Histoire du ventilateur Servo

À l’Hôpital universitaire de Lund, dans le sud de la Suède, des innovations révolutionnaires telles que l’échocardiographie (Edler/Hertz) et le rein artificiel à usage unique (Alwall) ont vu le jour. À Lund, il y avait aussi une tradition d’invention de respirateurs, comme le Barospirator (une variante du poumon d’acier, 1920), le Sahlin-Stille cuirass-respirator (1930) et le Lundia-respirator (1953). La riche histoire des respirateurs suédois a également vu le développement de respirateurs à Stockholm, le Spiropulsator (1936), qui était le premier respirateur électrique intégré dans un appareil d’anesthésie, et le respirateur Engstrom, utilisé pour la première fois à Copenhague, au Danemark, pendant la grande épidémie de polio en 1952, qui a été à l’origine du changement de paradigme de la ventilation à pression négative à la ventilation à pression positive et qui était le premier respirateur à volume contrôlé.

En 1965, le professeur Sven Ingelstedt du département de physiologie clinique a accédé à la demande du jeune médecin Björn Jonson de développer un nouveau respirateur selon une affirmation ambiguë que Sven avait formulée : « Les respirateurs permettent de contrôler la pression ou le volume. Ils devraient permettrent de contrôler le débit. Nous pourrions alors faire ce que nous voulons ! P.S. Il n’est pas possible de contrôler le débit ! » L’équipe de base du projet a ensuite été renforcée avec le Dr Lars Nordström, anesthésiste, et l’ambitieux ingénieur électricien Sven-Gunnar Olsson, employé d’Elema-Schönander, une société située dans la région de Stockholm, célèbre pour avoir inventé l’imprimante à jet d’encre pour électrocardiogrammes (1948) et le stimulateur cardiaque implantable (1958). Le projet a bénéficié d’une grande liberté d’action et d’expérimentation dans un environnement qui a encouragé le travail d’équipe entre établissements et l’esprit d’entreprise.

Le Ventilateur Servo 900 est une innovation mondiale : un ventilateur à débit contrôlé, capable de surveiller les paramètres vitaux et l’administration de gaz. Un petit appareil électronique silencieux qui permettrait au clinicien d’atteindre de manière fiable les volumes courants fixés en délivrant un débit précis au patient grâce à son système de servocommande rapide, indépendamment des changements de résistance et de compliance du système respiratoire du patient. Le terme « ventilateur » a été introduit pour souligner qu’il impliquait de nouveaux principes qui donnaient aux cliniciens la possibilité de fournir la meilleure méthode de ventilation pour chaque patient, y compris les nourrissons.

Le cerveau du ventilateur Servo était le système unique de contrôle Servo, qui, grâce à l’application d’une électronique de pointe, a contribué à une grande flexibilité dans le fonctionnement et le choix des propriétés pour les modes de ventilation. Des capteurs de pression et de débit dans le circuit d’alimentation en gaz du patient, dont le volume compressible est très faible, renvoyaient des informations aux valves inspiratoire et expiratoire plusieurs centaines de fois par seconde. Des alarmes visuelles et sonores étaient immédiatement activées en cas de dépassement des limites prédéfinies pour la pression des voies respiratoires et le volume expiratoire minute.

Les capacités de surveillance intégrées du ventilateur Servo, où le calculateur de mécanique pulmonaire 940 fournit six paramètres différents et constitue un support pour choisir le meilleur réglage du ventilateur, respiration par respiration, ont constitué une véritable avancée clinique. L’un des principaux sujets d’intérêt était de savoir comment régler la soupape PEP (Pression Expiratoire Positive) externe pour obtenir le meilleur impact sur le volume pulmonaire en fin d’expiration et l’oxygénation. Le ventilateur Servo permettait également l’enregistrement et l’exportation de données, ce qui en a fait le ventilateur de prédilection pour la recherche sur la ventilation mécanique, comme en témoigne le nombre croissant de publications scientifiques dans les années 70.

