20 Monitorage du gaz carbonique expiré télé-expiratoire (PetCO₂)

Définition

PaCO₂ : valeur de la pression partielle en CO₂ dans le sang artériel.

PACO₂ : valeur de la pression partielle en CO₂ au niveau des alvéoles pulmonaires en fin d’expiration.

PetCO₂ (= EtCO₂) : valeur de la pression partielle en CO₂ au niveau du site de prélèvement (sonde trachéale ou filtre humidificateur) en fin d’expiration (reflétant la concentration de CO₂ dans les alvéoles en fin d’expiration juste avant l’inspiration).

FetCO₂ : mesure du CO₂ exprimée en concentration fractionnelle.

P[a-et]CO₂ : différence de pressions en CO₂ entre le sang artériel et l’air contenu dans les alvéoles en fin d’expiration.

EtCO₂ (End tidal CO₂) = concentration maximale de CO₂ en fin d’expiration.

Capnométrie (= analyse quantitative) : mesure continue de la concentration en gaz carbonique expiré (PetCO₂) dans le gaz du circuit respiratoire avec affichage numérique (valeur inspiratoire et pic de fin d’expiration pour chaque cycle ventilatoire sous forme digitalisée).

Capnomètre : appareil qui permet la mesure et l’affichage de la concentration maximale en CO₂ dans les gaz inspirés et expirés. Sa mesure suppose un recueil continu par échantillonnage des gaz au niveau de la sonde d’intubation ou du filtre humidificateur.

Capnographie (= analyse qualitative) : enregistrement et affichage graphique sous forme d’une courbe (capnogramme) des variations de la concentration en CO₂ dans les gaz respiratoires au cours du cycle respiratoire complet :

• soit par défilement de la courbe à vitesse rapide permettant l’analyse de la courbe de capnie ;

• soit par défilement à vitesse lente destiné à l’affichage des tendances.

Capnogramme : courbe qui représente sur une échelle temporelle les valeurs mesurées de CO₂ expiré. Signal analogique comprenant deux parties : inspiratoire et expiratoire.

Attention

Les concentrations expirées en CO₂ sont mesurées par un capnomètre, enregistrées par un capnographe, et représentées par un capnogramme.

Principes physiologiques

CO₂ : produit du métabolisme cellulaire transporté par le sang et éliminé par les poumons.

Les trois déterminants de la pression télé-expiratoire en CO₂ (PetCO₂)

La production métabolique de CO₂ (= métabolisme oxydatif cellulaire).

Son transport vers les poumons par la circulation (sous la dépendance de la pression de perfusion systémique et du débit cardiaque).

Son élimination par la ventilation (modifiée par l’espace mort, la ventilation alvéolaire, l’écoulement des gaz au niveau bronchique et trachéal).

Conseil. Avoir en permanence à l’esprit que toutes les fonctions physiologiques impliquées dans la production, le transport et l’élimination du CO₂ sont susceptibles d’influencer la valeur de la PetCO₂.

Ventilation alvéolaire

= Déterminant essentiel de la PetCO₂.

En condition stable, en l’absence de modification de la production de CO₂ et du débit cardiaque, toute augmentation de la ventilation s’accompagne d’une diminution de la PetCO₂ et inversement. Dans ces conditions, la PetCO₂ peut être utile pour le réglage de la ventilation mécanique. N.B. : l’influence du régime alimentaire, jouant un rôle dans la quantité de CO₂ dégagée par le métabolisme (quotient respiratoire), est moins importante dans cette situation.

Dans des conditions physiologiques, l’air inspiré contient environ 0,3 % de CO₂ et l’air expiré 4 à 6 %.

La fraction ou la pression de fin d’expiration (FetCO₂ ou PetCO₂) est la valeur habituellement surveillée. Elle correspond à la fin du plateau alvéolaire (FetCO₂ = 5 à 5,5 % soit PetCO₂ = 36 à 39 mmHg).

Attention

La mesure de la concentration télé-expiratoire du CO₂ est exprimée soit :

• en concentration fractionnelle (FetCO₂) ;

• en pression partielle (PetCO₂) en mmHg ou kPa.

