Ventilateur
Un ventilateur est un élément de technologie médicale qui fournit une ventilation mécanique en déplaçant l’Air respirable dans et hors des Poumons , pour fournir des respirations à un patient qui est physiquement incapable de respirer ou qui respire insuffisamment. Les ventilateurs sont des machines informatisées contrôlées par microprocesseur , mais les patients peuvent également être ventilés avec un simple masque à valve à poche manuelle . Les ventilateurs sont principalement utilisés en médecine de soins intensifs , soins à domicile et médecine d’urgence (en tant qu’unités autonomes) et en anesthésiologie (en tant que composant d’une machine d’anesthésie).
Ventilateur | |
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Le ventilateur Bird VIP Infant | |
Spécialité | Pneumologie |
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Les ventilateurs sont parfois appelés “respirateurs”, un terme couramment utilisé pour eux dans les années 1950 (en particulier le “respirateur Bird” ). Cependant, la terminologie hospitalière et médicale contemporaine utilise le mot « respirateur » pour désigner plutôt un masque facial qui protège les porteurs contre les substances dangereuses en suspension dans l’Air. [1]
Une fonction
Une configuration standard pour un ventilateur dans une chambre d’hôpital. Le ventilateur pousse de l’Air chaud et humide (ou de l’Air contenant davantage d’oxygène) vers le patient. L’Air expiré s’éloigne du patient.
Dans sa forme la plus simple, un ventilateur à pression positive moderne se compose d’un réservoir d’ Air compressible ou d’une turbine, d’alimentations en Air et en oxygène , d’un ensemble de vannes et de tubes et d’un “circuit patient” jetable ou réutilisable. Le réservoir d’Air est comprimé pneumatiquement plusieurs fois par minute pour fournir de l’Air ambiant ou, dans la plupart des cas, un mélange Air/oxygène au patient. Si une turbine est utilisée, la turbine pousse l’Air à travers le ventilateur, avec une soupape de débit ajustant la pression pour répondre aux paramètres spécifiques au patient. Lorsqu’une surpression est relâchée, le patient expirera passivement en raison de l’ élasticité des Poumons , l’Air expiré étant généralement libéré par une valve unidirectionnelle dans le circuit patient appelée collecteur patient.
Les ventilateurs peuvent également être équipés de systèmes de surveillance et d’alarme pour les paramètres liés au patient (par exemple, la pression, le volume et le débit) et la fonction du ventilateur (par exemple, les fuites d’Air, les pannes de courant, les pannes mécaniques), les batteries de secours, les réservoirs d’oxygène et la télécommande . Le système pneumatique est aujourd’hui souvent remplacé par une turbopompe pilotée par ordinateur .
Les ventilateurs modernes sont contrôlés électroniquement par un petit système intégré pour permettre une adaptation exacte des caractéristiques de pression et de débit aux besoins de chaque patient. Des réglages précis du ventilateur permettent également de rendre la ventilation plus tolérable et confortable pour le patient. Au Canada et aux États-Unis, les Inhalothérapeutes sont responsables du réglage de ces paramètres, tandis que les technologues biomédicaux sont responsables de l’entretien. Au Royaume-Uni et en Europe, la gestion de l’interaction du patient avec le ventilateur est effectuée par des infirmières en soins intensifs.
Le circuit patient se compose généralement d’un ensemble de trois tubes en plastique durables mais légers, séparés par fonction (par exemple, Air inhalé, pression du patient, Air expiré). Déterminé par le type de ventilation nécessaire, l’extrémité patient du circuit peut être non invasive ou invasive.
Les méthodes non invasives, telles que la pression positive continue (CPAP) et la ventilation non invasive , qui conviennent aux patients qui ont besoin d’un ventilateur uniquement pendant leur sommeil et leur repos, utilisent principalement un masque nasal. Les méthodes invasives nécessitent une intubation , qui, pour une dépendance à long terme au ventilateur, sera normalement une canule de trachéotomie , car elle est beaucoup plus confortable et pratique pour les soins de longue durée que l’intubation du larynx ou nasale.
