Le pharynx. C'est un carrefour aéro-digestif qui fait communiquer la voie aérienne avec le larynx et la voie digestive avec l oesophage. Fosses nasales Voile du palais Luette Langue Epiglotte Oesophage Larynx Le larynx. Il constitue la partie supérieure, l'embouchure qui conduira l'air aux poumons. Il présente un squelette cartilagineux constituant la glotte, l'épiglotte, les cordes vocales supérieures et inférieures. b) Les voies aériennes inférieures. La trachée. C'est un tuyau fibro-cartilagineux d'environ 12 cm se divisant en deux bronches amenant l'air aux poumons. Elle est tapissée d'une muqueuse à cils vibratoires et à glandes à mucus jouant un rôle de protection contre les corps étrangers. Les bronches et les bronchioles. Elles constituent, avec les alvéoles, les poumons. Elles se ramifient successivement pour aboutir aux alvéoles. Les alvéoles. Elles constituent la structure de base du système ventilatoire. C'est à ce niveau que s'effectuent les échanges respiratoires. Regroupées elles forment une superficie d'échange d'environ 200 m 2. Portion de lobule pulmonaire Entrée et sortie de l air alvéolaire renouvelé partiellement à chaque cycle ventilatoire Réseau de capilaires Bronchiole Alvéole O2 CO2 Veinule alvéolaire Artériole alvéolaire O2 Surfactan Diffusion Retour du sang enrichi en O 2 et appauvri en CO 2 Arrivée du sang riche en CO 2 et pauvre en O2 Thierry GOMILA 31
c) La mécanique ventilatoire. L'inspiration et l'expiration. Ils sont essentiellement produits par le diaphragme, muscle large en forme de coupole séparant le thorax de l'abdomen, et par certains muscles intercostaux. Diaphragme Muscles inter-costaux Diaphragme Muscles inter-costaux Expiration Inspiration Les volumes pulmonaires. Les volumes d'air déplacés par les divers actes de la mécanique respiratoire, se définissent comme suit : Volume courant... 0,5 à 1 litre Volume de réserve expiratoire... 1 à 1,5 litre Volume de réserve inspiratoire... 2,5 à 3,5 litre Volume résiduel... 1 à 1,5 litre Capacité totale (CPT) Volume résiduel VR Volume de réserve expiratoire VRE Volume courant (VT) Volume de réserve inspiratoire VRI Capacité vitale CV Capacité résiduel fonctionnelle CRF Thierry GOMILA 32
Les échanges gazeux pulmonaires. Les différences entre l'air inspiré et l'air expiré montre qu'il y a, au niveau pulmonaire, un échange gazeux avec le sang. L'air s'enrichit en dioxyde de carbone et s'appauvrit en oxygène comme le montre le tableau suivant. Oxygène (O 2 ) Dioxyde de Carbone (CO 2 ) Azote ( N 2 ) Air inspiré 20% 0,03% 79,97% Air expiré 16% 4,30% 79,70% Différence chez l'homme adulte au repos. La diminution d'azote dans l'air expiré n'est pas réelle, il faut également tenir compte d'une part de vapeur d'eau. Tous les échanges gazeux pulmonaires et tissulaires s'expliquent par le phénomène de diffusion. Ses échanges sont déterminés par les différences de tension partielles de chaque gaz entre les deux milieux. C0 2 Alvéole pulmonaire Diffusion 02 Capillaire pulmonaire Artères Capillaire des tissus Plasma Globules rouges Plasma 02 dissous C0 dissous Hb0 2 2 HbC0 2 C0 2 dissous 02 dissous Liquide interstitiel C0 2 dissous 02 dissous Diffusion Cellule Consommation d O2 Production de CO2 d) La ventilation en plongée. En plongée, la respiration se fait sous pression. Plus le plongeur est profond plus l'air qu'il respire est comprimé c'est à dire, plus l'air est dense. Le travail respiratoire va augmenter du fait des forces de frottement des gaz dans les voies aériennes et des forces d'inertie liées aux masses gazeuses en mouvement. Ces forces sont de plus en plus importantes en raison de la densité de ces gaz. Thierry GOMILA 33