Dans les unités de soins intensifs, il était nécessaire de mesurer en permanence le CO₂ comme substitut de la pression des gaz du sang artériel (PaCO₂), ce qui était considéré comme un processus long et coûteux. L’analyseur de CO₂ 930 était le premier capnographe volumétrique commercialisé et reposait sur la mesure de l’absorption de la lumière IR (Rayonnement Infrarouge) dans un capteur principal petit et rapide connecté au ventilateur. Cela permettait d’obtenir en temps réel, respiration par respiration, la concentration de CO₂ en fin d’expiration, l’élimination du CO₂ par minute d’expiration et le calcul de l’espace mort. Il a apporté une contribution inestimable à l’orientation des réglages des ventilateurs et à la compréhension de la gravité des maladies pulmonaires, de la distribution des gaz dans les poumons, de la circulation et du métabolisme.

Le successeur du Servo 900 a été nommé Servo 900B. Un mode de ventilation obligatoire intermittente (VMI) synchronisé avec les efforts respiratoires du patient a été introduit. Le patient était à son tour encouragé à assumer de plus en plus la charge de travail respiratoire. Par la suite, le processus de sevrage est devenu moins douloureux, tant physiquement que mentalement. En outre, la capacité de CPAP (Continuous Positive Airway Pressure, pression positive continue dans les voies aériennes), les plages de réglage étendues et les « réglages verts » par défaut ont été installés sur le panneau avant. Les hôpitaux du monde entier ont commencé à reconnaître que le ventilateur Servo n’était pas uniquement conçu pour les adultes, mais que, contrairement aux ventilateurs utilisés dans les unités de soins intensifs, il offrait également les moyens de prendre en charge les enfants et les nouveau-nés.

Le Servo 900C, présenté en 1981 sous le nom de « système de ventilation Servo sans limite », comme ses prédécesseurs, avait été conçu pour être facile à utiliser, configurer, installer, nettoyer et entretenir. C’était le premier ventilateur sur le marché qui pouvait réellement contrôler la pression des voies respiratoires avec précision tout au long de l’inspiration et de l’expiration. Le contrôle électronique de la PEP et huit modes de ventilation différents, qui peuvent également être utilisés chez différents patients infantiles, sont désormais disponibles. La CPAP pouvait désormais être administrée par le biais du ventilateur avec une supervision de la ventilation minute et de l’échange de CO₂. Un matériel de formation complet (« The Servo University ») avec des livrets d’application, un panneau de démonstration, un jeu de cartes destiné aux patients, des vidéos et un manuel d’utilisation clair et cohérent faisaient partie intégrante du programme.

Désignée à l’origine ventilation par asservissement de la pression, elle permettait de délivrer une pression inspiratoire constante avec un schéma de débit décélérant, ce qui permettait de prolonger le temps d’échange gazeux dans les alvéoles et de réduire le risque de barotraumatisme par rapport à la ventilation traditionnelle à volume contrôlé. Une pression de pointe très élevée était fréquemment constatée avant l’ère actuelle de la ventilation à faible volume courant. La fonction de Pression contrôlée est également devenue rapidement populaire pour les patients pédiatriques et néonataux sans ballonnet.

Introduite dans le monde des soins intensifs avec le Servo 900C et moins de 10 ans après son lancement, la ventilation d’aide inspiratoire est devenue le nouveau mode standard de sevrage. Il s’agissait d’une étape importante pour permettre au patient de mieux contrôler le moment de l’assistance ventilatoire, tandis que le ventilateur prenait en charge la majeure partie du travail respiratoire. Les ingénieurs ont travaillé sur plusieurs critères pour résoudre le problème de synchronisation et ont finalement décidé que la décroissance du débit pendant une respiration sous pression était probablement la meilleure variable à utiliser. L’arrêt de la respiration à 25 % du débit de pointe a été déterminé comme étant le niveau d’assistance le plus confortable, comme l’indique leur propre expérience. La recherche sur les avantages cliniques potentiels de l’aide inspiratoire a immédiatement été lancée et a constitué un sujet majeur dans les articles scientifiques pendant de nombreuses années.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie nouvelle et révolutionnaire apparue au début des années 1980. L’environnement requis par la technologie a constitué un défi pour la construction de la suite RM ainsi que pour les équipements, car les objets magnétiques pouvaient présenter un risque sérieux. De nombreux patients pouvant bénéficier d’un examen IRM ont eu besoin d’une ventilation mécanique. Le Servo 900C comportait peu de pièces magnétiques et a été le premier ventilateur mis sur le marché pour être utilisé dans cet environnement. Il a ensuite été suivi par les versions RM des dernières générations de ventilateurs Servo.