Système vital
Parce qu’une défaillance peut entraîner la mort, les systèmes de ventilation mécanique sont classés comme des systèmes vitaux , et des précautions doivent être prises pour s’assurer qu’ils sont très fiables, y compris leur alimentation électrique . L’insuffisance ventilatoire est l’incapacité de maintenir un taux suffisant d’élimination du CO 2 pour maintenir un pH stable sans assistance mécanique, fatigue musculaire ou dyspnée intolérable. [2] Les ventilateurs mécaniques sont donc soigneusement conçus pour qu’aucun point de défaillance ne puisse mettre en danger le patient. Ils peuvent avoir des mécanismes de secours manuels pour permettre la respiration manuelle en l’absence d’alimentation (comme le ventilateur mécanique intégré dans une machine d’anesthésie). Ils peuvent également avoir des soupapes de sécurité, qui s’ouvrent à l’atmosphère en l’absence d’alimentation pour agir comme une soupape anti-suffocation pour la respiration spontanée du patient. Certains systèmes sont également équipés de réservoirs de gaz comprimé, de compresseurs d’Air ou de batteries de secours pour assurer la ventilation en cas de panne de courant ou d’alimentation en gaz défectueuse, et de méthodes pour fonctionner ou appeler à l’aide si leurs mécanismes ou logiciels échouent. [3] Les pannes de courant, comme lors d’une catastrophe naturelle, peuvent créer une urgence potentiellement mortelle pour les personnes utilisant des ventilateurs dans un établissement de soins à domicile. [4] La puissance de la batterie peut être suffisante pour une brève perte d’électricité, mais des pannes de courant plus longues peuvent nécessiter d’aller à l’hôpital. [4]
Histoire
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L’histoire de la ventilation mécanique commence avec diverses versions de ce qu’on a fini par appeler le poumon de fer , une forme de ventilateur à pression négative non invasif largement utilisé lors des épidémies de Poliomyélite du XXe siècle après l’introduction du « respirateur buveur » en 1928, des améliorations introduites. par John Haven Emerson en 1931, [5] et le respirateur Both en 1937. D’autres formes de ventilateurs non invasifs, également largement utilisés pour les patients atteints de Poliomyélite, comprennent la Ventilation biphasique de la cuirasse , le lit à bascule et les machines à pression positive plutôt primitives. [5]
En 1949, John Haven Emerson a développé un assistant mécanique pour l’anesthésie avec la coopération du département d’anesthésie de l’Université de Harvard . Les ventilateurs mécaniques ont commencé à être de plus en plus utilisés en anesthésie et en soins intensifs au cours des années 1950. Leur développement a été stimulé à la fois par la nécessité de traiter les patients atteints de Poliomyélite et par l’utilisation croissante de relaxants musculaires pendant l’anesthésie. Les médicaments relaxants paralysent le patient et améliorent les conditions opératoires pour le chirurgien mais paralysent également les muscles respiratoires. En 1953 , Bjørn Aage Ibsen a créé ce qui est devenu la première unité de soins intensifs médicaux/chirurgicaux au monde utilisant des relaxants musculaires et une ventilation contrôlée. [6]
Un modèle de respirateur East-Radcliffe du milieu du XXe siècle
Au Royaume-Uni, les modèles East Radcliffe et Beaver en sont les premiers exemples. Le premier utilisait un engrenage de moyeu de vélo Sturmey-Archer pour fournir une gamme de vitesses, et le second un moteur d’ essuie-glace automobile pour entraîner le soufflet utilisé pour gonfler les Poumons. [7] Les moteurs électriques étaient cependant un problème dans les blocs opératoires de cette époque, car leur utilisation provoquait un risque d’explosion en présence d’anesthésiques inflammables tels que l’éther et le cyclopropane . En 1952, Roger Manley du Westminster Hospital, Londres, a développé un ventilateur entièrement à gaz et est devenu le modèle le plus populaire utilisé en Europe. C’était un design élégant et est devenu un grand favori des anesthésistes européens pendant quatre décennies, avant l’introduction de modèles contrôlés par l’électronique. Il était indépendant de l’alimentation électrique et ne présentait aucun risque d’explosion. L’unité originale Mark I a été développée pour devenir le Manley Mark II en collaboration avec la société Blease, qui a fabriqué plusieurs milliers de ces unités. Son principe de fonctionnement était très simple, un flux de gaz entrant était utilisé pour soulever un soufflet lesté, qui tombait par intermittence sous l’effet de la gravité, forçant les gaz respiratoires dans les Poumons du patient. La pression de gonflage pouvait être modifiée en faisant glisser le poids mobile sur le dessus du soufflet. Le volume de gaz délivré était réglable à l’aide d’un curseur incurvé, ce qui limitait l’excursion du soufflet. La pression résiduelle après la fin de l’expiration était également configurable, à l’aide d’un petit bras lesté visible en bas à droite du panneau avant. Il s’agissait d’une unité robuste et sa disponibilité a encouragé l’introduction de techniques de Ventilation à pression positive dans la pratique anesthésique européenne traditionnelle.
