Personnalisation de la ventilation sous ECMO : et si le R/I ratio était la clé ?

Question évaluée :

Le R/I ratio est-il concordant avec l’EIT pour déterminer la PEP optimale chez des patients atteints de SDRA sévère sous ECMO ?

Type d’étude :

Étude observationnelle prospective bicentrique, menée entre la réanimation médicale de la Pitié-Salpêtrière et l’unité de soins intensifs de chirurgie thoracique de l’hôpital de Pessac, en France.

Population étudiée :

Critères d’inclusion

• Patients intubés sous ECMO veino-veineuse (VV-ECMO) au cours de la première semaine d’ECMO

• Âge > 18 ans

• En SDRA

• Ventilation contrôlée sous sédation continue, avec ou sans curarisation

Critères d’exclusion

• Contre-indications à l’EIT : pacemaker, défibrillateur implantable, traumatisme thoracique ou médullaire, chirurgie thoracique récente

• Contre-indications aux PEP élevées : pneumothorax non drainé, fistule broncho-pleurale

• Instabilité hémodynamique sévère : PAS < 75 mmHg ou PAM < 65 mmHg malgré noradrénaline > 2 mg/h, et/ou FC < 50 bat/min

• Grossesse

• Volume courant < 2 mL/kg de poids prédit par la taille (PPT)

Méthodes :

Les patients inclus étaient initialement ventilés en mode pression-contrôlée, sous sédation continue par propofol et sufentanil. Une curarisation pouvait être utilisée si nécessaire. Tous étaient ventilés via un ventilateur Dräger V500 ou V800 (Dräger, Lübeck, Allemagne). L’enregistrement EIT a été réalisé à l’aide du moniteur PulmoVista (Dräger), connecté directement au ventilateur, permettant l’affichage et l’enregistrement synchronisé des signaux ventilatoires.

La recherche de la PEP optimale s’est déroulée en quatre étapes successives :

1. Détermination du volume courant « EOLIA » (VT-EOLIA)
   Les patients étaient ventilés selon les réglages du bras ECMO de l’étude EOLIA (1) : ventilation en pression-contrôlée avec PEP = 10 cmH₂O, pression motrice (ΔP) = 14 cmH₂O et fréquence = 10 cycles/min. 

Le volume courant obtenu (VT-EOLIA) était enregistré et utilisé pour l’ensemble des étapes suivantes.

2. Recherche de l’Airway Opening Pressure (AOP) :

À partir de cette étape, les patients étaient ventilés en mode volume-contrôlé, avec le VT réglé selon le VT-EOLIA déterminé à l’étape 1. Une insufflation à faible débit (5 L/min) avec une PEP de départ de 5 cmH₂O permettait d’obtenir une courbe pression-volume. 

3. Mesure du R/I ratio (recruitment-to-inflation ratio) :

Toujours en mode volume-contrôlé avec le VT-EOLIA, les patients étaient ventilés pendant 30 minutes avec une PEP de 15 cmH₂O (ou 10 cmH₂O au-dessus de l’AOP si présente, maximum 20 cmH₂O) et un débit de 60 L/min. Le R/I ratio était ensuite calculé à partir d’une manœuvre unique de baisse de PEP : 15 → 5 cmH₂O, ou AOP+10 (max 20) cmH₂O → AOP.

4. Épreuve de PEP (décrémentielle sous EIT) :

Après à nouveau 30 minutes de ventilation à PEP haute (20 cmH₂O), une épreuve décrémentielle était réalisée par paliers de –2 cmH₂O toutes les 2 minutes, jusqu’à 6 cmH₂O ou jusqu’à l’AOP. L’EIT permettait de déterminer la PEP optimale, définie comme le point d’équilibre entre collapsibilité et surdistension pulmonaire.

Objectifs :

• Principal : comparer la PEP optimale déterminée par l’EIT à celle prédite par le R/I ratio, en stratifiant ce dernier en tertiles (< 0,34 ; 0,34–0,54 ; > 0,54).