La série Servo 300 a constitué une avancée technologique considérable et a permis de franchir une étape dans l’ère des microprocesseurs, en tant que premier ventilateur universel permettant de traiter toutes les catégories de patients, des adultes aux nouveau-nés prématurés. Le système comprenait un système de distribution de gaz entièrement nouveau et unique, avec des modules de gaz pour l’air et l’oxygène et une petite cuve de mélange. Le nouveau système sensible de déclenchement du débit avec une réponse rapide au débit a suscité beaucoup d’intérêt en raison de sa capacité à réduire le travail de la respiration. Le Servo 300 a également permis de définir une nouvelle valeur de référence pour l’administration du volume courant en descendant à 2 ml.

Chaque génération de ventilateurs Servo a été marquée par la volonté d’inventer des modes de ventilation qui répondraient aux besoins cliniques croissants à venir. Le Servo 300 a lancé un ensemble de modes de volume ciblé : le contrôle du volume régulé par la pression (PRVC) et l’assistance au volume (VS), dont le principe clé est de délivrer un volume défini à la pression inspiratoire la plus basse, ciblée sur une base respiration par respiration. Les unités de soins intensifs néonataux et pédiatriques ont rapidement adopté la ventilation ciblée sur le volume, car il est apparu clairement que cette innovation permettrait de faire la transition entre les modes de ventilation à débit continu limités par la pression, moins précis et imprévisibles.

Le Servo 300 existe également dans une version unique qui répond à l’intérêt croissant pour la thérapie par oxyde nitrique (NO), en tant que vasodilatateur puissant pour améliorer l’oxygénation dans des groupes de patients très sévères, notamment les prématurés souffrant d’hypertension pulmonaire. L’administration et la surveillance du NO étaient entièrement intégrées et un troisième module de gaz permettait un dosage précis du NO en parfaite synchronisation avec l’administration de la respiration. Suite au brevet exclusif d'un fabricant de gaz suédois pour l’utilisation médicale du NO dans le traitement des dysfonctionnements pulmonaires, la production du système Servo 300 d’administration de NO, jusque-là inégalé, a dû être interrompue.

Dans la recherche d’une ventilation plus délicate et plus respectueuse du patient, l’étape suivante a été la fonction Automode, développée pour faire le lien entre la ventilation contrôlée et la ventilation spontanée dans le processus de sevrage précoce. L’Automode intégrait trois combinaisons de modes de contrôle et d’assistance et était automatiquement basculé d’un mode à l’autre sans interruption, sous la supervision d’un algorithme adaptatif de temps d’apnée. Les avantages étaient clairs : une réduction des besoins en sédation, moins d’interventions de l’opérateur et moins d’alarmes. Le sevrage pouvait commencer plus tôt et l’activité du patient était toujours récompensée sans nécessiter l’intervention du personnel.

La recherche visant à réduire l’incidence et la mortalité liées au SDRA (Syndrome de Détresse Respiratoire Aigü) a donné lieu à la mise en œuvre de l’outil Open Lung qui, en utilisant les tendances respiration par respiration de paramètres telles que la compliance dynamique et l’élimination du CO₂, a permis de quantifier l’impact des interventions, en particulier les manœuvres de recrutement alvéolaire. Grâce à une approche progressive comprenant un titrage décrémental de la PEP, le réglage de la PEP peut désormais être personnalisé pour obtenir une meilleure oxygénation avec une ventilation à la pression motrice la plus faible possible, avec un volume pulmonaire homogène. L'outil Open Lung indiquerait également quand les poumons ne sont pas recrutables ; d’autres approches devraient être envisagées et évaluées.

En décembre 1999, une nouvelle dimension de la technologie de ventilation a été présentée dans "Nature Medicine". Un groupe dirigé par le Dr Christer Sinderby de l’Université de Montréal a décrit comment les progrès dans l’acquisition et le traitement des signaux de l’activité électrique du diaphragme (Edi) pouvaient être utilisés pour permettre au centre respiratoire du patient d’assumer le contrôle total du moment et de l’ampleur de l’assistance respiratoire fournie par le ventilateur. L’établissement d’une synchronisation complète entre le patient et le ventilateur et l’utilisation des réflexes intrinsèques de protection des poumons ont donné un nouvel espoir pour la ventilation des soins intensifs adultes et pédiatriques au 21^ème siècle. L’objectif est de réduire les complications liées à la ventilation et de faciliter le sevrage afin de diminuer la durée de séjour dans les unités de soins intensifs et les hôpitaux. L’équipe visionnaire de Servo a vu le potentiel de la technologie, qui a été initialement déployée sur un prototype basé sur le modèle Servo 300.

