Ventilation et Plongée & Echanges gazeux Rémy HELLER 21 janvier 2015 CTD67
Objectifs
Objectifs Comprendre les différences de fonctionnement du système ventilatoire en milieu normobare et hyperbare Donner les connaissances pour la compréhension des mécanismes des accidents affectant le système ventilatoire Donner les éléments pratiques pour conseiller les plongeurs encadrés par le Guide de Palanquée
Système respiratoire
Voies Aériennes Supérieures
Fosse nasale et sinus Charpente osseuse et cartilagineuse, recouverte d une muqueuse Réchauffent et humidifient l air
Larynx Attention! Spasme de fermeture de la glotte : Sous l effet de la panique En cas d entrée d eau dans les fosses nasale (noyade) Risque de surpression pulmonaire
Voies Aériennes Inférieures Les poumons Tissus spongieux et élastique Hile : site d entrée de chaque bronche souche + vaisseaux Plèvre : sac à double feuillet, contient du liquide pleural en dépression Médiastin : espace entre les 2 poumons Contient le coeur
Arbre bronchique Distribution de l air dans les poumons : 3 lobes à droite, 2 lobes à gauche Alvéoles en grappe
Alvéoles Echanges respiratoires Sac alvéolaire regroupe une dizaine d alvéoles et ressemble à une grappe de raisin 800 millions d alvéoles soit 150 m 2 (surf terrain tennis) Grande élasticité, mais a des limites (surpression!) Surfactant : empêche alvéoles de s affaisser
Echanges gazeux alvéolaires
Mécanisme ventilatoire
Expirer Inspirer
Régulation de la ventilation Chémo- Récepteurs signaux afférents Contrôle Central (SNC) Bulbe Rachidien Automatique/Réflexe ou Volontaire (apnée) Fréquence Volume feedback signaux efférents Muscles Respiratoires
Chémorécepteurs Aortiques et carotidiens : Localisés à la bifurcation des carotides (à proximité de la crosse de l'aorte), et au niveau du cou Stimulés par : ppco 2 artérielle (hypercapnie) ph sanguin artériel (acidose) ppo 2 artérielle (hypoxémie) : joue un rôle important en haute altitude Centraux : Localisés dans le bulbe rachidien Stimulés par : ph du liquide céphalorachidien
Les volumes pulmonaires CV Capacité Vitale ici 4,5L VRI Volume de Réserve Inspiratoire VC Vol Courant VRE Vol de Reserve Expiratoire VR Vol Résiduel 2,5 L : action des muscles élévateurs 0,5 L : action du diaphragme 1,5 L : action des abdominaux et des abaisseurs 1,5 L : volume alvéolaire après expiration forcée Capacité Totale = Somme de l ensemble des vol, dans l ex : 6L Fréquence respiratoire : environ 1 cycle/3-4 sec soit 15 à 20 cycles/min Effort : jusqu à 60 cycles/min à l effort Les volumes et fréquences varient en fonction du sexe, de la taille et de l'âge
Les volumes pulmonaires VRI VC VRE Soufflet ventilatoire Volume courant : mobilisé par une contraction et un relâchement du diaphragme = ventilation au repos Volume de réserve inspiratoire : mobilisé par une contraction du diaphragme et des muscles releveurs, sollicité en cas d efforts Volume de réserve expiratoire : mobilisé par une contraction des muscles abaisseurs et abdominaux, sollicité en cas d efforts Volume de réserve : correspond à l air qui reste dans la trachée et les voies aériennes supérieures lors d une expiration forcée = limites physiologiques Volume mort : correspond aux zones sans échanges VR Anatomique : nez, bouche, pharynx, trachée (env. 200 ml) Physiologique : alvéoles ventilées mais non perfusées
Ventilation dans le volume courant Dans l'air 1/3 inspi 2/3 expi Dans l'eau 2/3 inspi 1/3 expi débit instantané 3 x débit moyen Impact sur le matériel (débit du détendeur)
Spirogramme
Adaptation en plongée Augmentation du travail musculaire ventilatoire Masse volumique de l air augmentation (viscosité) augmentation de la résistance à l écoulement des gaz Afflux sanguin thoracique (+ 700 ml) diminution des volumes pulmonaires Gêne ventilatoire supplémentaire due au matériel combinaison trop petite, lestage, stab serrée,.. Réduction de l élasticité de la cage thoracique : P A Utilisation du détendeur résistances mécaniques L effort musculaire inspiratoire et expiratoire augmente Fatigue et Risque Essoufflement A 60m le débit maximal atteint 70% de sa valeur de surface Le plongeur est un insuffisant respiratoire!
