Les échanges gazeux Plan du cours

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1 Plan du cours Introduction : Justification et objectifs Relation entre la circulation et la ventilation Comprendre les mécanismes de certains accidents Comment l'organisme va réagir en immersion L'alvéole pulmonaire Présentation de l'alvéole Anatomie de l'alvéole : Air inspiré, air expiré,air alvéolaire Pression dans le poumon Influences des pressions partielles La diffusion Etape alvéolaire: L'hématose Transport de l'o2 et N2 La pression partielle alvéolaire de CO2 Etape tissulaire : Transport du CO2 Applications à la plongée Les risques d'essoufflement Cours suivant : la surpression pulmonaire

2 Justification et objectifs Notre organisme a besoin d'air pour vivre, l'appareil ventilatoire rempli ce rôle mais sans l'appareil circulatoire l'air respiré ne pourrait être véhiculé dans le corps; Des échanges vont donc avoir lieu entre ces deux circuits, ce sont les échanges gazeux. Comprendre la mécanique de ces échanges va nous aider à mieux cerner et comprendre les réactions de l'organisme et son adaptation à la plongée. Et notamment au niveau des risques d'essoufflement qui sont plus importants dès lors que l'on s'immerge

3 L'alvéole pulmonaire Présentation de l'alvéole Les alvéoles pulmonaires sont l'aboutissement du trajet que l'air a effectué pour atteindre les poumons. Ce sont de petits sacs (0,1mm) qui vont permettre de respirer. Les poumons contiennent environs 700 millions d'alvéoles pour une surafce de 200 m2. Celles-ci sont irriguées par de nombreux capillaires en contact permament avec les alvéoles. Cette zone de contact est le lieu où se produira les échanges gazeux Chasse aux idées reçues, les alvéoles pulmonaires en cas de surpression pulmonaire n'éclatent pas. Elles vont s'écraser les unes contre les autres et venir comprimer les capillaires. Ceci va entrainer un saignement extériorisé avec présence de sang dans la bouche, le spusme.

4 L'alvéole pulmonaire Anatomie de l'avéole : le surfactant Le surfactant tapisse l'intérieur des alvéoles.il est constitué essentiellement d'une variété de lipides(corps gras) et secrété par les cellules des alvéoles qui sont spécialisées.le surfactant constitue un film très mince qui recouvre la totalité de l'intérieur des alvéoles, Il est donc directement en contact avec l'air qui entre dans les poumons; Cette substance possède des propriétés tensioactives qui permettent de diminuer les tensions qui s'exercent sur les parois des alvéoles empêchant ainsi l'affaissement de celles-ci sur elles mêmes surfactant alvéole alvéole capillaires

5 Air inspiré L'air inspiré est prélevé dans l'atmosphère et se compose de : 21% : oygène,(o2) 0,03% dioxyde de carbone (CO2) 79% : azote,(n2) Air expiré : L'air expiré est rejété dans l'atmosphère et se compose de : 16% : oygène,(o2) 5% : dioxyde de carbone,(co2) 79% : azote,(n2) Air alvéolaire : L'air alvéolaire est à l'intérieur des alvéoles pulmonaires: 16% : oygène,(o2) 5% : dioxyde de carbone,(co2) 79% : azote,(n2) Mais que peut-il donc bien se passer dans la zone de contact alvéole et capillaire? Pour répondre à cette question nous devons nous intéresser aux pressions partielles des gaz contenu dans le sang et celui contenu à l'intérieur des alvéoles. En effet par le jeu des différences de pressions partielle, l'o2 va pénétrer dans le circuit sanguin et le CO2 être rejeté à l'extérieur. L'azote lui va pénétrer dans le sang et en sortir à chaque cycle respiratoire. L'azote va jouer un rôle déterminant au cours de la plongée et va necessiter l'utilisation de procédures de décompression qui seront abordées prochainement.

6 Pression des gaz dans le poumon La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer est de 760 mm HG.Lorsque l'air pénètre dans les voies respiratoires, il s'ajoute de la vapeur d'eau. La pression partielle de vapeur d'eau est de 47 mmhg. La pression exercée par l'o2, le CO2 et l'n2 n'est plus que de = 713 mmhg. A cause de l'espace mort,les pressions partielles de l'air inspiré au niveau de la trachée sont diminuées par rapport à celles dans l'atmosphère. % air inspiré Pression partielle dans air inspiré Pression partielle dans air alvéolaire O2 21 % 713x0,21 = 150 mmhg PpO2 = 100 mmhg CO2 0,03 % 713x0,03 = 0,3 mmhg PpCO2 = 40 mmhg N2 79 % 713x0,79 = 570 mmhg PpN2 = 570 mmhg L'O2 est consommé par l'organisme et son renouvellement ralenti par l'espace mort, l'air frais oygéné se dilue toujours avec de l'air vicié, donc sa pression partielle alvéolaire est diminué. Le CO2 est rejété dans l'alvéole, sa pression partielle est donc augmentée par rapport à celle de l'air atmosphérique.la PpN2 alvéolaire reste constante L'N2 est dissout dans l'organisme donc sa pression partielle ne change pas par rapport à l'air atmosphérique.