Le premier mode a l’avantage d’être indépendant de la pression barométrique (Pb), mais les effets des variations quotidiennes de la pression barométrique sur la valeur de la PCO₂ sont négligeables dans un endroit donné. N.B. : dans les gaz respiratoires saturés en vapeur d’eau et à 37 °C : PCO₂ = FCO₂ (Pb − 47 mmHg).

Estimation de PaCO₂ à partir de PetCO₂

En l’absence de troubles de la diffusion alvéolocapillaire, le gradient P[a-et]CO₂ est de 3 à 5 mmHg. Dans ce cas, la PetCO₂ permet une estimation de la PaCO₂.

Cependant, ce gradient n’est pas toujours prévisible et peut varier en fonction de la situation clinique chez un même malade.

La PetCO₂ ne peut donc pas remplacer la mesure directe de la PaCO₂ dans ces circonstances ou lorsque la PaCO₂ doit être ajustée précisément.

Le gradient P[a-et]CO₂ est expliqué par l’espace mort physiologique (VD) et toute variation de VD est bien corrélée à une modification de ce gradient. Ceci n’est valide que si la mesure de PetCO₂ reflète au mieux PACO₂, ce qui n’est plus le cas dès que la pente du plateau alvéolaire est élevée comme dans les pathologies pulmonaires obstructives (asthme, BPCO).

En pratique, une augmentation de P[a-et]CO₂ (pouvant aller jusqu’à 20–25 mmHg) est le fait de trois causes principales :

une anomalie du rapport ventilation/perfusion avec augmentation de l’espace mort physiologique (embolie pulmonaire, hypovolémie ou décubitus latéral) ;

certains modes de ventilation artificielle qui n’autorisent pas une vidange alvéolaire complète (jet ventilation à haute fréquence…) ;

un défaut d’échantillonnage du capnomètre (erreur de calibrage, fuite sur le circuit d’aspiration).

Hémodynamique et rapports ventilation–perfusion

La capnométrie permet une évaluation non invasive et rapide du débit sanguin pulmonaire, reflet du débit cardiaque sous réserve d’une fonction ventilatoire normale.

L’élimination du CO₂ par le système respiratoire est directement dépendante de la perfusion pulmonaire globale (et donc du débit cardiaque) et régionale, déterminée par la distribution des rapports ventilation–perfusion (VA/Q).

PetCO₂ est un bon indicateur de l’évolution du débit cardiaque en cas de défaillance circulatoire, quel que soit le mécanisme du bas débit cardiaque (septique, hypovolémique ou cardiogénique) :

en l’absence de défaillance ventilatoire aiguë ;

en condition de ventilation alvéolaire stable.

Une bonne corrélation entre la PetCO₂ et l’index cardiaque est notée lors d’une ventilation adaptée et constante.

En cas de diminution du débit cardiaque ou d’altération des rapports VA/Q, le gradient P[a-et]CO₂ augmente de telle façon que l’estimation de la PaCO₂ à partir de la PetCO₂ devient aléatoire.

Exemple : lors d’un arrêt circulatoire, on assiste à une diminution brutale de la PetCO₂ malgré le maintien d’une ventilation alvéolaire (arrêt cardiaque sous ventilation mécanique).

Matériel

Quatre méthodes différentes de mesure de la PetCO₂

Spectrophotométrie d’absorption infrarouge : technique la plus utilisée  + + + .

Spectrométrie de masse : technique de référence.

Spectrométrie à effet Raman : technique prometteuse, mais d’application encore limitée.

Colorimétrie.

Spectrophotométrie d’absorption infrarouge = analyseur de CO₂ à infrarouge

Principe : utilise la capacité du CO₂ à absorber la lumière infrarouge.

Un système optique permet de quantifier cette absorption qui est directement proportionnelle à la quantité de CO₂ contenue dans le mélange à analyser.

Ces équipements fournissent une courbe de capnogramme et la valeur télé-expiratoire de la pression de CO₂ (PetCO₂).

Les analyseurs de CO₂ à infrarouge se distinguent par leur site de mesure.