C'est une des raisons qui nous font remplacer l'air, aux grandes profondeurs, par des mélanges plus légers à base d'hélium. (Un mélange hélium oxygène, à 1,3 % d'o2, respiré à 300m est à peu près équivalent au point de vue densité à de l'air respiré à 40m). Soumis à ces modifications, le plongeur va respirer plus lentement, mobiliser un volume courant plus important et faire une pause après inspiration. Ce qui va donner : une diminution de la ventilation, une augmentation de l'effort ventilatoire, une augmentation de CO 2, une diminution de la sensibilité au CO 2 (accoutumance), un travail subaquatique plus difficile, une augmentation de la sensibilité du plongeur à l'essoufflement. 3) L'appareil circulatoire. Le système circulatoire a pour but de véhiculer, jusqu'aux cellules, oxygène et aliments et de ramener les déchets de l'activité cellulaire, qu'il va éliminer en dehors de l organisme. Artère sous-claviaire Veine jugulaire Artère carotide Poumon Artère pulmonaire Capillaires alvéolaires Veines pulmonaires Veine hépatique Foie Artère hépatique Veine porte Coeur Aorte Oreillette gauche Oreillette droite Ventricule gauche Ventricule droit Rein Artère reinale Veine reinale Veine cave inférieure Artère iliac Capillaires gastro-intestinaux Artère fémorale Veine fémorale Thierry GOMILA 34
Le système circulatoire est constitué : d'une pompe : LE COEUR, de tuyaux : LES ARTERES et LES VEINES. Les artères sont des tuyaux qui amènent aux cellules le sang riche en oxygène, le sang rouge. Les veines sont des tuyaux qui partent des cellules, emmenant le sang chargé de déchets, le sang noir. Les artères se ramifient pour former des artérioles puis des capillaires artériels. Les veines, elles, se ramifient pour former des veinules puis des capillaires veineux. a) Disposition d'ensemble du système circulatoire. On distingue généralement deux systèmes circulatoires : La grande circulation qui irrigue tout l'organisme, toutes les cellules. Le sang riche en oxygène étant transporté par l'aorte et ses branches jusqu'aux tissus, et le sang appauvri ramené au coeur par les deux grosses veines caves. Cette circulation se fait avec une forte pression appelée tension artérielle. La petite circulation qui est le circuit d'oxygénation du sang. Le sang appauvri étant transporté par les artères pulmonaires et ses branches jusqu'aux alvéoles pulmonaires où il est enrichi en oxygène et repart vers le cœur par les veines pulmonaires. Cette circulation se fait avec une faible pression artérielle. b) Le coeur. C'est un muscle strié non volontaire. Il a un fonctionnement automatique, mais il est contrôlé par le système neurovégétatif comme un muscle lisse. Aorte Valvule sigmoïde Oreillette droite Valve tricuspide Ventricule droit Veine cave inférieure Artère pulmonaire Veines pulmonaires Oreillette gauche Valve mitrale Cloison interventriculaire Ventricule gauche Thierry GOMILA 35
Le coeur est constitué de deux pompes distinctes, le coeur droit et le coeur gauche qui ne communiquent pas. Chaque coeur est formé de deux cavités superposées: une petite cavité en haut, faiblement musclée, c'est l'oreillette ; une grande cavité en bas, fortement musclée, qui constitue le véritable moteur de la pompe cardiaque : le ventricule. Entre ces différentes cavités se trouvent la valvule mitrale pour le coeur gauche et la valvule tricuspide pour le coeur droit. A la sortie de l artère pulmonaire et à la sortie de l'aorte se trouvent les valvules sigmoïdes. Ces valvules servent d'anti-retour au moment des différentes contractions du coeur (contraction auriculaire, contraction ventriculaire). L aorte et les carotide sont équipées de cellules sensorielles (sinus carotidien, ) qui permettent de mesurer le taux de gaz carbonique et détecter les variations de pressions artérielles dans le sang à la sortie du cœur gauche. Le sinus carotidien ne mesurant que la quantité de gaz carbonique, le fait de rabaisser volontairement le taux de gaz carbonique en pratiquant plusieurs hyperventilation prive le cerveau d une information capitale (voir Apnée et rendez-vous syncopal). Fonctionnement du cœur : Le coeur est un muscle à fonctionnement automatique mais pas complètement autonome. Ce fonctionnement automatique se fait par l'intermédiaire d'un système nerveux particulier intracardiaque qui commandes les contractions (systoles), et les relâchements (diastoles) du coeur. Diastole ventriculaire Systole ventriculaire Ce système nerveux n'est pas entièrement autonome, il est géré par le système neurovégétatif augmentant ou diminuant la fréquence des battements du coeur. Thierry GOMILA 36
