Les échanges gazeux Cours de Niveau 4 21/08/2016 Version 1
Historique du document Date version auteur changement/ajout 21/08/2016 1 Création
Table des matières 1 Introduction... 4 2 Rappel... 5 2.1 La composition de l air...5 2.2 Loi de Henry...5 2.3 Loi de Dalton...5 2.4 Le système ventilatoire...6 2.5 Le système circulatoire...6 3 Principe des échanges gazeux... 7 3.1 Etape alvéolaire...7 3.2 Etape tissulaire...9 3.3 Les échanges gazeux en fonction de la profondeurs et de la période... 10 3.3.1 En surface... 10 3.3.2 Lors de la descente... 11 3.3.3 Lors de la remontée... 12 4 Les échanges gazeux et la plongée... 13 4.1 L essoufflement... 13 4.2 L ADD... 13 4.3 La surpression pulmonaire... 13 4.4 Le froid... 13 4.5 En apnée... 14 4.6 Présence d eau salé dans les alvéoles pulmonaires... 14
1 Introduction L intérêt de ce cours est de connaitre le mécanisme des échanges gazeux afin de comprendre les effets de certains accidents.
2 Rappel 2.1 La composition de l air Azote (N2) --> 79.03% Oxygène (O2) --> 20.93% Gaz carbonique (CO2) --> 0.03% Plus quelques traces de gaz rares Pour la commodité des calculs, nous considérons qu'il y a 20% d'oxygène et 80% d'azote dans l'air. L'oxygène est le gaz vital, c'est le comburant nécessaire au métabolisme cellulaire. L'azote ne sert à rien, si ce n'est le diluant de l'oxygène, il est neutre. 2.2 Loi de Henry A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide. 2.3 Loi de Dalton A température donnée la pression absolue d un mélange est égale à la somme des pressions partielles des gaz constituant le mélange. La pression partielle d'un gaz = pression absolue x % du gaz présent dans le mélange La pression partielle de N2 = pression absolue x % N2 dans le mélange La pression partielle d'o2 = pression absolue x % d'o2 dans le mélange Pression PpN 2 (bar) PpO 2 (bar) Surface (1 bar) 0,8 0,2 10 m (2 bars) 1,6 0,4 20 m (3 bars) 2,4 0,6 30 m (4 bars) 3,2 0,8 35 m (4,5 bars) 3,6 0,9 Pression et tension : La tension (T) représente la quantité de gaz dissout dans un liquide. Elle est proportionnelle à la pression exercée sur ce liquide. Pour un plongeur le
liquide correspond au tissu humain. 2.4 Le système ventilatoire Le système ventilatoire, assure le renouvellement des gaz à partir de l air extérieur dans les alvéoles pulmonaires. 2.5 Le système circulatoire Le système circulatoire, apporte les nutriments et l oxygène aux cellules et élimine le gaz carbonique et les toxines.
3 Principe des échanges gazeux Les systèmes ventilatoire, respiratoire et circulatoire associés permettent les échanges gazeux par diffusion (loi de Henry) et par différences de pressions partielles, d un tissu à un autre (loi de Dalton). Les échanges gazeux se déroulent en deux étapes : une phase alvéolaire et une phase tissulaire, le sang jouant le rôle de transporteur de l une à l autre. 3.1 Etape alvéolaire C est l étape primaire des échanges gazeux. C'est dans les alvéoles pulmonaires qu'on lieu les échanges respiratoires. Ces échanges se font par diffusion : processus physique qui veut que les molécules d O2 passent d'un compartiment où elles sont hautement concentrées vers un compartiment de plus basse concentration. L'échange gazeux est réalisé grâce à la différence de Pp entre l intérieur de l alvéole pulmonaire et le capillaire sanguin. Les alvéoles ont pour principales fonctions d'enrichir le sang d'o2 et d'éliminer du sang le CO2 évacué par l expiration. Cette étape d échange aux niveaux des alvéoles est appelée l HEMATOSE : Ensemble des échanges alvéolo-capillaires permettant l apport d oxygène au sang et l élimination du gaz carbonique produit par les cellules. Sang hématosé : sang riche en oxygène.
- l alvéole (surfactant, liquide et paroi alvéolaire) - le liquide interstitiel remplit l espace entre la paroi alvéolaire et la membrane du capillaire.
