ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE DE L APPAREIL VENTILATOIRE

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1 Formation Guide de Palanquée N4 ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE DE L APPAREIL VENTILATOIRE Claude KARGER MF1 / Médecin Fédéral CODEP 67 / 18 janvier 2017

2 OBJECTIFS DE CE COURS Comprendre le fonctionnement de l appareil ventilatoire et son rôle dans les échanges gazeux Comprendre les effets de l immersion sur le fonctionnement de l appareil ventilatoire Comprendre les mécanismes constitutifs des accidents en lien avec l appareil ventilatoire, en particulier l essoufflement En déduire les mesures de surveillance et de prévention à mettre en œuvre par le GP Savoir annoter un schéma anatomique muet

3 Définitions et rôles o o de la ventilation de la respiration Anatomie de l appareil ventilatoire o o o o o Voies aériennes supérieures Voies aériennes inférieures Alvéole pulmonaire Cage thoracique Volumes pulmonaires Physiologie de l appareil ventilatoire o o o o Mécanique ventilatoire en surface, adaptation à l effort Effets de l immersion sur la mécanique ventilatoire, mécanismes de l essoufflement Echanges gazeux alvéolaires en surface Echanges gazeux alvéolaires en immersion Justification des mesures de prévention à mettre en œuvre par le GP

4 DÉFINITION ET RÔLES VENTILATION / RESPIRATION La ventilation est le processus mécanique qui assure le renouvellement de l air des alvéoles pulmonaires par activation des muscles ventilatoires. Elle comporte l inspiration et l expiration La respiration est l association de la ventilation et des échanges gazeux. Son rôle est d amener aux organes et aux tissus les éléments nécessaires à leurs fonctionnement (O2, nutriments) et d évacuer les déchets (CO2) RESPIRATION = VENTILATION + ECHANGES GAZEUX

5 ANATOMIE

6 ANATOMIE VOIES AERIENNES SUPERIEURES Rôle des fosses nasales : Filtrer, réchauffer, humidifier Rôle des sinus Alléger la structure osseuse Aérés à partir des fosses nasales En équilibre avec P. ambiante Ne pas plonger avec une sinusite Rôle trompe d Eustache Equilibrer P. oreille moyenne Ne pas plonger enrhumé Rôle du pharynx et larynx Séparer le carrefour aérodigestif La glotte est fermée par l épiglotte lors de la déglutition La glotte est fermée en apnée ou lors de certains efforts risque SP Larynx = siège du spasme de la glotte Ventiler par la bouche court-circuite les fosses nasales

7 ANATOMIE VOIES AERIENNES INFERIEURES 1. Réseau de distribution 2. Sites d échanges gazeux Les bronches diminuent leur diamètre : - en cas d inflammation (bronchite) - en cas d asthme risque accru de SP

8 ANATOMIE VOIES AERIENNES INFERIEURES 1. Réseau de distribution 2. Sites d échanges gazeux Les poumons sont constitués : des bronches, bronchioles et alvéoles des artères, veines et capillaires pulmonaires d un tissu élastique de soutien 3 lobes à D, 2 lobes à G Les poumons sont recouverts par la plèvre : feuillet viscéral accolé au poumon feuillet pariétal accolé à la paroi thoracique

9 ANATOMIE ALVÉOLES = SITE DES ÉCHANGES GAZEUX Un sac alvéolaire regroupe une dizaine d alvéoles et ressemble à une grappe de raisin 800 millions d alvéoles soit 150 m2 (surface terrain tennis) Grande élasticité, mais non illimitée destruction possible en cas de surpression pulmonaire L alvéole est entourée d un réseau de capillaires pulmonaires apportent à l alvéole le sang «bleu» pauvre en O2 et chargé de CO2 renvoient de l alvéole le sang «rouge» enrichi en O2 et épuré du CO2

10 ANATOMIE ALVÉOLES = SITE DES ÉCHANGES GAZEUX Membrane «barrière» alvéolo capillaire Surfactant = agent tensioactif empêchant l alvéole de se collaber Couche de cellules alvéolaires Membrane interstitielle Couches de cellules du capillaire Perméable aux molécules de gaz Imperméable aux liquides (sauf si augmentation de pression capillaire )

11 ANATOMIE CAGE THORACIQUE Entre les 2 feuillets de la plèvre = pression négative - pour permettre au poumon de rester collé à la paroi - si de l air pénètre dans cet espace pneumothorax

12 ANATOMIE VOLUMES PULMONAIRES * Volume courant VC = volume utilisé lors d une ventilation au repos * Volume de réserve inspiratoire VRI = volume utilisé en inspiration forcée * Volume de réserve expiratoire VRE = volume utilisé en expiration forcée * Volume résiduel = air restant dans les poumons après une expiration forcée. Participe aux échanges gazeux mais n est pas évacué * Espace mort = air ne participant pas aux échanges gazeux et non entièrement renouvelé par la ventilation (nez, pharynx, trachée). L espace mort est augmenté par le tuba et le détendeur Capacité vitale CV = VRI + VC + VRE = 4,5 L Capacité pulmonaire totale CPT = CV + VR = 6 L

