Physiologie plongée profonde
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Physiologie plongée profonde Au menu : • • • • • Cœur & circulation Le système respiratoire Le système nerveux L’oreille Le tube digestif Cœur et circulation – La pompe cardiaque • • • • Fonctions Anatomie Fonctionnement Régulation – Circulation • Le sang • Les vaisseaux • Le circuit FONCTIONS –Essentiellement transport d’énergie & de l’oxygène –Rejet des déchets –Mais aussi: défense de l’organisme, thermorégulation … Cœur et circulation • Un système composé: – D’un fluide: le sang - De tuyaux pour le transport: les vaisseaux sanguins – D’une pompe: le cœur Le cœur C’est une pompe aspirante & refoulante indispensable à la circulation du sang. Il se situe dans le thorax: le médiastin (Région entre les poumons) Le cœur: anatomie sup Valvule tricuspide Cœur droit Veine cave inf Cœur gauche Anatomie •Un muscle puissant: le myocarde •Des portes pour fermer les cavités: les valves:(qui sont des systèmes anti-retour) •Entre oreillettes et ventricules •Entre ventricules et artères Une paroi entre cœurs droit & gauche: Étanche sauf parfois au niveau du foramen ovale Le foramen ovale est un shunt artériel entre l’oreillette droite et l’oreillette gauche. Lors de la croissance, ce shunt se bouche naturellement. Mais il semblerait que ce ne soit pas systématiquement le cas et qu'environ 30 % de la population présente un foramen ovale perméable (FOP). Si, en règle générale, ce FOP ne présente pas d'incidence sur les conditions de vie, il peut en être autrement en plongée .Il est en effet un facteur aggravant de deux accidents de plongée: l’ADD et l’hyper pression pulmonaire Anatomie En cas d’ hyper pression, il peut s’ouvrir … attention aux bulles , elles passent alors dans la circulation systémique! une raison de plus de ne pas faire de Valsalva à la remontée ! Et d’être prudent sur la plongée enfant ! -> Fonctionnement Remplissage des cavités phase passive = la diastole Contraction du myocarde: éjection du sang phase active = la systole (fermeture et ouverture des valvules coordonnées) Le cœur:fonctionnement En moyenne 60 à 70 cycles / min En plongée: ralentissement du rythme: bradycardie A l’effort: accélération du rythme: tachycardie Régulation Fonctionnement autonome Mais adaptation: grâce à des messages véhiculés par des hormones, des nerfs: en fonction de la charge artérielle, des pressions partielles en gaz, … ex: bradycardie et froid Mais……………!!!!! Aucun contrôle volontaire sur cette régulation Régulation Cette régulation ajuste ainsi le débit cardiaque: fréquence cardiaque x volume éjecté 5-6 litres/min au repos jusqu’à 20 -30 litres/min à l’effort : pour apporter plus d’énergie aux muscles … Mais … alors plus d’échanges gazeux donc plus d’azote circule … La circulation: le sang • principales composantes: –La phase liquide (80%): le plasma –Les molécules en suspension: protéines, ions, glucose, hormones, des gaz dissous … => Différentes protéines interviennent ainsi rapidement en cas d’agression du vaisseaux, de corps étranger (bulles d’azote par exemple) le sang • principales composantes: • Les globules blancs: l’arme de défense ( par exemple contre les bulles) • Les plaquettes: pour colmater les brèches (rôle important dans la coagulation) • Les globules rouges: pour transporter l’oxygène La circulation: les vaisseaux • Ceux qui partent du cœur: les artères – Grosse paroi musclée et élastique (maintien de la pression artérielle) – Se divise en artères plus petites puis en artérioles puis en capillaires La comparaison botanique s’impose! La circulation: les vaisseaux Ex: la plus grosse artère: l’aorte: Tronc brachio céphalique Carotide primitive G Artère sous Clavière G Aorte Aorte La circulation: les vaisseaux • Ceux qui vont vers le cœur: les veines – Paroi plus fine – Système de clapet anti reflux et action du massage musculaire pour le retour sanguin – Après les capillaires, veinules puis petites veines qui se regroupent en veines plus grosses La circulation: le circuit • 2 circulations – La petite: circulation pulmonaire pour éliminer les déchets (CO2 surtout) et se recharger en O2 – La grande: circulation systémique pour apporter l’O2 à l’organisme • Elles sont montées en série … mais l’alimentation vers les organes est montée en parallèle donc pas de coupure générale si pb à un endroit La circulation: le circuit La grande circulation: part du cœur gauche par l’aorte: sang riche en O2 et pauvre en CO2 apporte l’O2 aux tissus (muscles, os …) et en prend les déchets (CO2) revient au cœur droit par les veines caves sup et inf (sang riche en CO2 et pauvre en O2) La petite circulation: part du cœur droit par l’artère pulmonaire: sang riche en CO2 et pauvre en O2 subit les échanges gazeux au niveau des poumons (capillaires): revient au cœur gauche par les veines pulmonaires (sang riche en O2 et pauvre en CO2) Circulation: les échanges gazeux • Temps de passage du sang dans les capillaires alvéolaires : 0,75 s au repos et 0,25 s à l’effort • À l’effort le gradient d’élimination du CO2 est