Nerfs para-sympathiques RALENTISSENT Carotides Centre modérateur (bulbe rachidien) Centre accélérateur (moelle cervicale) Nerfs sensibles aux variations de pressions artérielles Nerfs sympathiques ACCELERENT c) Le sang. Tout ce mécanisme sert à véhiculer le sang constitué par un liquide, le plasma dans lequel se meuvent des éléments cellulaires : les globules rouges, chargés d'hémoglobine, et qui transportent l oxygène (4 à 5 millions par mm 3 ), Les globules blancs ou leucocytes, doués de mobilité et chargés de la lutte contre l'infection (7 000 par mm 3 ), Les plaquettes, qui interviennent dans la coagulation (300 000 par mm 3 ). Le sang va se charger en oxygène au niveau des poumons, en substances alimentaires au niveau du tube digestif et du foie, va porter oxygène et aliments aux cellules, au niveau desquelles il se chargera en déchets. Enfin il va se décharger de ces déchets au niveau des poumons, des reins, de l'appareil digestif, de la peau, etc. d) La diffusion. La diffusion est le phénomène qui permet les échanges gazeux de l alvéole pulmonaire à la cellule. Voir page 32. 4) L'appareil neurologique. a) Introduction. Le système nerveux est constitué par une multitude de neurones. Leur nombre serait de 15 milliards chez l'homme dont 9 milliards rien que pour le cerveau. Thierry GOMILA 37
Bulbe rachidien Cerveau Cervelet Plexus brachial Moelle épinière Nerf radial Nerf médian Nerf cubital Plexus lombaire Plexus sacré Nerf sciatique Il est constitué par : l'encéphale, la moelle épinière, de multiples nerfs. Thierry GOMILA 38
Le système nerveux a des taches bien précises, il doit : PERCEVOIR des stimulis qui sont des modifications énergétiques ou chimiques des milieux intérieurs et extérieurs, et cela grâce à des structures spécialisées appelées RECEPTEURS. TRANSMETTRE aux centres nerveux ces informations sous forme codée (nerfs sensitifs). ELABORER une réponse consciente (cerveau) ou inconsciente (cerveau basal). CONDUIRE cette réponse à des organes effecteurs dont l'activité sera modifiée et ajustée aux conditions changeantes des milieux intérieurs et extérieurs (ex : nerfs moteur vers muscles). L'appareil neurologique est constitué de deux appareils : L'appareil neurovégétatif commandé par le cerveau basal (cervelet, bulbe rachidien, thalamus, hypothalamus, épiphyse, hypophyse,...) siège de la vie végétative. L'appareil cérébrospinal commandé par le cerveau, siège de la vie de relation (sens, vie affective, sociale, intelligence,...). b) Le neurone. Les neurones sont gros consommateur d'oxygène et de glucose et sont extrêmement fragiles (lésions irréversibles si 3' d'hypoxie ou 30' d'hypoglycémie). Le rôle principal du neurone est de transmettre des excitations (influx nerveux). Dans un neurone, le sens de la propagation de l'influx nerveux se fait toujours dans le même sens : dendrite > axone > arborisation terminale. Thierry GOMILA 39
c) Exemples de différents réflexes. Le réflexe ventilatoire. La mécanique ventilatoire est inconsciente. Dans le bulbe rachidien, un centre ventilatoire reçoit des informations du sang : si ce dernier contient trop de gaz carbonique, la respiration s'accélère par suite de la stimulation des muscles ventilatoires par des nerfs sensibles au gaz carbonique situés dans un renflement de l'artère carotide : le sinus carotidien. Centre respiratoire Sinus carotidien Moelle épinière Aorte Coeur Nerf du diaphragme (nerf phrénique) Poumon gauche Côtes Muscle intercostal Diaphragme Toute inspiration profonde engendre un influx nerveux qui se transmet au centre ventilatoire (1). Ainsi excité, celui ci transmet de nouveaux influx aux muscles intercostaux (2) et au diaphragme (3), qui déclenchent l'expiration. (L'inspiration appelle l'expiration.) Thierry GOMILA 40
Le réflexe de flexion. C'est un réflexe de défense. Se piquer un doigt, toucher une surface brûlante, déclenche le retrait brutal de la main. La sensation de douleur nous parvient lorsque le réflexe est terminé. L'arc réflexe : une excitation enregistrée au niveau de la peau par un récepteur tactile ou au niveau des tendons, déclanche la contraction du muscle fléchisseur ou extenseur, selon le type de réflexe. Se réflexe est très utile aux médecins pour déterminer si un plongeur se trouve en accidents de décompression. En effet ce réflexe ne fait intervenir que la moelle épinière (le cerveau n est pas sollicité), plus le réflexe est rapide plus l accident de décompression est grave. Thierry GOMILA 41