La sortie en 1955 du “Bird Universal Medical Respirator” de Forrest Bird aux États-Unis a changé la façon dont la ventilation mécanique était effectuée, la petite boîte verte devenant un équipement médical familier. [8] L’unité a été vendue sous le nom de respirateur Bird Mark 7 et officieusement appelée “Bird”. C’était un appareil pneumatique et ne nécessitait donc aucune source d’ alimentation électrique pour fonctionner.
En 1965, le respirateur d’urgence de l’armée a été développé en collaboration avec les laboratoires Harry Diamond (qui font maintenant partie du laboratoire de recherche de l’armée américaine ) et le Walter Reed Army Institute of Research . Sa conception intègre le principe de l’amplification des fluides afin de régir les fonctions pneumatiques. L’amplification des fluides a permis au respirateur d’être fabriqué entièrement sans pièces mobiles, mais capable de fonctions de réanimation complexes. [9] L’élimination des pièces mobiles a augmenté la fiabilité des performances et réduit la maintenance. [10] Le masque est composé d’un poly(méthacrylate de méthyle) (commercialement connu sous le nom de Lucite) bloc, de la taille d’un jeu de cartes environ, avec des canaux usinés et une plaque de recouvrement cimentée ou vissée. [11] La réduction des pièces mobiles réduit les coûts de fabrication et augmente la durabilité. [dix]
La conception de l’amplificateur de fluide bistable a permis au respirateur de fonctionner à la fois comme assistant respiratoire et comme contrôleur. Il pourrait automatiquement effectuer une transition fonctionnelle entre l’assistant et le contrôleur, en fonction des besoins du patient. [11] [10] La pression dynamique et le jet de gaz turbulent de l’inspiration à l’expiration ont permis au respirateur de se synchroniser avec la respiration du patient. [12]
Les environnements de soins intensifs du monde entier ont révolutionné en 1971 l’introduction du premier ventilateur SERVO 900 (Elema-Schönander), construit par Björn Jonson . C’était un petit ventilateur électronique silencieux et efficace, avec le fameux système de rétroaction SERVO contrôlant ce qui avait été réglé et régulant la livraison. Pour la première fois, la machine pouvait fournir le volume défini en ventilation à volume contrôlé.
Les ventilateurs utilisés sous surpression (hyperbare) nécessitent des précautions particulières, et peu de ventilateurs peuvent fonctionner dans ces conditions. [13] En 1979, Sechrist Industries a présenté son ventilateur modèle 500A, qui a été spécialement conçu pour être utilisé avec des chambres hyperbares . [14]
Ventilateurs à microprocesseur
Le Contrôle par microprocesseur a conduit à la troisième génération de ventilateurs pour unités de soins intensifs (USI), à commencer par le Dräger EV-A [15] en 1982 en Allemagne qui permettait de suivre la courbe respiratoire du patient sur un moniteur LCD . Un an plus tard, Puritan Bennett 7200 et Bear 1000, SERVO 300 et Hamilton Veolar ont suivi au cours de la décennie suivante. Les Microprocesseurs permettent une administration et une surveillance personnalisées des gaz, ainsi que des mécanismes d’administration des gaz beaucoup plus réactifs aux besoins des patients que les générations précédentes de ventilateurs mécaniques. [16]
Ventilateurs open source
Un ventilateur open source est un ventilateur en cas de catastrophe fabriqué à l’aide d’une conception sous licence libre et, idéalement, de composants et de pièces librement disponibles. Les conceptions, les composants et les pièces peuvent aller de la rétro-ingénierie complète à des créations entièrement nouvelles, les composants peuvent être des adaptations de divers produits existants peu coûteux, et des pièces spéciales difficiles à trouver et/ou coûteuses peuvent être imprimées en 3D au lieu d’être achetées. [17] [18]
Au cours de la pandémie de COVID-19 2019-2020 , divers types de ventilateurs ont été envisagés. Les décès causés par le COVID-19 sont survenus lorsque les personnes les plus gravement infectées souffrent du syndrome de détresse respiratoire aiguë , une inflammation généralisée des Poumons qui altère la capacité des Poumons à absorber l’oxygène et à expulser le dioxyde de carbone. Ces patients ont besoin d’un ventilateur capable de continuer à respirer.