13 VENTILATION

14 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE L organisme consomme de l O2 et produit du CO2 Rôle de la ventilation Apporter de l air riche en oxygène vers les poumons INSPIRATION Evacuer le CO2 des poumons vers l extérieur EXPIRATION La ventilation véhicule également l azote, gaz inerte qui n est ni consommé ni produit par l organisme 1 cycle respiratoire = 1 inspiration (1/3 du cycle) + 1 expiration (2/3 du cycle) A l air libre = environ 15 cycles par mn, ce qui équivaut à une consommation d environ 6 à 10 L/ mn en surface (pour les calculs d autonomie, on prendra plutôt 20 L/mn pour la marge de sécurité) Idéalement, chaque GPN4 devrait connaitre sa propre consommation moyenne réelle en immersion

15 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE A l air libre, l inspiration nécessite un effort (active), l expiration se fait surtout par relâchement musculaire (passive)

16 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE VRI VC VRE Adaptation ventilatoire à l effort, en surface Le travail musculaire augmente la consommation d O2 et la production de CO2 En cas d effort important, la ventilation doit s adapter pour apporter plus d O2 et évacuer d avantage de CO2 Cette adaptation se fait en augmentant la fréquence et l amplitude des cycles ventilatoires jusqu à l essoufflement L essoufflement en surface n est pas dangereux, il est facilement réversible dès la mise au repos

17 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE Adaptation ventilatoire à l effort, en surface C est l augmentation du CO2 qui est le régulateur principal de la ventilation à l effort = régulation réflexe Effort Besoin O2 Rejet CO2 Carotidiens augmentation CO2 diminution ph diminution O2

18 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION

19 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION Augmentation du travail ventilatoire 6 à 10 L/mn 20 L/mn à 1 bar, valeur référence, mais très variable selon individu et conditions DETENDEUR Augmente le travail musculaire ventilatoire, surtout expiratoire l expiration devient active Augmente l espace mort L air respiré est froid et sec moins fluide qu à l air libre MILIEU La pression hydrostatique et la combinaison diminuent la souplesse de la cage thoracique et augmente le travail inspiratoire L afflux de sang dans le thorax «Blood Shift» = 700 ml diminue les volumes pulmonaires La ventilation en immersion nécessite plus d effort et tend à se faire spontanément en ventilation «haute» (VRI) inciter vos plongeurs à privilégier l expiration En immersion nous devenons des insuffisants respiratoires adopter des conduites d épargne ventilatoire

20 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION Adaptation à l effort en immersion Effort maîtrisé en immersion La fréquence et l amplitude des cycles ventilatoires augmentent, l expiration doit être privilégiée pour bien éliminer le CO2 De petites apnées expiratoires «test» restent possibles, le besoin d air n est pas ressenti comme incoercible

21 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION Mécanismes de l essoufflement Effort non maîtrisé en immersion La ventilation devient haletante, très rapide et «haute» en inspiration L expiration est négligée évacuation insuffisante du CO2 qui stimule le besoin de respirer encore plus rapidement Auto aggravation par effet de cercle vicieux

22 MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION L essoufflement est particulièrement dangereux si profondeur importante (accentuation du travail ventilatoire) Il n est alors plus réversible et peut se compliquer rapidement : d une augmentation considérable de la consommation panne d air d une remontée panique ADD Nécessité d assistance et de remontée sans délai

23 ECHANGES GAZEUX ALVEOLAIRES

24 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN SURFACE

25 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN SURFACE Les échanges gazeux se font par diffusion du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré O2 : de l alvéole vers le capillaire CO2 : du capillaire vers l alvéole Le sang arrive «bleu» pauvre en O2 et riche en CO2 et repart «rouge» enrichi en O2 et appauvri en CO2

26 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN SURFACE L air alvéolaire n a pas la même composition que l air atmosphérique - s y ajoute de la vapeur d eau (47 mm Hg) - s y ajoute du CO2 en raison de l espace mort anatomique (voies aériennes + tuba + détendeur) Le sang «bleu» arrive à l alvéole - PpO2 40 mm Hg fort gradient de diffusion O2 de l alvéole vers le capillaire - PpCO2 46 mm Hg faible gradient de diffusion CO2 du capillaire vers l alvéole (mais vitesse diffusion élevée) Le sang «rouge» quitte l alvéole - PpO2 100 mm HG - PpCO2 40 mm HG L azote est à saturation : en surface, aucun gradient entre alvéole et capillaire Notion de shunts : les échanges alvéolaires peuvent être court-circuités le sang reste «bleu» = pauvre en O2, riche en CO2 et chargé en N2

