement limité. Il n’y a jamais eu de difficulté respiratoire nécessitant d’arrêter l’étude chez ces patients non plus. Néanmoins, il s’agissait de l’évaluation de l’impact sur une courte durée (10 minutes). Nous n’avons pas évalué l’impact des masques à gaz pour cette population pour des durées plus importantes. En effet, dans certaines situations, il peut être nécessaire de porter ces dispositifs de protection pendant des durées prolongées. Dans ces situations, nous ne pouvons pas être rassurants à partir de nos données. Comme rapporté au Chapitre 6, les patients MPOC devaient initialement accomplir un effort sur le tapis roulant à 3 MPH, mais il y avait une crainte d’induire des problèmes respiratoires graves. C’est pourquoi nous avions opté pour réaliser uniquement une évaluation de l’impact des masques à gaz au repos. À la lumière de nos résultats démontrant l’absence de majoration statistiquement significative du travail respiratoire avec le port de masque à gaz au repos, il est envisageable d’évaluer des patients ayant une atteinte respiratoire grave, comme les MPOC, au cours d’un effort physique modéré avec le masque.

Dans les conditions de repos testées chez les sujets sains et les patients MPOC, les moyens de mesure des indices d’effort et paramètres respiratoires étaient les mêmes. Cependant, la méthodologie

différait quelque peu : chez les sujets sains seul un type de cartouche a été utilisé, alors que chez les patients MPOC deux types de cartouche ont été utilisées. Par ailleurs, chez les patients MPOC, l’administration automatique de l’oxygène a été utilisée pour éviter les désaturations chez ces patients. Chez les sujets sains, nous avons constaté des augmentations significatives des indices d’effort respiratoire alors que chez les MPOC nous n’avons pas constaté d’augmentation significative, avec les réserves déjà discutées. Cependant, la quasi-totalité des patients ont montré une augmentation modérée du travail respiratoire et certains indices montraient une tendance forte (ex augmentation du PTPes avec vs. sans masque : 270 vs. 200 cmH2O*s/min;

avec la cartouche A, p=0.065).

Il se peut que l’usage de l’oxygène thérapeutique se soit avéré en partie une variable confondante. Sans son usage, les hausses des indices d’efforts respiratoires auraient pu être supérieures à celles obtenues et s’avérer significatives en l’absence de correction de l’hypoxémie. Néanmoins, cet effet n’est peut-être pas majeur. Une oxygénothérapie n’a été administrée que chez la moitié des patients, avec des débits moyens d’oxygène très faibles de 0.61 L/min pour la cartouche A et 0.24 L/min pour la cartouche B. Il faut noter que la seule patiente dont le travail respiratoire a été réduit avec le masque à gaz (patiente#4) est parmi les patients ayant reçu les débits d’oxygène les plus élevés (entre 1.5 et 1.7L/min). Il est aussi probable que la taille de l’échantillon des MPOC ait été aussi un facteur expliquant l’absence de différence statistiquement significative. Il est probable qu’avec plus de patients, nous aurions pu mettre en évidence une telle différence significative. Néanmoins, la différence d’effort respiratoire n’a jamais entraîné de détresse respiratoire chez les patients. Ainsi, l’étude des MPOC permet d’ouvrir la voie sur d’autres études en physiologie respiratoire avec le masque et le patient. Il est à noter que c’est la seule étude ayant évalué le travail respiratoire chez des patients MPOC sans et avec un masque à gaz.

La correction des désaturations chez ces patients a pu diminuer les différences sur les index d’effort et n’a pas permis d’évaluer précisément le degré de désaturation avec les masques chez ces patients. Néanmoins, cette correction était un choix pour limiter le nombre d’explications possible à l’augmentation du travail respiratoire. En effet, notre hypothèse était que l’augmentation du travail pouvait être liée à plusieurs facteurs : résistances et espace mort (« rebreathing ») au sein des masques et potentiellement l’hypoxémie. En retirant cette dernière explication nous avons réduit à deux les explications les plus probables à l’augmentation du travail respiratoire. Tel que déjà discuté, il nous est apparu que l’explication principale était l’augmentation des résistances, mais l’impact du « rebreathing » existe aussi certainement. Nous n’avons pas pu différencier les deux et ne pouvons pas de manière définitive préciser la part de chacun de ces facteurs.