Parmi les ventilateurs qui pourraient être amenés dans la lutte contre le COVID-19, il y a eu de nombreuses inquiétudes. Ceux-ci incluent la disponibilité actuelle, [19] [20] le défi de fabriquer des ventilateurs plus nombreux et à moindre coût, [21] l’efficacité, [22] la conception fonctionnelle , la sécurité, [23] [24] la portabilité, [25] l’adéquation aux nourrissons, [ 26] affectation pour traiter d’autres maladies, [27] et formation des opérateurs. [28] Le déploiement de la meilleure combinaison possible de ventilateurs peut sauver le plus de vies.
Bien qu’il ne soit pas officiellement open source, le ventilateur Ventec V+ Pro a été développé en avril 2020 dans le cadre d’un effort partagé entre Ventec Life Systems et General Motors , pour fournir un approvisionnement rapide de 30 000 ventilateurs capables de traiter les patients atteints de COVID-19. [29] [30]
Un effort de conception mondial majeur a commencé pendant la pandémie de coronavirus 2019-2020 après le lancement d’un projet Hackaday , [31] [ source non primaire nécessaire ] afin de répondre aux pénuries attendues de ventilateurs entraînant un taux de mortalité plus élevé chez les patients graves.
Le 20 mars 2020, le service de santé irlandais [32] a commencé à revoir les conceptions. [33] Un prototype est conçu et testé en Colombie . [34]
La société polonaise Urbicum rapporte des tests réussis [35] d’un prototype d’appareil open source imprimé en 3D appelé VentilAid. Les fabricants le décrivent comme un appareil de dernier recours lorsque l’équipement professionnel fait défaut. La conception est accessible au public. [36] Le premier prototype Ventilaid nécessite de l’Air comprimé pour fonctionner.
Le 21 mars 2020, le New England Complex Systems Institute (NECSI) a commencé à tenir à jour une liste stratégique des conceptions open source en cours d’élaboration. [37] [38] Le projet NECSI prend en compte la capacité de fabrication, la sécurité médicale et la nécessité de traiter les patients dans diverses conditions, la vitesse de traitement des questions juridiques et politiques, la logistique et l’approvisionnement. [39] NECSI est composé de scientifiques de Harvard et du MIT et d’autres qui ont une compréhension des pandémies, de la médecine, des systèmes, des risques et de la collecte de données. [39]
Le Bakken Medical Device Center de l’Université du Minnesota a lancé une collaboration avec diverses entreprises pour mettre sur le marché une alternative de ventilateur qui fonctionne comme un robot à un bras et remplace le besoin de ventilation manuelle dans les situations d’urgence. Le dispositif Coventor a été développé en très peu de temps et approuvé le 15 avril 2020 par la FDA , seulement 30 jours après la conception. Le ventilateur mécanique est conçu pour être utilisé par des professionnels de la santé formés dans les unités de soins intensifset facile à utiliser. Il a une conception compacte et est relativement peu coûteux à fabriquer et à distribuer. Le coût n’est que d’environ 4% d’un ventilateur normal. De plus, ce dispositif ne nécessite pas d’apport d’oxygène ou d’Air sous pression, comme c’est normalement le cas. Une première série est fabriquée par Boston Scientific . Les plans doivent être librement accessibles en ligne au grand public sans redevances. [40] [41]
Pandémie de covid-19
La pandémie de COVID-19 a entraîné des pénuries de biens et services essentiels – des désinfectants pour les mains aux masques en passant par les lits et les ventilateurs. [ citation nécessaire ] Les pays du monde entier ont connu des pénuries de ventilateurs. [42] En outre, cinquante-quatre gouvernements, dont beaucoup en Europe et en Asie, ont imposé des restrictions sur les exportations de fournitures médicales en réponse à la pandémie de coronavirus. [43]