La mesure du CO₂ se fait soit par :

analyse de tout le flux de gaz qui traverse un capteur (mesure directe du flux système, non aspiratif ou main stream) ;

échantillonnage (système aspiratif ou side stream).

Capnomètre non aspiratif – main stream (figure 20.1a)

Mesure se faisant directement sur le flux gazeux du circuit ventilatoire permettant une lecture directe.

Cellule d’analyse placée entre la sonde d’intubation et le raccord en Y du circuit du ventilateur.

L’intubation du patient est nécessaire.

Figure 20.1 Schéma descriptif d’un capnomètre non aspiratif (A) et aspiratif (B).

Capnomètre aspiratif – side stream (figure 20.1b)

Un échantillon de gaz est aspiré par une pompe à vide dans l’appareil pour être analysé.

Cellule d’analyse de capnographie dans l’appareil et raccordée au circuit ventilatoire.

Débit dans la tubulure : 50 à 200 mL/min.

Permet de monitorer des patients intubés ou non.

Procédure de mise en place

Placer la cellule en série sur le circuit de ventilation mécanique, immédiatement à la sortie de la sonde d’intubation. N.B. : dans les deux systèmes, la mesure se fait entre le tube trachéal et la pièce en Y.

Procédure de mesure

Pour mesurer une concentration moyenne dans un échantillon de gaz expiré (FECO₂) ou en ventilation spontanée chez un malade non intubé, seuls les capnographes aspiratifs sont utilisables.

Effectuer un étalonnage de l’appareil avant chaque mesure et toutes les 24 heures en fonctionnement continu (indispensable) : selon les recommandations du constructeur soit en air ambiant, soit avec une cellule-test.

Nettoyer le capteur selon les recommandations du constructeur : l’interposition de sécrétions devant la cellule de capnographe nuit à la qualité de la mesure.

Remarque. Les capnomètres mesurent la concentration de CO₂ dans une gamme de 0 à 10 % (0 à 76 mmHg). La précision de la mesure avec un dispositif à infrarouge est d’environ ± 0,2 % dans cette gamme.

Quelle que soit la technique utilisée, la connexion du capnomètre sur le circuit doit s’effectuer le plus près possible de la sonde d’intubation, mais après le filtre bactérien, compte tenu des risques de contamination par des sécrétions bronchiques et ce, même s’il existe une modification modérée de la fiabilité de la mesure.

Protéger le capteur ou le cathéter aspiratif en incorporant un filtre échangeur de chaleur et d’humidité entre la sonde du malade et le point d’échantillonnage.

Importance du filtre car il permet d’absorber la vapeur d’eau : le placer en amont. N.B. : l’enregistrement du signal s’effectue à vitesse lente (10 mm/min) pour l’appréciation des tendances et/ou rapide (600 mm/min) pour l’analyse du signal.

Avantages et limites des deux capnomètres (tableau 20.1)