Comparaison des échanges gazeux

Du point de vue de l’impact sur les échanges gazeux, il y a eu très peu d’effets du masque chez les sujets sains et chez les sujets MPOC. Pour un même espace mort technologique employé chez nos sujets, il n’y avait pas d’effet majeur du rebreathing sur les échanges gazeux. De plus, cela ne semblait pas avoir été un problème majeur chez la population des MPOC en termes de rétention de CO2 sur des périodes de 10 minutes. Chez les sujets sains, la baisse significative de la SpO2 n’est pas cliniquement pertinente dans la comparaison masque-non masque (au repos : 96.5 et 96.7%, variation de -0.2%; effort : 94.0% et 95.3%, variation de -1.0%). À l’effort, la désaturation n’apparaissait pas une préoccupation clinique. La PaCO2 augmente de 0.7% à l’effort (43.6 et 43.3 mmHg). Ces valeurs contrastent avec celles d’Arieli et al (2012) qui a démontré que le port du masque à gaz chez neuf sujets sains entraînait une hypoxémie et une hypercapnie due à l’effet de rebreathing [44]. Dans cette étude, Arieli a montré une augmentation de la PaCO2 de 36 à 43 mmHg avec le port du masque pendant les 5 premières minutes puis une stabilisation à 42 mmHg par la suite. Le taux de CO2 inspiré a aussi été mesuré dans le masque : à la première minute du test, la FICO2 (dans le masque interne/nose-cup) augmentait à 3%; à la troisième minute : FICO2 augmentait à 3.5%; entre la troisième et la quinzième minute : FICO2 diminuait à 3% et demeurait à cette valeur [44]. Ces différences n’étaient pas statistiquement significatives. Le volume interne total du masque testé dans cette étude était de 3.5 L et le volume interne du masque interne (nose-cup) était de 130 ml [44]. Dans notre étude, le masque utilisé (C4, Airboss Defence, Bromont, Canada) avait des volumes internes plus faibles (280 ml de volume interne et 80 ml pour le masque interne selon nos estimations). Les auteurs suggèrent que l’espace mort des masques pourrait expliquer l’augmentation de PCO2 [44]. Mais il est possible que les conditions expérimentales aient induit des biais : les valves anti-retour du nose-cup étaient retirées et ont pu entraîner une accumulation de CO2. Ils ont trouvé une stabilisation des gaz respiratoires à l’intérieur des masques : FiO2 à 17 %; FICO2 à 3%. Dans l’étude d’Arieli, la SpO2 initiale était de 98.4% et passait à 96.2% avec le masque à

gaz [44]. Compte-tenu de la complexité de notre montage expérimental, nous n’avons pas voulu ajouter de mesures de la composition des gaz chez nos sujets. Nous ne pouvions donc pas faire de comparaison sur ces données. Il est néanmoins possible que l’augmentation de travail respiratoire observée chez nos sujets soit en partie reliée à un effet rebreathing.

Dans nos deux études chez l’humain au repos, les mesures des gaz sanguins ont été obtenues par des capillaires. Comme rapporté précédemment, Arieli et al. (2012) ont utilisé un spectromètre de masse et un détecteur transcutané dans leur méthodologie [44]. S’appuyant sur les valeurs de CO2 transcutané et de SpO2 rapportés dans le paragraphe précédent, les auteurs n’ont pas observé de variations alarmantes de ces

PaCO2 et des bicarbonates comme rapporté dans la méta-analyse de Zavorsky and al. (2006) [65]. En effet, il existait une excellente corrélation avec les gaz artériels pour ces valeurs avec des biais très faibles.

Chez les patients MPOC, il y avait la titration de l’oxygène pour maintenir une SpO2 selon une cible thérapeutique prescrite. Avec l’utilisation d’un masque, un apport d’oxygène a été nécessaire dans 50% des conditions testées (9 fois sur 18) alors que les patients inclus ne recevaient pas d’oxygène au repos sans masque. La baisse du pH et l’augmentation de la PCO2, bien que toutes deux significatives, étaient minimes et sans pertinence au point de vue clinique. Toutefois, il s’agissait d’évaluations de courte durée et nous ne pouvons pas savoir si sur des durées prolongées, l’accumulation de CO2 pourrait être plus importante. Dans le

cas du pH, les variations furent quasi nulles dans les comparaisons masque-non-masque (Cartouche A : - 0.18%; Cartouche B : -0.14%). Pour les deux cartouches, les conditions masque contre non-masque montraient une augmentation de la PaCO2 de 2%. Les données des gaz sanguins chez nos MPOC ne peuvent pas être comparées avec les données des études d’Arieli qui étaient réalisés chez des sujets sains [44]. Par ailleurs, dans l’étude d’Arieli, il n’y avait pas de période de référence précise alors que nous avons inclus une période de 15 minutes de référence de repos.

