© Masson, Paris. Ann Fr Anesth Reanim, 11 : 363-369, 1992
ARTICLE ORIGINAL
Mod lisation physique de I'anesth sie par inhalation Physical modelling of inhalational anaesthesia M.H. RENAUDIN *, H. DERIAZ **, A. MONNOT*, A. LIENHART** *L'Air Liquide, Centre de Recherche Claude-Delorme, BP 126, Les Loges-en-Josas, 78350 Jouy-en-Josas. ** Departement d'Anesth6sie-Reanimation, HOpital Saint-Antoine, 184, rue du Faubourg Saint-Antoine, 75571 Paris Cedex 12
RI~SUM#: Un mod61e physique de simulation de l'anesth6sie par inhalation est pr6sent6. Sch6matiquement, le respirateur est connect6 h un manom6tre ?a eau. Un courant gazeux est retir6 de la portion a6rienne du manom6tre au moyen d'une pompe ~ d6bit constant. Le d6bit est r6parti au moyen de valves et de pompes vers trois ~ capacit6s ~. La premi6re n'est remplie que d'air et simule le poumon ; les dcux autres sont remplies d'huile d'olive et simulent les capacit6s ~, visc6rale r, et ~ musculaire ~. L'halothane, l'enflurane et l'isoflurane sont administr6s au module, ~ une concentration de 1 vol %. Les valeurs observ6es du rapport FA/Fj. sont compar6es ~t celles que fournit une simulation num6rique, avec diff6rentes valeurs de d6bit cardiaque et de ventilation alv6olaire. L'accord est satisfaisant, sans qu'il soit n6cessaire d'utiliser des coefficients de correction. Un tel mod61e physique est destin6 h tester les nouvelles modalit6s d'administration des agents anesth6siques par inhalation. Mots-cl6s : ANESTH12S1E (TECHNIQUES): anesthdsie par inhalation ; ANESTHI~S1QUES (VOLATILS) : enflurane, halothane, isoflurane ; PHARMACOCINI~T1QUE : moddlisation.
INTRODUCTION L a mod61isation m a t h 6 m a t i q u e vise h e x p l i q u e r des p h 6 n o m ~ n e s o b s e r v 6 s et ~ p r 6 v o i r les r 6 p e r cussions d ' u n c h a n g e m e n t de p a r a m ~ t r e . D e p u i s plus d e 40 ans, l ' a d m i n i s t r a t i o n d e gaz ou v a p e u r s a fait l ' o b j e t d ' u n e telle mod61isation [6]. A i n s i il est c o n n u q u e les f a c t e u r s qui g o u v e r n e n t la p h a r m a c o c i n 6 t i q u e des agents par. i n h a l a t i o n s o n t princ i p a l e m e n t , p o u r un a g e n t a n e s t h 6 s i q u e d o n n 6 , sa solubilit6 d a n s les tissus et n o t a m m e n t d a n s le sang, e l l e - m 6 m e l a r g e m e n t f o n c t i o n d e sa solubilit6 d a n s l ' h u i l e [5, 7]. L a p h a r m a c o c i n 6 t i q u e d 6 p e n d a v a n t tout du d6bit c a r d i a q u e et d e la v e n t i l a t i o n alv6olaire de c h a q u e i n d i v i d u [5, 7]. L e s p a r a m 6 t r e s qui d 6 c r i v e n t c e t t e p h a r m a c o c i n 6 t i q u e et qui p e u v e n t d 6 s o r m a i s 6tre o b t e n u s grgtce l ' i n f o r m a t i q u e [3-5, 12] o n t d a n s l ' e n s e m b l e 6t6 valid6s p a r l ' i n v e s t i g a t i o n clinique [2]. L a p h a r m a c o c i n 6 t i q u e des agents a n e s t h 6 s i q u e s p a r i n h a l a t i o n p e u t ainsi 6tre d6crite en t e r m e s d e p s e u d o - p l a t e a u ( v a l e u r ne v a r i a n t p r a t i q u e m e n t plus d u r a n t le t e m p s de l ' a n e s t h 6 s i e ) et d e d61ai p o u r o b t e n i r ce q u a s i - 6 q u i l i b r e [7]. C e p e n d a n t , si ces n o t i o n s p e r m e t t e n t de p r 6 v o i r d ' u n e fa~on tr~s g6n6rale et abstraite,les cons6quences d'un changement de p a r a m 6 t r e , elles ne p e r m e t t e n t pas d e p r o c 6 d e r des v6rifications concr6tes de m a t d r i e l d a n s des
Re~u le 8 octobre 1991, accept6 apr6s r6vision le 7 janyier 1992.