Fruit d’une coopération sans précédent avec des cliniciens du monde entier, Servo-i est devenu notre premier ventilateur conçu comme une plateforme mobile et modulaire, afin d’apporter régulièrement de nouvelles fonctionnalités cliniques et des mises à niveau des parcs de ventilateurs déjà installées. L’approche du système comprenait trois configurations principales - nourrisson, adulte et universel. Une gamme complète d’accessoires et une connectivité ininterrompue ont permis d’atteindre de nouveaux niveaux de flexibilité en terme d'ergonomie, de manipulation et d’assistance pendant le transport intra-hospitalier. L’interface utilisateur permet désormais aux utilisateurs de choisir entre un écran tactile, un cadran rotatif principal et des boutons d’accès direct pour un contrôle sécurisé des paramètres les plus importants. Ceci a été combiné avec jusqu’à cinq formes d’onde haute résolution codées par couleur avec une qualité de diagnostic.

La cassette expiratoire monopièce répond aux exigences croissantes des clients en matière de fiabilité et de retraitement et propose une technologie vue pour la première fois dans les ventilateurs Servo, à savoir la vitesse de propagation des ultrasons. Sa mesure ultra-rapide était pratiquement indépendante de la composition du gaz et de l’humidité. Le succès du débitmètre à ultrasons a également conduit au développement d’un capteur d’oxygène à ultrasons, qui pouvait fonctionner pendant toute la durée de vie du ventilateur. Cette technologie s’est également avérée efficace pour la détection du mélange gazeux Heliox à faible densité, lorsqu’il a été mis en œuvre comme troisième gaz d’alimentation pour le Servo-i.

Servo-s a intégré la technologie de pointe de son grand frère Servo-i. Il était adapté à différents environnements hospitaliers de soins ventilatoires. En combinaison avec le Mini Compresseur, il était capable de fournir une ventilation de qualité indépendamment du gaz de la commande centrale. Sa simplicité d’utilisation, ses performances et sa fiabilité pour les patients adultes et pédiatriques ont fait du Servo-s un produit à succès immédiat dans les pays émergents de la région BRIC (Brésil, Russie, Inde et Chine), qui recherchent des dispositifs médicaux de qualité pour moderniser leurs systèmes de santé.

L’introduction de la technologie NAVA dans le Servo-i, avec son module accessoire, sa partie logicielle, ainsi que le cathéter Edi fonctionnant également comme sonde d’alimentation nasogastrique, a interpellé ! Des articles scientifiques montrant les effets délétères de l’asynchronisme entre le patient et le ventilateur, l’augmentation de la sédation ainsi que les conclusions selon portant sur les VIDD (dysfonctionnement du diaphragme induit par le ventilateur) montraient un réel problème chez les patients ventilés. Depuis, il a été démontré que la NAVA répond à ces problèmes en réduisant la durée de la ventilation mécanique ^[1] et en augmentant le nombre de jours sans ventilateur ^{[1] [2] [3]} grâce à une ventilation personnalisée qui protège à la fois les poumons et le diaphragme.

Sachant que la NAVA, comparée aux modes de ventilation traditionnels, se synchronisant indépendamment des fuites, l’application de la ventilation non invasive (VNI NAVA) était l’étape naturelle à franchir afin de modifier le paradigme dans le traitement des groupes de patients traditionnellement traités avec des modes plus invasifs. L’application de la VNI NAVA chez les nouveau-nés ne cesse de croître. Son succès repose sur le fait qu’elle peut éviter l’intubation ^[4][5] ou permettre une extubation précoce ^[6][7][8] par rapport aux modes de VNI conventionnels qui sont insuffisamment synchronisés. Les patients adultes souffrant d’une exacerbation aiguë de la BPCO (Bronchopneumopathie Chronique Obstructive) constituent un autre groupe de patients qui en bénéficie. Il a été démontré que la VNI NAVA réduit les complications de la VNI et peut être efficace pour gérer l’état des patients et améliorer les résultats. ^{[9][10][11][12][13]}

