I ) Introduction : L appareil ventilatoire, la respiration N4 La respiration est le problème n 1 de tout plongeur qui a besoin d enrichir son sang en O2 et d éliminer le CO2 produit par son corps. Connaître cet appareil permet de comprendre la cause des accidents et de les prévenir. II ) Description de l appareil ventilatoire : cf planche 1 L air pénètre par les narines dans les fosses nasales où il se réchauffe. Il circule par le pharynx puis passe dans la trachée par l intermédiaire du larynx. L entrée du larynx peut être ouverte, normalement, ou fermée lors de la déglutition par le jeu de l épiglotte et de la glotte. La trachée se divise en deux bronches souches qui elles même se divisent en bronches puis en bronchioles terminées par les alvéoles pulmonaires. La surface d échange offerte par les alvéoles est d environ 100 m2. III ) Phénomène mécanique de la ventilation : a ) expérience : cf planche 2a Dans une bouteille à fond mobile, nous plaçons un ballon de baudruche dont l embout est relié à l extérieur. Nous descendons le fond de la bouteille. Nous créons donc une dépression à l extérieur du ballon, de l air est alors attiré à l intérieur. Remplaçons la bouteille par la cage thoracique, le fond mobile par le diaphragme et le ballon par les poumons. C est donc une augmentation du volume de la cage thoracique qui, créant une dépression, attire l air dans les poumons. 1
b ) fonctionnement : cf planche 2b Les muscles intercostaux et surtout le diaphragme modifient, lors de leur contraction, la forme et le volume interne de la cage thoracique. Il y a extension latérale (côtes flottantes), frontale (sternum) et verticale (abaissement du diaphragme). La variation de volume de cette enveloppe entraîne une dépression intra-thoracique et, par voie de conséquence, pénétration de l air atmosphérique dans les poumons au travers des voies aériennes supérieures. C est l inspiration. Phase active consommant de l énergie. Lors du relâchement de ces muscles, l air contenu dans les poumons est rejeté à l extérieur. C est l expiration. Phase passive ( à l air libre ). c) Volumes respiratoires : cf planche 3 Les mouvements d inspirations et d expirations s enchaînent pour former un cycle dont la cadence est, au repos chez l adulte, d environ 12 à 15 par minutes. Soit environ 20m3/jour. Les variations de volumes engendrées au cours de ce cycle sont (en moyenne ) : Adulte : 15 à 20 respirations / minutes Enfant : 25 à 30 respirations / minutes Bébé : 35 à 40 respirations / minutes Le volume courant Au cours de la respiration calme, par un acte non volontaire déclenché par le système nerveux au niveau du bulbe rachidien, un volume d'air d'environ 0,5 litres est aspiré et expiré à chaque mouvement : c'est le volume courant.le bulbe rachidien réagit au taux de CO2 dans le sang Le volume de réserve inspiratoire Après une inspiration calme, c'est le volume de l'air respiré en supplément grâce à une inspiration forcée. Il est de 1,5 à 2,5 litres en moyenne et varie suivant l'âge, la taille, le sexe, l'état physiologique de l'individu. L'inspiration forcée est notamment pratiquée par le plongeur en libre (sans bouteille) qui s'apprête a plonger en apnée et qui a besoin d'emmagasiner dans ses poumons une grande quantité d'air. 2
Le volume de réserve expiratoire C'est le volume d'air supplémentaire expiré après une expiration calme, grâce à une expiration forcée. Il est d'environ 1, 5 litres, et variable selon les individus pour les mêmes raisons. L'expiration forcée est notamment pratiquée par un sportif avant ou après un effort physique important, Elle est conseillée pour la préparation à la plongée en apnée ou dès que l'on sent les premiers symptômes d'un essoufflement pendant une plongée. En effet, elle permet de diminuer le taux de gaz carbonique contenu dans l'air alvéolaire, grâce à une plus grande dilution de l'air résiduel. Le volume d'air résiduel Après l'expiration forcée, il reste encore dans les poumons, les bronches, la trachée artère et les fosses nasales une certaine quantité de gaz que l'on ne peut expirer : c'est le volume résiduel. Il est d'environ 1 litre, lui aussi variable selon les individus. L espace mort Représente l espace occupé par l équipement servant à respirer, embout ou tuba, environ 0,1 l. La capacité vitale C'est la somme des volumes de gaz expiré après une expiration forcée qui a été précédée d'une inspiration forcée, soit : Volume courant 0,5 litre + Volume de réserve inspiratoire 2,5 litres + Volume de réserve expiratoire 1,5 litres = Capacité vitale 4,5 litres Bien entendu cette capacité vitale est-elle aussi variable suivant les personnes. La capacité totale c'est la somme du volume de la capacité vitale et du volume résiduel Capacité vitale 4,5 litres + Volume résiduel 1 litre = Capacité totale 5,5 litres en moyenne 3