Tableau 20.1 Avantages et limites des deux capnomètres

	Avantages	Limites
Capnomètre aspiratif > (side stream)	Peu encombrant au site de prélèvement et pouvant se connecter directement sur le filtre antibactérien Utilisable même chez le patient non intubé (VS), connexion de la tubulure à la sonde nasale, même si l’on administre de l’oxygène Permet l’analyse de plusieurs gaz à la fois Appareil petit, compact, léger Facilité de connexion Utilisation facile, quelle que soit la position du sujet Temps de latence court Ne nécessite que peu d’entretien Appareil relativement fiable Stérilisation facile	Risque d’accumulation de sécrétions et d’eau dans le tube de prélèvement : expose au risque d’obstruction du capillaire par de l’eau de condensation et impose un déphasage obligé, lié au temps de transit du gaz vers l’analyseur. Solution : connecter le capillaire sur le versant amont du filtre, la texture spécifique (microporeuse) de ces capillaires réduisant le risque d’obstruction par de l’eau Délai de réponse de quelques secondes entre le prélèvement et le signal (1–3 s) Risque de mixage de plusieurs cycles respiratoires en cas de longueur excessive du tuyau de prélèvement Distorsion du signal liée à l’existence d’un échantillon et à son transport vers une chambre de mesure à distance, avec un risque d’obstruction de la tubulure d’analyse, de fuite Utilisation indispensable d’un débit d’aspiration supérieur à 150 L/min Impossibilité de mesurer l’oxygène Perte continue de gaz qui peut être significative lors de bas débit Accumulation d’eau avec risque d’erreurs sur la mesure du CO2 Risque d’interférence entre les gaz Déformation des capnogrammes chez les sujets de petite taille à respiration rapide
Capnomètre non aspiratif  (main stream)	Capnographe plus précis en cas de fréquence respiratoire élevée Mesure très rapide (100 ms) et sans distorsion de la concentration en CO2 Pas d’obstruction de tubulure d’analyse Aucune incidence des modifications d’humidité dans le circuit Pas de modification du capnogramme par dispersion des gaz	Dispositif encombrant Dispositif lourd ajoutant un poids à la sonde d’intubation Représente un espace mort non négligeable (augmentation de l’espace mort instrumental) Calibration souvent longue Sensible à la condensation de la vapeur d’eau sur son module optique Fragilité de la cellule Risque de déconnexion accrue Stérilisation difficile

Avantages et limites du monitorage de PetCO₂ (tableau 20.2)

Tableau 20.2 Avantages et limites de la mesure de PetCO₂

Avantages

Limites

Utilisation simple Permet de contrôler la ventilation en continu de façon non invasive Rapide à mettre en œuvre Limite le recours aux dosages des gaz du sang Fournit des informations sur la fréquence et l’amplitude de la respiration Précision plus grande que la SpO2 car la variation est instantanée Permet le diagnostic et la quantification précise de la tachypnée, de la bradypnée et surtout des arythmies ventilatoires Permet de préciser la fréquence, la durée, le type et le caractère expiratoire ou inspiratoire des pauses ventilatoires éventuelles Monitorage rapide de la réanimation de l’arrêt circulatoire

Difficultés d’interprétation de la PetCO2 chez des patients de réanimation présentant : – des modifications importantes de leur métabolisme de base – et/ou des troubles des rapports ventilation–perfusion en rapport avec leur pathologie pulmonaire ou des variations hémodynamiques N.B. : la capnométrie ne peut être utilisée, dans ces conditions, pour monitorer la PaCO2 de manière non invasive

Indications et contre-indications du monitorage de PetCO₂ (tableau 20.3)

Tableau 20.3 Indications et contre-indications du monitorage de PetCO₂

Indications

Contre-indications

Intubation : confirmation de la position endotrachéale de la sonde. N.B. : le capnographe devrait être utilisé pour toute intubation, qu’elle soit réalisée au bloc opératoire, en réanimation ou au service des urgences Détection d’une intubation sélective involontaire (soit lors de l’intubation trachéale, soit lors de la migration secondaire du tube) Surveillance de la stabilité du patient intubé/ventilé Vérification de la normoventilation : en cas de pathologie où la PaCO2 doit être contrôlée (ex. : HTIC). Surveillance du circuit de ventilation Détection rapide des débranchements du circuit de ventilation (notamment durant le transport du patient) ou d’une extubation accidentelle Arrêt cardiorespiratoire (témoin de l’efficacité d’une RCP) Détection précoce de l’embolie gazeuse ou pulmonaire Évaluation du degré d’obstruction bronchique Aide au réglage du ventilateur Détection de l’hyperthermie maligne

Relative : hypercapnie majeure nécessitant de réduire au maximum l’espace mort instrumental

Interprétation des résultats

Valeur normale PetCO₂

Sujet sain : de l’ordre de 5 à 6 % ou 35 à 37 mmHg.

Il existe un gradient entre PetCO₂ et PaCO₂ de :

1 à 2 mmHg chez le sujet sain aux poumons sains ;

5 mmHg chez le sujet sédaté en ventilation contrôlée :

• PaCO₂ = PACO₂ + (2–3 mmHg) = PetCO₂ + (3–5 mmHg),

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