c o n d i t i o n s p r o c h e s d e la clinique. L e u r r e p r 6 s e n t a tion p h y s i q u e visait e s s e n t i e l l e m e n t ~ en faciliter la c o m p r 6 h e n s i o n et l ' e n s e i g n e m e n t , c o m m e d a n s le m o d u l e de MAPLESON [11]. Plus r 6 c e m m e n t , une a u t r e a p p l i c a t i o n d e ces c o n n a i s s a n c e s a 6t6 p r o p o s 6 e p a r LOUGHLIN et coll. [8]. I1 s ' a g i t d e la r6alisation d e mod61es p h y s i q u e s d a n s lesquels les c o m p a r t i m e n t s tissulaires s o n t simul6s p a r des r6cipients c o n t e n a n t de l ' h u i l e d ' o l i v e , et le d 6 b i t c a r d i a q u e p a r u n e c i r c u lation d ' a i r . L ' a v a n t a g e d e tels mod61es p h y s i q u e s est d e p e r m e t t r e d e t e s t e r ~t loisir, in vitro, les syst6mes d ' a d m i n i s t r a t i o n des agents a n e s t h 6 s i q u e s p a r i n h a l a t i o n , a v a n t l ' 6 t a p e a n i m a l e , e t a fortiori a v a n t l ' 6 t a p e clinique. L e b u t de c e t t e 6 t u d e est d e v a l i d e r un tel mod61e p h y s i q u e , en c o m p a r a n t les r6sultats o b t e n u s aux d o n n 6 e s de la l i t t 6 r a t u r e . MATERIEL ET M#THODES Dans le mod61e physique 6tudi6, l'organisme est r6duit aux 616ments suivants (fig. 1) : - - u n ,~ poumon ,, ou un 6changeur gazeux, sous la forme d'un manom6tre ~ eau, permettant de simuler la compliance pulmonaire lots de la ventilation contr616e, la capacit6 r6siduelle fonctionnelle (CRF), le volume mort et la r6sistance des voies a6riennes. La ventilation alv6olaire ('QA) est eonsid6r6e 6gale h la ventilation d61ivr6e par le respirateur ;
Tires a part: A. Lienhart
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M.H. RENAUDIN ET COLL.
ventilateur .~,_, analyseuP"~mP- ..-.
Ell
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"- ~ _ ~
manom~tre ~ eau
GM
J J
\
J J
turbine soufflante
\
vanne de r~glage
\
capteur diffdrentiel
Fig. 1. - - ReprEsentation schEmatique du module physique. L e m a n o m ~ t r e ~ eau simule la compliance pulmonaire (diffErence de niveau d'eau) et la CRF. Les turbines soufflantes mobilisent un courant gazeux au travers de canalisations vers des reservoirs, soit vide (GP simulant le p o u m o n ) , soit contenant de l'huile d'olive ( G M et G V simulant les groupes musculaire et visceral). La puissance des turbines est constante, mais le debit gazeux gEnEr6 est modifiE par des vannes rEglables. U n capteur de pression permet de contrEler la stabilitE au cours du t e m p s des valeurs dEsirEes de debit.
- - trois ~
ARTICLE ORIGINAL
Mod lisation physique de I'anesth sie par inhalation Physical modelling of inhalational anaesthesia M.H. RENAUDIN *, H. DERIAZ **, A. MONNOT*, A. LIENHART** *L'Air Liquide, Centre de Recherche Claude-Delorme, BP 126, Les Loges-en-Josas, 78350 Jouy-en-Josas. ** Departement d'Anesth6sie-Reanimation, HOpital Saint-Antoine, 184, rue du Faubourg Saint-Antoine, 75571 Paris Cedex 12
RI~SUM#: Un mod61e physique de simulation de l'anesth6sie par inhalation est pr6sent6. Sch6matiquement, le respirateur est connect6 h un manom6tre ?a eau. Un courant gazeux est retir6 de la portion a6rienne du manom6tre au moyen d'une pompe ~ d6bit constant. Le d6bit est r6parti au moyen de valves et de pompes vers trois ~ capacit6s ~. La premi6re n'est remplie que d'air et simule le poumon ; les dcux autres sont remplies d'huile d'olive et simulent les capacit6s ~, visc6rale r, et ~ musculaire ~. L'halothane, l'enflurane et l'isoflurane sont administr6s au module, ~ une concentration de 1 vol %. Les valeurs observ6es du rapport FA/Fj. sont compar6es ~t celles que fournit une simulation num6rique, avec diff6rentes valeurs de d6bit cardiaque et de ventilation alv6olaire. L'accord est satisfaisant, sans qu'il soit n6cessaire d'utiliser des coefficients de correction. Un tel mod61e physique est destin6 h tester les nouvelles modalit6s d'administration des agents anesth6siques par inhalation. Mots-cl6s : ANESTH12S1E (TECHNIQUES): anesthdsie par inhalation ; ANESTHI~S1QUES (VOLATILS) : enflurane, halothane, isoflurane ; PHARMACOCINI~T1QUE : moddlisation.