IV ) La ventilation,les échanges gazeux : L alvéole pulmonaire est le siège de la ventilation. Le travail ventilatoire sert à ventiler l air alvéolaire venant au contact du sang circulant dans les capillaires. L air entre en contact du surfactant, pellicule lubrifiante amortissant les extensions et les rétractations et tapissant la paroi de l alvéole, l épithélium, dont l épaisseur est inférieure au micron. La face externe le l alvéole est tapissée par les capillaires sanguins : les artérioles où circule le sang pauvre en O2 et chargé en CO2 les veinules où circule le sang renouvelé en O2 et appauvrit en CO2 L étape alvéolaire des échanges gazeux est appelée l hématose ou diffusion alvéolocapillaire. C est en effet par un phénomène de diffusion que les équilibres des gaz s effectueront. La diffusion dépend, entre autres, de la différence entre la pression partielle du gaz dans l air et du taux du gaz dissout dans le sang. La diffusion rend égales ces deux valeurs. Dans l alvéole, lors d une inspiration normale, il pénétrera environ 0,4 l d air frais, représentant le volume courant moins l espace mort. Cet air frais se mélangera à l air résiduel et à celui de la réserve expiratoire. Soit 0,4 l d air frais pour 2,5 l d air non renouvelé. L air atmosphérique contient en pression partielle : Valeurs données à titre d info O2 155 mmhg CO2 0,3 mmhg L air alvéolaire contient classiquement en pression partielle : O2 103 mmhg CO2 40 mmhg Le sang artériel pulmonaire contient : O2 40 mmhg CO2 46 mmhg Le sang veineux pulmonaire contient après la diffusion : O2 100 mmhg CO2 40 mmhg 4
Application à la plongée : Phénomènes mécaniques : Poids volumique de l air augmente = difficulté de respiration Dilatation de l air à la remontée = surpression pulmonaire Espace mort = facteur d essoufflement (planche 3) Phénomènes biochimiques : Augmentation des Pp Accident O2 Accident N2 Accident CO2 Phénomènes biophysique : Dissolution de N2 augmente : Reprise de sa forme gazeuse = accident de décompression 5
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Planche 2a Planche 2b 7
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V) La surpression pulmonaire : Lors de la remontée, une expiration insuffisante par rapport à la vitesse, voire pas d expiration du tout, provoque une surpression pulmonaire pouvant être mortelle. a) Les causes peuvent être : - exercices de préparation au N4 - Stress, remontée panique,anxiété - Essoufflement - Méconnaissance (débutants) - Crise d'asthme, malformation anatomique - Manœuvre de Vasalva à la remontée - Inhalation d'eau, geste technique - Détendeur en panne, soupape d expiration dure - Apnée b) Les symptômes : Ils varient selon la gravité de l'accident : - douleur thoracique, vomissement, cou proéminent, gonflé, air insufflé sous la peau - difficulté à respirer, sensation de suffoquer, toux, bave, crachats sanglants (spume) - angoisse, visage livide, bleuissement et refroidissement des extrémités - troubles sensitifs, troubles visuels, difficultés à parler, paralysies, maux de tête - troubles de la conscience, convulsion, coma - arrêt ventilatoire puis cardiaque, mort Symptômes signe pulmonaire : glotte, sensation d étouffement, douleur thoracique Symptômes signe généraux : état de choque Symptômes signe neurologique : crise épilepsie, paralysie, perte de la parole, vertiges Symptômes signe cutané : emphysème, gonflement Les symptômes apparaissent très rapidement, dans l'eau ou à la sortie de l'eau. 9
Il est à noter qu une surpression agit sur l ensemble des alvéoles qui sont contigües. Celles ci ne se déchirent donc pas, excepté en périphérie. Cette surpression occasionne une compression des parois intra-alvéolaires avec pénétration de petites bulles d air dans la circulation, avec augmentation du volume à la remontée, sans signes flagrants d accident. Il est donc possible de constater des symptômes cérébraux sans douleurs ou signes manifestes. c) Conduite à tenir : RIFAP - assistance dans l eau - déséquiper et sortir la victime de l'eau - allonger la victime, les jambes relevées - entreprendre immédiatement une inhalation d'oxygène pur, faire boire de l eau - alerter les secours d) Prévention : Pour éviter la surpression pulmonaire, il faut : - avertir et surveiller le débutant - apprendre à plonger - laisser un libre jeu à la respiration et surtout à l'expiration lors de la remontée - ne jamais passer son embout à un plongeur en apnée sans remonter avec lui - rester maître de sa remontée même si elle doit être rapide - pas de Vasalva à la remontée - souffler si on remonte sans embout (RSE) 10
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VI) L essoufflement en plongée : Sauf s il provient de l air présent dans la bouteille (erreur durant le gonflage), le CO2 présent dans l air alvéolaire est le résultat de la respiration cellulaire, donc de la quantité d énergie produite, directement liée à l effort produit ou à la lutte contre le froid (augmentation du métabolisme). Sa pression partielle est donc indépendante de la profondeur. Les modifications de la ventilation alvéolaire en plongée favorisent l apparition précoce de l essoufflement : - l air est plus visqueux, dû à l augmentation de la masse volumique - le détendeur augmente l espace mort et les efforts inspiratoires et expiratoires Toutes les conditions sont réunies pour déclencher un essoufflement qui peut survenir suite à : - une expiration non adaptée à l effort - un excès de lestage (position de l hippocampe) - un défaut matériel : bloc mal ouvert, détendeur dur - l adaptation au milieu : froid, stress En cas d apparition d un essoufflement, il faut absolument : - cesser tout effort - forcer sur l expiration, trois fois suffisent en général pour passer l essoufflement - entamer une assistance et une remontée, prendre garde à la surpression Attention : l issue fatale d un essoufflement est la noyade Planche 3 12
VII) La noyade 13
VIII) L intoxication au CO (monoxyde de carbone) : 14