Adaptation en plongée Ventilation buccale Nécessite apprentissage et adaptation maîtrise de la DBN : automatisme VDM, gestion du stress Hydratation/alimentation avant et après la plongée pour compenser les pertes hydriques et caloriques liées Air inspiré : sec et froid, non réchauffé par le nez (recycleur) Entretien régulier du détendeur (filtre changé) et du compresseur pour bénéficier d un air comprimé pur sans poussières
Adaptation en plongée Modifications du cycle ventilatoire Inspiration : bref effort pour ouvrir les clapets, puis le détendeur délivre un air à une pression légèrement supérieure à la pression ambiante inspiration reste légèrement active Expiration : effort pour lutter contre la pression ambiante et la valve d'évacuation du détendeur Expiration devient active et la ventilation se fait dans le VRI Pause respiratoire de fin de cycle est faite ici en inspiration En cas d'essoufflement débutant, il faudra lutter contre les réflexes "terrestres", en limitant le déplacement du VC vers le VRI
Adaptation en plongée Contrôle ventilatoire = Gérer sa respiration sous l eau Prendre conscience de sa ventilation : rythme lent et profond 10 cycles/ min Forcer sur l'expiration et limiter l'inspiration (contrairement au réflexe inné) Apnées de contrôle en fin d inspiration de 3 à 5 s variables selon les plongeurs si difficile à tenir 2s début d essoufflement! ne pas réaliser à la remontée ou au palier Plonger à l économie, ne pas faire faire d efforts inconsidérés (rôle du guide de palanquée)
Conseils avant la plongée Il faut forcer sur l expiration en plongée. Pour cela utiliser la ventilation thoracique et abdominale Augmenter le volume courant, mais diminuer la fréquence respiratoire Effectuer de courtes apnées expiratoires EVITER DE FUMER
Annales CTR Est En plongée, notre ventilation se modifie. Quelles sont les principales modifications? En plongée, notre ventilation se modifie. Quelles sont les principales modifications et les conséquences possibles en terme d accident? Décrivez et chiffrez les différents volumes pulmonaires La ventilation en plongée (7 points) a) Quelles sont les perturbations de la mécanique ventilatoire durant la plongée (matériel, milieu,humain)? b) Quel en est le risque principal? c) Quels conseils donnerez-vous à vos futurs plongeurs? Décrivez les mécanismes inspiratoires et expiratoires permettant le renouvellement de l air alvéolaire. Les explications s appuieront sur des éléments d anatomie
LES ECHANGES GAZEUX
Objectifs Comprendre les mécanismes en œuvre permettant les échanges de gaz dans le corps. Comprendre les variations liées à la plongée. Savoir prévenir les accidents liés aux gaz et assurer la sécurité des membres de la palanquée en plongée.
O 2 : L oxygène Transport des gaz 98 % sont fixés à l hémoglobine Hb (oxyhb) 2 % sont dissous dans le plasma, ce sont eux qui participent aux échanges Hb «relâche» au fur et à mesure l O2 dans le plasma CO 2 : gaz carbonique 87 % dans le plasma sous forme de bicarbonate 8 % combinés à Hb (carbaminohb) 5 % dissous dans le plasma Tolérable jusqu à 0,01 b de PpCO 2 d air respiré C est lui qui déclenche la «soif d air». N 2 : L azote 100 % dissous dans le plasma, il n est ni utilisé, ni produit par l organisme
Transport des gaz Un clandestin CO : Monoxyde de carbone très stable et très rapide avec Hb 300 fois plus rapidement que l O 2 O 2 ne peut plus se fixer Pour être retiré de Hb nécessite oxygénothérapie hyperbare (caisson O 2 ). Intoxication au CO est grave et doit faire l objet de prévention attentive (qualité de l air notamment). Mise sous O 2 rapide pour éviter l hypoxie afin que le sang transporte au moins de l O 2 dissous, et le CO.