Notre évaluation de l’apport d’oxygène au travers d’un masque à gaz est un autre aspect original de ce travail et il n’y a pas de donnée équivalente à notre connaissance. Par ailleurs, l’ajustement automatisé de l’oxygène par FreeO2 était satisfaisant dans notre étude avec un apport adapté à la cible prescrite pour les patients. Ce mode d’administration de l’oxygène au travers des masques pourrait être adapté au contexte d’utilisation militaire qui nécessite de réaliser des économies d’oxygène pour des questions logistiques. Ces données sont la suite des travaux antérieurement réalisés de Bourassa (2009) sur l’assistance respiratoire au travers des masques en associant l’ajustement automatisée par FreeO2développée dans le laboratoire du Dr Lellouche [1, 64].

Notre hypothèse est que l’augmentation du WOB avec les masques à gaz semble être liée à une combinaison de rebreathing et de résistances inspiratoires. Pour tous nos sujets, le volume interne du masque était d’environ 280 ml. Pour tous nos sujets (sains et MPOC) étudiés au repos avec masque, la valeur du WOB était de 0.40 à 0.67 J/Cycle. L’étude de Fraticelli et al (2009), a évalué l’effet à court-terme des volumes internes de plusieurs masque de ventilation non invasive (VNI) sur les indices d’efforts respiratoire, les paramètres respiratoires et les échanges gazeux auprès de 14 patients [58]. Quatre masques ont été comparés dont une pièce buccale sans aucun volume interne. Les trois autres se situaient entre 80 ml et 980 ml environs. Le WOB était en moyenne chez les patients sous VNI de 7.9 J/min. Avec un masque de 160 ml, qui s’avère le plus près du masque à gaz C4 en termes de volume interne, le WOB moyen était de 5.0 J/min.

Ces valeurs de WOB ne peuvent cependant pas être directement comparées avec nos données puisqu’il s’agissait de patients à la phase aigüe d’une détresse respiratoire alors que nos patients étaient dans un état stable. Par ailleurs, il ne s’agissait pas uniquement de patients MPOC contrairement à notre population. Il existait aussi un support respiratoire (VNI avec aide inspiratoire) dans l’étude de Fraticelli [58]. Enfin, dans notre étude, il existait en plus la résistance inspiratoire liée à la cartouche filtrante. Le plus important dans l’étude de Fraticelli était la conclusion des auteurs : à l’exception de la pièce buccale, les volumes internes de masques ne présentaient pas d’effet à court-terme sur les indices d’efforts respiratoires, la Ve et échanges gazeux. Les auteurs concluaient que l’effort respiratoire était peu influencé par les volumes internes des masques ce qui impliquait que le volume interne n’était pas équivalent à de l’espace mort. L’espace mort des masques est bien représenté par l’écoulement des gaz inspiratoires et expiratoires dans des zones enrichies en CO2 qui ne constituent pas la totalité du volume interne de ces masques [58]. Ce concept a été démontré par Fodil et al. avec une analyse de l’écoulement des gaz avec différentes interfaces [68]. Notre hypothèse est que la part reliée à l’espace mort du masque est limitée et que l’impact des résistances est prédominant pour expliquer des indices d’efforts respiratoires et le stress respiratoire avec les masques. Pour conclure définitivement sur la part du rebreathing, il faudrait mieux analyser l’écoulement des gaz à l’inspiration et à l’expiration à l’intérieur du masque et en particulier du nose-cup.

Comparaisons des résistances respiratoires : à l’inhalation et l’exhalation

Dans notre évaluation des résistances sur banc, nous avons caractérisé les différentes composantes des résistances des masques, prenant le masque C4 comme objet d’étude. Notre méthodologie de mesures a été réalisée avec un banc de précision et avec des mesures reproductibles. Nous n’avons pas conduit les évaluations uniquement à 85 L/min, qui est la valeur retrouvée le plus souvent dans la littérature et la norme pour la mesure des résistances des masques à gaz [26, 40, 45-47]. Nous ne nous sommes pas limités à une seule valeur d’intérêt, nos mesures ayant été prises sur l’ensemble de la relation pression-débits de 0 à 2.5L/s (0 à 150L/min). Nous avons identifié quelques problèmes qui rendent difficiles les comparaisons de nos mesures avec les données de la littérature et des manufacturiers.

En premier lieu, les mesures des résistances présentées par le CDC, les manufacturiers et certains articles furent obtenues d’après une méthodologie impliquant une tête de mannequin et une machine

Dans le document Impact sur le travail respiratoire et les échanges gazeux pour l'utilisateur d'un masque à gaz (Page 122-155)