• Secondaires : identifier les seuils de R/I ratio permettant de définir les patients « hauts recruteurs » (candidats à une PEEP élevée en EIT), et analyser les relations entre le R/I ratio, les paramètres issus de l’EIT et certaines variables cliniques (IMC, jours de ventilation/ECMO, volume courant)

Résultats essentiels :

Soixante-quatre patients ont été screenés, 54 inclus dans l’étude. L’étiologie principale de SDRA était les pneumonies à COVID-19 (n=20, 37%) et les pneumonies bactériennes (n=19, 35%). Le VT « EOLIA» était de 4,8 (3,0–6,0) ml/Kg de PPT et la compliance de 21 (13–27) ml/cmH2O. Une AOP était retrouvée chez 13 patients (24%), avec une médiane de 11 (8–14) cmH2O. La valeur moyenne du R/I ratio était de 0,43 (0,28–0,61).

La stratification en tertiles (<0,34 ; 0,34–0,54 ; >0,54) retrouvait respectivement une PEP moyenne optimale à l’EIT de 8 (8–10), 10 (8–14) et 14 (12–14) cmH2O. Un R/I ratio de 0,47 représentait le meilleur cut-off pour séparer les recruteurs des non-recruteurs, avec une sensibilité de 73,1% et une spécificité de 85,7%.

Les patients avec un R/I > 0,5 présentaient un BMI significativement plus élevé (30,4 [24,2–34,8] vs. 28,5 [24,8–34,8] kg/m², p=0,05).

Le R/I ratio présentait une corrélation faible mais statistiquement significative pour évaluer surdistension et collapsibilité, avec une corrélation inverse pour la surdistension (R²=0,19, P<0,01) et une corrélation négative pour la collapsibilité (R²=0,26, P<0,01).

En revanche, aucune corrélation n’a été retrouvée entre le nombre de jours sous ventilation mécanique ou ECMO avant l’inclusion et la PEP optimale déterminée par l’EIT.

Commentaires :

L’ECMO est désormais recommandée dans les formes les plus sévères de SDRA (2). Elle permet d’assurer une ventilation dite « ultra-protectrice » visant à limiter les lésions induites par la VM (VILI) en diminuant notamment le volume courant. Ceci peut exposer au risque d’atélectrauma, souvent compensé par une augmentation de la PEP (3). Or, les bénéfices de la PEP doivent être pondérés par le risque de surdistension et d’aggravation des VILI.

La question du réglage optimal de la PEP reste donc cruciale chez les patients sous ECMO, d’autant que les stratégies validées pour une ventilation à 6 ml/kg de PPT ne sont pas directement transposables à des volumes courants de 3–4 ml/kg de PPT. L’EIT est un outil performant pour individualiser le réglage de la PEP, notamment chez des patients ventilés de manière ultra-protectrice (4). Cependant, son coût, son accessibilité limitée et le temps nécessaire à son utilisation restreignent son application en pratique courante (5). Le R/I ratio apparaît alors comme une alternative intéressante : simple, peu coûteux, réalisable sur tous ventilateurs (6), mais encore peu étudié chez les patients sous ECMO.

Dans ce travail, Coppens et al. évaluent la faisabilité et la validité du R/I ratio chez 54 patients sous ECMO VV pour SDRA sévère. Plusieurs étapes techniques étaient nécessaires, notamment :

• la mesure du VT « EOLIA », obtenu sous une ΔP fixée à 14 cmH₂O et une PEEP de 10 cmH₂O, avec un volume courant médian de 4,8 (3–6) ml/kg, supérieur aux 3–4 ml/kg classiquement utilisés en ventilation ultra-protectrice (1).

• la recherche d’une pression d’ouverture des voies aériennes (AOP), présente chez 24 % des patients, une incidence plus faible que dans d’autres cohortes (30–40 %) (7).

Les résultats montrent une relation directe entre la valeur du R/I ratio et la PEP optimale déterminée par l’EIT :

• R/I ≤ 0,34 → PEEP optimale 8–10 cmH₂O ;

• R/I > 0,54 → PEEP optimale élevée, autour de 14 cmH₂O ;

• R/I intermédiaire (0,34–0,54) → grande variabilité, sans possibilité de conclusion claire.

Ainsi, le R/I ratio semble surtout pertinent pour identifier les profils extrêmes : patients « non-recruteurs » pour lesquels une PEEP modérée suffit, et patients « recruteurs » nécessitant une PEEP plus élevée. Pour les valeurs intermédiaires, l’apport de l’EIT ou d’autres méthodes reste nécessaire.

Il faut tout de même rappeler les limites du R/I ratio : variabilité des seuils selon les études, dépendance au modèle de ventilateur et risque de sous-estimer la recrutabilité en cas d’AOP (8). 