Les capacités de production et de distribution de ventilateurs invasifs et non invasifs varient selon les pays. Au cours de la phase initiale de la pandémie, la Chine a accéléré sa production de ventilateurs, obtenu de grandes quantités de dons d’entreprises privées et augmenté considérablement les importations de dispositifs médicaux dans le monde. En conséquence, le pays a accumulé un réservoir de ventilateurs tout au long de la pandémie à Wuhan. L’Europe occidentale et les États-Unis, qui surclassent la Chine dans leurs capacités de production, ont subi une pénurie d’approvisionnement en raison des flambées soudaines et dispersées sur les continents nord-américain et européen. Enfin, l’Asie centrale , l’ Afrique et l’Amérique latine, qui dépendent presque entièrement de l’importation de ventilateurs, ont souffert de graves pénuries d’approvisionnement. [ citation nécessaire ]
Les responsables des politiques de santé ont rencontré de sérieux défis pour estimer le nombre de ventilateurs nécessaires et utilisés pendant la pandémie. Lorsque les données ne sont souvent pas disponibles pour les ventilateurs en particulier, des estimations sont parfois faites en fonction du nombre de lits disponibles dans les unités de soins intensifs , qui contiennent souvent des ventilateurs. [44]
États-Unis
En 2006, le président George W. Bush a signé le Pandemic and All-Hazards Preparedness Act , qui a créé la Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA) au sein du Département américain de la santé et des services sociaux . En prévision d’une éventuelle épidémie de maladies respiratoires, le bureau nouvellement créé a attribué un contrat de 6 millions de dollars à Newport Medical Instruments , une petite entreprise californienne, pour fabriquer 40 000 ventilateurs pour moins de 3 000 dollars pièce. En 2011, Newport a envoyé trois prototypes aux Centers for Disease Control . En 2012, Covidien, un fabricant de dispositifs médicaux de 12 milliards de dollars par an, qui fabriquait des ventilateurs concurrents plus chers, a acheté Newport pour 100 millions de dollars. Covidien a retardé et en 2014 annulé le contrat.
BARDA a recommencé avec une nouvelle société, Philips , et en juillet 2019, la FDA a approuvé le ventilateur Philips, et le gouvernement a commandé 10 000 ventilateurs pour livraison à la mi-2020. [45]
Le 23 avril 2020, la NASA a annoncé la construction, en 37 jours, d’un ventilateur COVID-19 réussi, nommé VITAL (“Ventilator Intervention Technology Accessible Locally”). Le 30 avril, la NASA a signalé avoir reçu une approbation accélérée pour une utilisation d’urgence par la Food and Drug Administration des États-Unis pour le nouveau ventilateur. [46] [47] [48] Le 29 mai, la NASA a signalé que huit fabricants avaient été sélectionnés pour fabriquer le nouveau ventilateur. [49]
Ventilateur NASA VITAL Équipe d’ingénierie Vue de face Vue de côté Piles de prototypes de ventilateurs
Canada
Le 7 avril 2020, le premier ministre Justin Trudeau a annoncé que le gouvernement fédéral canadien s’approvisionnerait en milliers de ventilateurs « fabriqués au Canada ». Un certain nombre d’organisations ont répondu de partout au pays. [50] Ils ont livré une grande quantité de ventilateurs au Stock stratégique national d’urgence. D’ouest en est, les entreprises comprennent Canadian Emergency Ventilators Inc, Bayliss Medical Inc, Thornhill Medical, Vexos Inc et CAE Inc.
Voir également
- Ventilation artificielle
- Poumon de fer (ventilateur de réservoir)
- Ventilateur liquide
- Matériel open source
- Thérapie respiratoire
- Expérience à deux ballons
- Liste des fabricants de ventilateurs
- Robert Martensen
- Joseph Stoddard
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Liens externes
- Médias liés aux ventilateurs sur Wikimedia Commons
- La définition du dictionnaire de ventilateur au Wiktionnaire