Mécanisme d échange des gaz Le mécanisme d échange s appelle la DIFFUSION, mécanisme passif qui veut que les molécules passent du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré Rappel : La quantité de molécules dans un gaz est déterminée par la PRESSION PARTIELLE La quantité de molécules de gaz dissous dans un liquide est déterminée par la TENSION
Composition de l air alvéolaire En passant dans les voies respiratoires, la composition de l air est modifiée car une partie se transforme en vapeur d eau (gaz) dont la Pp est de 47 mm Hg à 37 C Pour une pression atmosphérique moyenne de 760 mm Hg (1,013 b), la pression du mélange d air dans la trachée n est plus que de 760-47 = 713 mm Hg (0,950 b) L air inspiré est mélangé au volume non expiré des poumons (volume résiduel) qui contient moins d O2 et plus de CO2, les PpO2 et PpCO2 dans l air alvéolaire s en trouvent modifiées PpN2 ne change pas entre l air de la trachée et l air alvéolaire car l azote n est pas utilisé par le corps Gaz Air atmosphérique Air trachée Air alvéolaire O2 160 mm Hg 713 x 21 % = 149 mm Hg 100 mm Hg N2 600 mm Hg 713 x 79 % = 564 mm Hg 564 mm Hg CO2 0,22 mm Hg 713 x 0,03 % = 0,21 mm Hg 40 mm Hg
Composition de l'air alvéolaire (mmhg, %) Prof. Pression N 2 O 2 CO 2 H 2 O surface 1b 571 75,2% 102 13,4% 40 5,3% 47 6,2% -10m 2b 1172 77,1% 261 17,2% 40 2,6% 47 3,1% -40m 5b 2973 78,2% 740 19,5% 40 1,1% 47 1,2% +3000m 0,7b 391,2 73,5% 53,8 10,1% 40 7,5% 47 8,8%
Alvéole Sang L hématose (enrichissement du sang en O2 au passage dans les poumons) nécessite que les molécules de gaz traversent : L alvéole (surfactant, liquide et paroi alvéolaire), Le liquide interstitiel entre l alvéole et le capillaire, La membrane et la cellule de la paroi capillaire. Le tout en moins d une seconde
La ppco 2 ne dépend que de la production de CO 2
Consommation en plongée La Pp est la pression qu'aurait le gaz s'il occupait seul le volume disponible En scaphandre, la ppco2 alvéolaire ne dépend donc que du CO2 produit La ventilation maintient la PpCO2 constante à environ 40mmHg Le rythme ventilatoire ne dépend donc que du CO2 produit (et pas de la profondeur) La consommation volumique ne dépend que de l'effort fourni!
Effet shunt «court-circuit» Si une alvéole est bouchée ou endommagée (blessure, surpression ou fumeur par ex) les échanges gazeux ne se font plus Le sang chargé en CO2 «continue sa route» de l artériole vers la veinule et l O2 n est plus transféré L hématose ne se produit pas et le sang «vicié» retourne directement vers les tissus
Guide de Palanquée Condition physique Un entraînement régulier et une hygiène de vie adaptée. Ne pas surestimer les capacités de la palanquée (courant, froid, débutants, âge ) Matériel Un matériel en état et révisé (efforts respiratoires). Qualité d air (compresseur, prise d air ) Bouteille bien ouverte Conditions de plongée Site adapté aux compétences (courant, froid, profondeur) Suivre les directives du DP et adapter les paramètres en fonction des conditions rencontrées et des attitudes de la palanquée (palmage, plongeur à la «traîne» ) Respect des vitesses et des paliers pour permettre les échanges gazeux sans problème Oxygénothérapie Seul remède qui permette l alimentation en O2 des cellules Vérifier l état de «l oxy» avant le départ, connaître son utilisation
Annales CTR Est Expliquez le mécanisme des échanges gazeux respiratoires au niveau alvéolaire. a) Comment sont transportés les différents gaz de l air par le sang? b) Quel est le rôle du CO2 (gaz carbonique) dans la régulation de la ventilation, pourquoi est il important en plongée? a) En quoi le monoxyde de carbone (CO) est-il toxique pour l organisme? b) Quelle est l utilité d une respiration sous O2 pur, d un point de vue physiologique, lors d une intoxication au CO? A l'aide d'un schéma, expliquez les 3 étapes (alvéolaire, sanguine et tissulaire) des échanges et du transport des gaz par l'organisme (O2, CO2 et N2) Quel mécanisme précis est mis en jeu lors ces échanges (au niveau alvéolaire et tissulaire)? Le dioxyde de carbone (CO2 ). (4 points) a) sous quelle forme est-il transporté dans le sang? b) comment est-il évacué? b) Sous quelles formes sont transportés, l oxygène, le CO2 et l azote dans le sang? c) Quelle est l influence de la profondeur sur le transport de ces gaz?