Servo-u a lancé avec succès une interface utilisateur tactile intuitive avec des conseils et des flux de travail basés sur des aides contextuelles et des recommandations. L’objectif était de faciliter la mise en œuvre de stratégies de ventilation avancées dans la pratique quotidienne. De nouveaux paramètres de surveillance importants, tels que VT/PP (volume courant par kilogramme de poids prédit) et la pression motrice, ont été mis en œuvre, tous deux visualisés en continu dans le Servo Compass. Des options de protection pulmonaire et de sevrage personnalisés pour le traitement de toutes les catégories de patients, des nouveau-nés aux adultes, ont été ajoutées. Une étude comparative de l'ergonomie des ventilateurs a montré des niveaux plus élevés de sécurité pour les patients et une expérience utilisateur optimisée ^[14].

Le Servo-n a été conçu comme un ventilateur néonatal tout-en-un pour aider à fournir aux nouveau-nés fragiles l’assistance dont ils ont besoin tout en protégeant les poumons, les muscles respiratoires et les autres organes en développement ^[15]. Dédié exclusivement aux unités de soins intensifs néonataux et destiné à renforcer la confiance des parents et des soignants, il est composé de détails esthétiques comme la coccinelle verte et l’affichage famille unique. La compensation automatique des fuites dans tous les modes invasifs, un capteur de débit à fil chaud en option ainsi que la possibilité d'un mode oxygénothérapie à haut débit ont été ajoutés. La NAVA et la VNI NAVA sont bien sûr des options standards, où le signal Edi en continu joue un rôle essentiel dans la surveillance et la gestion de l’apnée du prématuré afin de prévenir la désaturation et la bradycardie ^[15][16][17].

Le Servo-air est devenu le premier ventilateur Servo à turbine doté d’une puissante batterie de secours remplaçable à tout moment, ce qui permet de le déplacer facilement dans l’hôpital sans avoir besoin de gaz ou de prises de courant murales. Avec ses nombreuses fonctions héritées du Servo et la ventilation non invasive (VNI) délicate et adaptée, le Servo-air était donc adapté aux soins intensifs et intermédiaires ainsi qu’au transport intra-hospitalier.

La ventilation à oscillation à haute fréquence (VOHF) est devenue un mode de réanimation fréquemment utilisé pour les nouveau-nés présentant une insuffisance respiratoire réfractaire ou un syndrome de détresse respiratoire (SDR) sévère. Les principales exigences pour son intégration dans le Servo-n étaient de le rendre puissant à travers une expiration active et, en même temps, réduire le travail respiratoire du patient ^[18]. La technologie brevetée mise en œuvre est basée sur l’inertie et repose sur le contrôle rapide du débit et la synchronisation des valves inspiratoires et expiratoires, gérés par le système de servocommande. Il offre à la fois des modes VOHF à pression contrôlée et à volume ciblé. La solution VOHF permet également une surveillance optionnelle de la commande respiratoire neurale des bébés (Edi), ce qui signifie que la surveillance respiratoire pendant ce mode de ventilation n’est plus approximative.

Après un certain nombre d’études cliniques prometteuses ^[19][20][21] qui ont utilisé le Servo-i avec l’Open Lung Tool pour des manœuvres de recrutement alvéolaire par étapes selon l’approche Open Lung, la nécessité de développer un flux de travail automatique s’est confirmée. Les principaux avantages d’une approche uniformisée étaient de limiter les différences dans la pratique clinique que les entretiens avec les utilisateurs ont révélée. La possibilité d’intégrer des caractéristiques diagnostiques qui pourraient suggérer si le patient est un « recruteur » ou un « non-recruteur », est un élément important pour la stratégie de ventilation. L’Auto SRM guide l’utilisateur à travers les phases de recrutement, titration de la PEP décrémentale, nouveau recrutement et personnalisation post-recrutement de la PEP et de la pression motrice, en fonction de la Cdyn (compliance dynamique) optimale. Il permet de se concentrer davantage sur la recherche de l’équilibre le plus approprié entre la mécanique pulmonaire, les échanges gazeux et l’hémodynamique du patient.