Malgré cela, ce travail apporte une validation importante du R/I ratio comme outil simple d’aide au réglage de la PEEP chez les patients sous ECMO, tout en soulignant que son intérêt principal réside dans l’identification des situations extrêmes

Points forts :

Cette étude est menée par des équipes dont l’expertise en ventilation, notamment chez les patients sous ECMO, n’est plus à démontrer.
Elle s’attaque à un problème clinique majeur : la ventilation des patients sous ECMO. Les auteurs démontrent la faisabilité du R/I ratio dans ce contexte particulier et proposent des seuils clairs, comparables à ceux déjà rapportés chez les patients sans ECMO, en utilisant une méthodologie rigoureuse.

Points faibles : 

 Il s’agit d’une étude physiologique qui valide la technique mais ne montre pas d’impact sur des critères cliniques forts tels que la mortalité ou le sevrage de l’ECMO.

Le R/I ratio est, à la différence de l’EIT, une mesure globale de la compliance pulmonaire, peu sensible pour détecter des variations régionales, ce qui explique en partie la faible corrélation observée entre le R/I ratio et l’EIT pour l’évaluation de la surdistension et de la collapsibilité pulmonaires.

Les seuils identifiés pour le R/I ratio varient selon les études, limitant son applicabilité pratique aux seules valeurs extrêmes.
Enfin, la proportion importante de patients atteints de COVID-19 (37 %) peut restreindre la généralisation des résultats à l’ensemble des étiologies du SDRA.

Implications et conclusions :

Le R/I ratio apparaît comme une méthode simple et applicable pour guider le réglage de la PEP chez les patients ventilés sous ECMO, à condition de respecter un protocole rigoureux. Il pourrait constituer une première étape d’individualisation de la PEP : une PEEP modérée (8–10 cmH₂O) semblant suffisante pour les patients avec un R/I ≤ 0,34, tandis qu’un R/I > 0,34 justifie le recours à des techniques complémentaires (comme l’EIT) afin d’affiner la personnalisation du réglage.

Références cités dans les commentaires:

1.         Combes A, Hajage D, Capellier G, Demoule A, Lavoué S, Guervilly C, et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for Severe Acute Respiratory Distress Syndrome. N Engl J Med. 24 mai 2018;378(21):1965‑75. 

2.         Grasselli G, Calfee CS, Camporota L, Poole D, Amato MBP, Antonelli M, et al. ESICM guidelines on acute respiratory distress syndrome: definition, phenotyping and respiratory support strategies. Intensive Care Med. 2023;49(7):727‑59. 

3.         Nielsen ND, Kjærgaard B, Koefoed-Nielsen J, Steensen CO, Larsson A. Apneic Oxygenation Combined With Extracorporeal Arteriovenous Carbon Dioxide Removal Provides Sufficient Gas Exchange in Experimental Lung Injury. ASAIO J. août 2008;54(4):401. 

4.         Franchineau G, Bréchot N, Lebreton G, Hekimian G, Nieszkowska A, Trouillet JL, et al. Bedside Contribution of Electrical Impedance Tomography to Setting Positive End-Expiratory Pressure for Extracorporeal Membrane Oxygenation-treated Patients with Severe Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 15 août 2017;196(4):447‑57. 

5.         Franchineau G, Jonkman AH, Piquilloud L, Yoshida T, Costa E, Rozé H, et al. Electrical Impedance Tomography to Monitor Hypoxemic Respiratory Failure. Am J Respir Crit Care Med. 15 mars 2024;209(6):670‑82. 

6.         Chen L, Del Sorbo L, Grieco DL, Junhasavasdikul D, Rittayamai N, Soliman I, et al. Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial. Am J Respir Crit Care Med. 15 janv 2020;201(2):178‑87. 

7.         Guérin C, Cour M, Argaud L. Airway Closure and Expiratory Flow Limitation in Acute Respiratory Distress Syndrome. Front Physiol. 17 janv 2022;12:815601. 

8.         Cour M, Biscarrat C, Stevic N, Degivry F, Argaud L, Guérin C. Recruitment-to-inflation ratio measured with modern intensive care unit ventilators: How accurate is it? Crit Care. 28 mars 2022;26(1):85. 

CONFLIT D'INTÉRÊTS

Commenté par Damien BARRAU et Sami HRAIECH, Service de médecine intensive réanimation , CHU Nord  de l’APHM, Marseille, France. 

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