27 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION N2 Lors de la descente : O2 et N2 O2 : la P. partielle de l O2 alvéolaire augmente accentuation du gradient de diffusion de l alvéole vers le capillaire artériel. Les molécules d O2 vont saturer l Hémoglobine à 100%, puis augmenter la fraction dissoute N2 : la P. partielle de l N2 alvéolaire augmente accentuation du gradient de diffusion de l alvéole vers le capillaire artériel. La tension d azote dissout augmente

28 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION N2 Lors de la remontée : O2 et N2 O2 : la fraction dissoute diminue à la faveur de la consommation par l organisme. La P. partielle alvéolaire diminue également avec la P. absolue de l air inspiré, mais moins que l oxygène transporté le gradient reste dans le sens de l alvéole vers le sang N2 : ni produit ni consommé la tension d azote dissout est supérieure à la P. partielle alvéolaire gradient d élimination qui nécessite des procédures de désaturation

29 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION La compréhension des échanges de CO2 au niveau de l alvéole expliquent les mesures de prévention de l essoufflement ventilation lente et ample, insistant sur l expiration pour bien rincer les alvéoles et éviter l accumulation du CO2 Concernant le CO2 Il existe sous forme de traces dans l air de la bouteille l essentiel est produit par l organisme, lors de l effort musculaire La P. partielle du CO2 reste constante en immersion, quelle que soit la P. ambiante Le gradient alvéolo capillaire est faible P alvéolaire CO2 = 40 mm Hg P capillaire CO2 = 46 mm Hg faible diffusion de CO2 du capillaire vers l alvéole Application à l essoufflement Ce faible gradient explique pourquoi un essoufflement est rapidement irréversible Lorsque la fréquence ventilatoire augmente, l alvéole est moins bien «rincée», ce qui augmente la P alvéolaire CO2 (>40 mm Hg) Il en résulte une P CO2 qui s élève à la sortie de l alvéole, ce qui a pour effet d augmenter encore la fréquence ventilatoire Le gradient finit par s annuler complètement ce qui auto aggrave le processus et rend l essoufflement IRREVERSIBLE

30 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION Rôle de l oxygénothérapie Aucune contre indication, que des avantages L O2 augmente considérablement la Pp O2 alvéolaire diminution de Pp N2 alvéolaire qui stimule fortement le gradient d évacuation de l azote augmentation de la tension d oxygène dissout dans le sang favorise l oxygénation des tissus, même en cas d ADD

31 ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION Notion d œdème pulmonaire En temps normal la membrane est imperméable aux liquides (plasma) Si la Pression augmente dans le capillaire, du plasma peut diffuser vers l alvéole œdème pulmonaire Des applications à la plongée seront expliquées ultérieurement Plasma

32 SYNTHESE COMMENT CES CONNAISSANCES ACQUISES EN PHYSIOLOGIE VENTILATOIRE VONT IMPACTER MON RÔLE DE G.P., EN PARTICULIER POUR LA PRÉVENTION DE L ESSOUFFLEMENT Quels sont les facteurs favorisants sur lesquels je peux agir Matériel Combinaison trop serrée, palmes non adaptées Détendeur non compensé ou mal réglé Sur lestage (surtout petits niveaux) Comportement du plongeur Stress, fatigue : augmentent la fréquence et la position «haute» de la ventilation Méforme physique = manque de réserve d adaptation à l effort Mauvaise technique de palmage Conditions de plongée Profondeur : augmente la viscosité de l air respiré Froid : l organisme réagit par une hyperventilation pour produire de la chaleur Courant

33 SYNTHESE COMMENT CES CONNAISSANCES ACQUISES EN PHYSIOLOGIE VENTILATOIRE VONT IMPACTER MON RÔLE DE G.P., EN PARTICULIER POUR LA PRÉVENTION DE L ESSOUFFLEMENT Et surtout Eduquer la ventilation subaquatique Rythme + lent et + ample Forcer sur l expiration et limiter l inspiration (à l encontre des reflexes innés) Préserver la ventilation avant l immersion Limiter les efforts, plonger «à l économie» Apnées expiratoires de contrôle

34 MERCI POUR VOTRE ATTENTION 1 Pour vérifier vos connaissances annotez le schéma ci-contre

35 MERCI POUR VOTRE ATTENTION 1 Pour vérifier vos connaissances annotez le schéma ci-contre Fosses nasales 2. Pharynx 3. Larynx 4. Trachée 5. Côtes et muscles intercostaux 6. Poumon 7. Diaphragme 8. Médiastin / Cœur 9. Alvéoles pulmonaires 10. Bronchiole 11. Bronche souche se divisant en bronches lobaires 12. Plèvre 7