La manométrie œsophagienne a connu dans les années 2010 un nouvel intérêt scientifique, mais elle s’est avérée difficile à mettre en œuvre dans la routine clinique, en dehors du cadre de la recherche. Pour rendre cette technologie plus accessible et facile à comprendre et améliorer la précision, une vue diagnostique a été développée pour le Servo-u qui présente les formes d’onde de pression œsophagienne (Pes) et transpulmonaire (PL), avec les paramètres clés pour l’évaluation de la ventilation contrôlée et spontanée. Par ailleurs, une manœuvre d’occlusion automatique a été créée pour valider le positionnement et le remplissage du ballonnet. Cet outil de protection pulmonaire personnalisée a été largement utilisé pendant la pandémie de Covid-19; par conséquent, cette technologie est désormais prête à être mise en œuvre dans la pratique clinique de routine.

Chaque patient représente un défi particulier. Qu’il s’agisse d’un nouveau-né de 300 grammes ou d’un adulte, d’une personne souffrant d’une insuffisance respiratoire aiguë ou d’une maladie pulmonaire chronique, les besoins et les complexités varient. C’est pourquoi nous nous engageons à fournir des solutions de ventilation personnalisée qui aident à protéger les poumons et le diaphragme, accélèrent le sevrage et améliorent les résultats.

Au-delà des performances technologiques, des évolutions techniques,le ventilateur Servo est une philosophie, un état d’esprit, qui s’inscrit dans notre ADN. Cette conviction nous pousse à découvrir de nouvelles techniques pour le traitement des patients gravement malades. Nous faisons évoluer et réinventons constamment nos thérapies et nos solutions innovantes. L’objectif est d’aider à sevrer le patient du ventilateur en toute sécurité aussi rapidemment que possible. Au final, nous obtenons de meilleurs résultats pour les patients, tout en utilisant moins de ressources médicales. C’est une ambition qui nous accompagne depuis le début ; cette philosophie guide toutes nos actions aujourd’hui. Innovation, fiabilité, qualité durable - faire plus avec moins. Des qualités que nous intégrons dans chacun des ventilateurs Servo que nous fabriquons aujourd’hui. Ce sont ces mêmes qualités qui définiront les ventilateurs Servo de demain, dans le monde imprévisible d’aujourd’hui. C’est ainsi que nous avons écrit notre histoire. Et c’est ainsi que nous façonnerons notre avenir.

Cathéter Edi - Sonde d'alimentation entérale à usage unique équipée d'électrodes de mesure destinée à recueillir l'électromyogramme du diaphragme et disponible sur certains systèmes d'assistance respiratoire MAQUET. Ce cathéter permet au mode NAVA d'offrir une assistance respiratoire
proportionnelle et synchronisée au signal lié à l'activité électrique du
diaphragme. Il s'agit d'un dispositif médical de classe IIa, CE0123.

SERVO-n - Système d’assistance respiratoire destiné au traitement et à la surveillance des nouveau-nés et enfants en difficulté respiratoire ou en insuffisance respiratoire.

SERVO-U - Système d’assistance respiratoire destiné au traitement et à la surveillance des patients pédiatriques et adultes (nouveau-nés en option) en difficulté respiratoire ou en insuffisance respiratoire.

Servo-air - Système d’assistance respiratoire destiné au traitement et à la surveillance des patients pédiatriques et adultes en difficulté respiratoire ou en insuffisance respiratoire.

Système respiratoire SERVO-i - Système d'assistance respiratoire destiné au traitement et à la surveillance des patients (des nouveau-nés aux adultes) en difficulté respiratoire ou en insuffisance respiratoire.

SERVO-s - Système d'assistance respiratoire destiné au traitement et à la surveillance des patients (des enfants à partir de 10kg aux adultes) en difficulté respiratoire ou en insuffisance respiratoire. 

Il s‘agit de dispositifs médicaux de classe IIb, CE0123.

Produits fabriqués par MAQUET CRITICAL CARE AB, Suède. Pour un bon usage, veuillez lire attentivement toutes les instructions figurant dans la notice d‘utilisation spécifique à chacun des produits.

PUB-2023-0057-A, version de février 2023