INTRODUCTION L a mod61isation m a t h 6 m a t i q u e vise h e x p l i q u e r des p h 6 n o m ~ n e s o b s e r v 6 s et ~ p r 6 v o i r les r 6 p e r cussions d ' u n c h a n g e m e n t de p a r a m ~ t r e . D e p u i s plus d e 40 ans, l ' a d m i n i s t r a t i o n d e gaz ou v a p e u r s a fait l ' o b j e t d ' u n e telle mod61isation [6]. A i n s i il est c o n n u q u e les f a c t e u r s qui g o u v e r n e n t la p h a r m a c o c i n 6 t i q u e des agents par. i n h a l a t i o n s o n t princ i p a l e m e n t , p o u r un a g e n t a n e s t h 6 s i q u e d o n n 6 , sa solubilit6 d a n s les tissus et n o t a m m e n t d a n s le sang, e l l e - m 6 m e l a r g e m e n t f o n c t i o n d e sa solubilit6 d a n s l ' h u i l e [5, 7]. L a p h a r m a c o c i n 6 t i q u e d 6 p e n d a v a n t tout du d6bit c a r d i a q u e et d e la v e n t i l a t i o n alv6olaire de c h a q u e i n d i v i d u [5, 7]. L e s p a r a m 6 t r e s qui d 6 c r i v e n t c e t t e p h a r m a c o c i n 6 t i q u e et qui p e u v e n t d 6 s o r m a i s 6tre o b t e n u s grgtce l ' i n f o r m a t i q u e [3-5, 12] o n t d a n s l ' e n s e m b l e 6t6 valid6s p a r l ' i n v e s t i g a t i o n clinique [2]. L a p h a r m a c o c i n 6 t i q u e des agents a n e s t h 6 s i q u e s p a r i n h a l a t i o n p e u t ainsi 6tre d6crite en t e r m e s d e p s e u d o - p l a t e a u ( v a l e u r ne v a r i a n t p r a t i q u e m e n t plus d u r a n t le t e m p s de l ' a n e s t h 6 s i e ) et d e d61ai p o u r o b t e n i r ce q u a s i - 6 q u i l i b r e [7]. C e p e n d a n t , si ces n o t i o n s p e r m e t t e n t de p r 6 v o i r d ' u n e fa~on tr~s g6n6rale et abstraite,les cons6quences d'un changement de p a r a m 6 t r e , elles ne p e r m e t t e n t pas d e p r o c 6 d e r des v6rifications concr6tes de m a t d r i e l d a n s des
Re~u le 8 octobre 1991, accept6 apr6s r6vision le 7 janyier 1992.
c o n d i t i o n s p r o c h e s d e la clinique. L e u r r e p r 6 s e n t a tion p h y s i q u e visait e s s e n t i e l l e m e n t ~ en faciliter la c o m p r 6 h e n s i o n et l ' e n s e i g n e m e n t , c o m m e d a n s le m o d u l e de MAPLESON [11]. Plus r 6 c e m m e n t , une a u t r e a p p l i c a t i o n d e ces c o n n a i s s a n c e s a 6t6 p r o p o s 6 e p a r LOUGHLIN et coll. [8]. I1 s ' a g i t d e la r6alisation d e mod61es p h y s i q u e s d a n s lesquels les c o m p a r t i m e n t s tissulaires s o n t simul6s p a r des r6cipients c o n t e n a n t de l ' h u i l e d ' o l i v e , et le d 6 b i t c a r d i a q u e p a r u n e c i r c u lation d ' a i r . L ' a v a n t a g e d e tels mod61es p h y s i q u e s est d e p e r m e t t r e d e t e s t e r ~t loisir, in vitro, les syst6mes d ' a d m i n i s t r a t i o n des agents a n e s t h 6 s i q u e s p a r i n h a l a t i o n , a v a n t l ' 6 t a p e a n i m a l e , e t a fortiori a v a n t l ' 6 t a p e clinique. L e b u t de c e t t e 6 t u d e est d e v a l i d e r un tel mod61e p h y s i q u e , en c o m p a r a n t les r6sultats o b t e n u s aux d o n n 6 e s de la l i t t 6 r a t u r e . MATERIEL ET M#THODES Dans le mod61e physique 6tudi6, l'organisme est r6duit aux 616ments suivants (fig. 1) : - - u n ,~ poumon ,, ou un 6changeur gazeux, sous la forme d'un manom6tre ~ eau, permettant de simuler la compliance pulmonaire lots de la ventilation contr616e, la capacit6 r6siduelle fonctionnelle (CRF), le volume mort et la r6sistance des voies a6riennes. La ventilation alv6olaire ('QA) est eonsid6r6e 6gale h la ventilation d61ivr6e par le respirateur ;
Tires a part: A. Lienhart
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Fig. 1. - - ReprEsentation schEmatique du module physique. L e m a n o m ~ t r e ~ eau simule la compliance pulmonaire (diffErence de niveau d'eau) et la CRF. Les turbines soufflantes mobilisent un courant gazeux au travers de canalisations vers des reservoirs, soit vide (GP simulant le p o u m o n ) , soit contenant de l'huile d'olive ( G M et G V simulant les groupes musculaire et visceral). La puissance des turbines est constante, mais le debit gazeux gEnEr6 est modifiE par des vannes rEglables. U n capteur de pression permet de contrEler la stabilitE au cours du t e m p s des valeurs dEsirEes de debit.
- - trois ~