3.2 Etape tissulaire Au fur et à mesure de son parcours dans notre corps, le sang libère des molécules d O2. Ces molécules se fixent sur les cellules qui en contreparties, rejettent du CO2. Encore une fois c est grâce à la différence de pressions partielles entre le sang et les tissus que peut se faire ce prélèvement de l O2 et le rejet du CO2. Pour vivre la cellule consomme l O2. Une fois l O2 livré à la cellule, l hémoglobine continue son rôle de transporteur en ramenant vers les poumons le CO2 sous forme combiné. Cette phase d échange tissulaire de l O² et du CO2 se nôme la respiration Pendant la phase de descente et lors du séjour au fond, l azote passe du sang vers les cellules alors que le phénomène s inverse a la remontée.
3.3 Les échanges gazeux en fonction de la profondeurs et de la période 3.3.1 En surface
3.3.2 Lors de la descente Représentation schématique d une alvéole pulmonaire Représentation schématique de la circulation sanguine Représentation schématique d un tissu
3.3.3 Lors de la remontée Représentation schématique d une alvéole pulmonaire Représentation schématique de la circulation sanguine Représentation schématique d un tissu
4 Les échanges gazeux et la plongée De par notre activité de plongeur et donc des variations de pression les échanges gazeux interviennent dans les différents incidents et accidents en plongée. 4.1 L essoufflement Principal cause de l essoufflement est l Hypercapnie, se trouve être la présence trop importante de CO². Lors de la phase d essoufflement l expiration mal ou pas réalisé ne favorise donc pas l expulsion du CO² en trop. Car l échange gazeux, du tissu capillaire sanguin vers l intérieur de l alvéole pulmonaire, ne se réalise plus à cause d une PpCO² intra alvéolaire trop importante. 4.2 L ADD Lors de la phase de remontée, il est important de laissé le temps à l organisme de désaturer en Azote. Cette désaturation est réalisée par l échange gazeux tissulaire et alvéolaire. Si l échange alvéolaire n a pas le temps de s effectuer correctement c est l ADD. 4.3 La surpression pulmonaire Lors d une surpression pulmonaire les alvéoles pulmonaires se trouvent être endommagé et dans l incapacité de réaliser l échange gazeux alvéolaire. - Alors que le corps continu à produire du CO² sans pouvoir l extraire le plongeur se trouve dans une hypercapnie importante. - L apport d O² ne sera plus assuré entrainant une anoxie - Le N2 saturer dans les tissus ne sera plus évacué ajoutant un ADD à la SP 4.4 Le froid Le froid cause de la vasoconstriction périphérique provoque une augmentation de la viscosité sanguine, qui ralentie l échange gazeux du tissu capillaire sanguin vers l intérieur de l alvéole pulmonaire. Ce qui : - Ne favorise pas l extraction du CO² - Ne favorise pas l apport d O² - Ne favorise pas la désaturation de l azote d où un risque d ADD
4.5 En apnée l'o2 n'étant plus renouvelée, notre organisme ne dispose plus que d'une quantité réduite de ce gaz. La pression alvéolaire diminuant les tissus ne vont recevoir que des quantités d'o2 de plus en plus faibles. Pendant la descente, la pression exercée par l'eau sur notre corps entraîne une augmentation de la pression partielle d'o2, avec un confort respiratoire relatif, qui va compenser sa diminution conséquente à son utilisation par notre organisme. Pendant la remontée, le phénomène est inversé, la pression ambiante diminuant, la pression partielle d'o2 va chuter et ce d'autant plus brutalement que notre organisme continue de prélever de l'o2 pour ses besoins métaboliques. Cette diminution pourra être si importante que la pression partielle alvéolaire d'o2 sera inférieure à la pression partielle d'o2 dans les capillaires. Les échanges vont alors être inversés: l'o2 va quitter les capillaires pour repartir dans les alvéoles. Tous ces phénomènes, aboutissant à diminuer la quantité d'o2 disponible, vont rapidement nous conduire à l'anoxie et être ainsi à l'origine d'accidents. Le CO2 est produit constamment par le métabolisme des cellules sa pression partielle va augmenter lentement. Le CO2 étant le principal stimulus déclenchant la ventilation, à partir d'un certain seuil, la reprise de ces mouvements respiratoires sera obligatoire et même incontournable si l'apnée a été exagérément prolongée. 4.6 Présence d eau salé dans les alvéoles pulmonaires Si il y a de l eau salée dans les alvéoles pulmonaires le sel endommage le surfactant pulmonaire ce qui ne permet plus un échange gazeux correct.