7 Influence des pressions partielles Les pressions partielles permettent les échanges gazeux, voyons voir quelles sont les valeurs à retenir. Air alvéolaire PpO2 : 150mmHg PpCO2 :0,3mmHg air atmosphérique PpCO2 : 40mmHg artère pulmonaire CO2 PpO2 : 100mmHg O2 veine pulmonaire PpCO2: 46mmHg PpO2 : 40mmHg PpCO2: 40mmHg PpO2 : 100mmHg veine grande ciculation artère grande circulation Sang qui revient des organes riche en CO2 Le CO2 est produit par l'organisme.la Pp alvéolaire est donc constante quelque soit la profondeur CO2 Sang qui part aux organes riche en O2 O2 tissus

8 Influence des pressions partielles Les pressions partielles d'o2 et de CO2 ne varient pratiquement pas au cours du cycle respiratoire. De l'air frais se mélange à l'air alvéolaire. La durée de contact entre le sang et les capillaires pulmonaires est de 0,7 s, les echanges gazeux s'effectuent en 0,3 s au cours de chaque systole. Tension de gaz dissous dans le sang artériel Tension de gaz dissous dans le sang veineux O2 CO2 N2 PpO2 = 100 mmhg PpCO2 = 40 mmhg PpN2 = 570 mmhg PpO2 = 40 mmhg PpCO2 = 46 mmhg PpN2 = 570 mmhg Gradient de pression O2 Pression alvéolaire= 0,13b (100mmHg) Tension sanguine d'o2 = 0,05b (40mmHg) différence =0,08b donc l'o2 se véhicule dans le sang pour atteindre un équilbre de pression dans la veine pulmonaire Gradient de pression CO2: Pression alvéolaire= 0,05b (40mmHg) Tension sanguine de CO2 = 0,06b (46mmHg) difference = -0,01b donc le CO2 est évacué dans l'alvéole pour atteindre un équilibre de pression par rapport à la veine pulmonaire Les états de saturation O2 et CO2 s'effectuent donc très rapidement en moins d'une demi-seconde.

9 La diffusion viennent d'avoir lieu, il s'agit d'un mode d'échange par diffusion.le gaz traverse le liquide et le surfactant tapissant les parois des alvéoles Cette diffusion dépend des lois de Dalton ( pression partielle) et de Henry ( dissolution des gaz) surfactant Liquide Paroi alvéole O2 quitte l'alvéole CO2 entre dans l'alvéole

10 L'étape alvéolaire Les pressions partielles en jeux conditionnent les échanges gazeux alvéolaires. Cette phase est complexe car le gaz doit traverser la membrane alvéolaire dans les deux sens. Ce phénomène se nomme l'hématose Voies aériennes Arrivé du sang riche en CO2 alvéole 5% CO2 Départ du sang riche en O2 N2 N2 21% O2 : l'hématose au niveau des poumons il existe des shunts naturels qui peuvent s'ouvrir au cours d'un Valsalva à la remontée. Les bulles vont donc emprunter un chemin différent et passer directement dans le circuit artériel(aorte) puis cerveau, c'est l'add cérébral

11 Transport de l'o2 et de l'azote L'oxygène qui est désormais dans la veine pulmonaire va se combiner avec l'hémoglobine sur les 4 hémes de fer pour effectuer son transport vers les organes.1 litre de sang contient donc 200ml d'oygène gazeux pur. L'azote lui se dissous à 100% dans le sang pour être transporté à son tour dans l'organisme Pression partielle de CO2 Il est utile de bien préciser que le CO2 est produit par l'organisme en fonction des efforts fournis. En plongée la quantité de CO2 produite peut augmenter mais pas la pression partielle qui reste constante quelque soit la profondeur atteinte. L'étape tissulaire L'oygéne transporté par le sang va se libérer dans les différents organes et cellules du corps humain. En revanche les déchets produits par l'organisme, le CO2, va se rejeter dans le sang pour revenir dans les circuits circulatoires et respiratoires en utilisant les veines caves. L'azote lui va se dissoudre progressivement dans les cellules pendant la descente et la plongée pour s'évacuer dans le sang à la remontée

12 Applications à la plongée les risques d'essoufflement: L'essoufflement est la manifestation ventilatoire d'un excès de CO2 dans l'organisme. Il s'agit d'une intoxication du au CO2 appelé hypercapnie Les causes : effort inadapté angoisse ou peur mauvaise condition physique détendeur défectueux le froid qualité de l'air : Le CO2 produit par l'organisme et détecté par les chémorécepteurs carotidiens et aortiques. Si la quantité produite dépasse un certain seuil le système sympathique est sollicité pour activer l'inspiration. La ventilation est prévue pour augmenter la quantité d'o2 et non pas de réduire celle de CO2. Lorsque cette regulation atteint ces limites la fréquence respiratoire augmente, l'air alvéolaire n'est plus renouvelé, la quantité de CO2 augmente alors encore plus.le plongeur à de ce fait l'impression d'étouffer. Le volume de réserve expiratoire n'est plus utilisé le CO2 n''est plus évacué, c'est l'engrenage infernal... VRI VC VRE VR Au repos immersion effort normal essoufflement

13 Applications à la plongée les risques d'essoufflement: L'essoufflement est la manifestation ventilatoire d'un excès de CO2 dans l'organisme. Il s'agit d'une intoxication du au CO2 appelé hypercapnie La prévention: Une bonne prévention est souvent possible en éliminant les causes un peu de bon sens aussi peu éviter bien des problèmes; - A la mise à l'eau parfois si les conditions météo sont mauvaises le plongeur peu déjà se trouver en déficit d'air au moment où il va s'immerger. Prenez le temps de bien ventiler avant de mettre la tête sous l'eau car celà ne s'arrangera pas au fond. - Et puis pendant la plongée, attention au courant, utilisez la partie protégée pour la ballade. - Evitez le palmage commando, c'est un loisir donc calme. - En tant que guide de palanquée vous devez en plus être attentif aux membres de la palanquée et savoir anticiper l'essoufflement de l'un des membres. Un coup d'oeil sur la quantité de bulles produites peu suffire.