très faible essoufflement Les modifications liées à la plongée La circulation • En plongée, Archimède est là ! ⇒ Redistribution de la masse sanguine vers la circulation thoracique, en particulier pulmonaire: ⇒stimule:capteurs de pression -> bradycardie et capteurs de volume -> évacuation du « trop »: diurèse d’immersion => Nécessité de boire + Diurèse d'immersion Autre facteur le froid! Le système respiratoire •On respire sans réfléchir ... Sauf en plongée ! Le système respiratoire Respiration ≠ ventilation … • Ventilation : circulation de l’air • Respiration: utilisation des gaz de l’air Les voies aériennes • On distingue les voies aériennes supérieures : L’air est canalisé, filtré, réchauffé, humidifié: surtout par le nez ! En plongée on respire par la bouche! Bouche Fosses nasales Langue : un obstacle possible en secourisme … Pharynx: un endroit stratégique pour les oreilles ! Larynx: la glotte, les cordes vocales Epiglotte: un cartilage qui fait la circulation ! Trachée L’œsophage: voie digestive Vers les poumons Les voies aériennes inférieures Comme les vaisseaux les bronches se divisent en bronches plus petites puis en bronchioles Les voies aériennes • Les voies aériennes inférieures Sac alvéolaire: comme une grappe de raisin … Bronchiole Alvéole pulmonaire Les alvéoles Au bout de l’arbre, les alvéoles, entourées de nombreux capillaires sanguins • Surface alvéolaire ≈ 150 à 200 m² ATTENTION!!! Faible limite élastique, encore plus faible chez l'enfant !!!! Les voies aériennes • L’alvéole est comme un ballon de baudruche: – Se gonfle et se dégonfle – Mais, pour cela, ses parois ne doivent pas se « coller » et l’alvéole doit se remplir facilement d’air => Le surfactant pulmonaire (facilite l'expansion des alvéoles à l'inspiration et les maintient ouvertes pendant l’expiration. Le surfactant joue en outre un rôle dans la perméabilité alvéolaire ) Muscles de la ventilation • Le diaphragme : inséré sur les vertèbres lombaires, les côtes et le sternum • Les élévateurs des côtes (pectoraux, grand dentelé, scalènes, sterno cléido mastoïdien) • Les inter-costaux : insérés entre les côtes • Les abdominaux • Les abaisseurs des côtes (triangulaire du sternum, carré des lombes, petit dentelé inférieur) ⇒ Ces muscles font varier le volume des poumons : l’air entre car le volume des poumons augmente et sort car il diminue !!! La ventilation •L’inspiration est active plus active en plongée: – Pression ambiante – Détendeur • L’expiration est un phénomène normalement passif • Entre 12 et 20 cycles/min La ventilation • En plongée l’expiration devient active: – Détendeur – Mobilisation des muscles intercostaux et abdominaux ⇒Respirer demande donc plus d’efforts en plongée … ces efforts dépendent en partie du matériel (détendeur) … ⇒ d’où le risque plus important d’essoufflement La ventilation On mobilise des volumes respiratoires: ⇒La CV varie en fonction du sexe, de la taille et de l'âge Vol de réserve inspiratoire (2,5L) Volume courant (0,5 L) Capacité vitale Capacité pulmonaire totale Vol de réserve expiratoire (1,5 L) Volume résiduel (1 L) ⇒Espaces morts : zones ventilées sans échanges : •nez, bouche, pharynx, trachée (env. 150 ml) •alvéoles ventilées mais non perfusées La ventilation •Donc le plongeur dispose d’une bouée naturelle d’environ 4 à 5 litres … notre célèbre poumon ballast! Mais!…… Ventilation en plongée • espace mort (détendeur) ⇒ fréquence ventilatoire • élasticité pulmonaire par reflux central de la circulation sanguine (effet de l’immersion) ⇒ travail ventilatoire • volume courant (15 à 20%) • densité de l’air ⇒ travail ventilatoire • résistance inspiratoire et expiratoire ⇒expiration active ⇒ travail ventilatoire • du débit ventilatoire maximum et du volume expiratoire maximum par seconde • ⇒ insuffisance respiratoire à l’effort • stress, surtout chez les débutants ⇒ réflexe inspiratoire ⇒ Risque d’essoufflement Essoufflement et ventilation Système nerveux Anatomie du système nerveux SNC • Cerveau : conscience • Cervelet : proprioception, équilibre, apprentissage moteur • Bulbe : régulation de la vigilance et du tonus musculaire, homéostasie, contrôle des appareils respiratoires et circulatoires • Moelle épinière : réflexes, transmission SNP (nerfs) • SN Somatique : sens et motricité (nerfs crâniens et rachidiens) • SN Végétatif : inconscient Le cerveau • 2% de la masse corporelle • 15% du flux sanguin • 18% de la consommation d'oxygène Cellules nerveuses • Transmettent l'influx nerveux (impulsions électriques ou chimiques) • L'axone peut mesurer jusqu'à 1m ; gainé de myéline riche en graisse • Les terminaisons se connectent sur le corps cellulaire ou les dendrites d'une autre cellule ou sur une cellule musculaire ou glandulaire (synapse) • Transmission de l'influx à travers la synapse par neuromédiateurs • Faible résistance à l'anoxie (PpO2 < 0,2bar) La moelle épinière • Zone très vascularisée • Qui a de forts besoins en oxygène • Grande affinité avec l’azote (myéline : tissu gras) • Les vaisseaux qui drainent la moelle épinière sont de petite taille (risque d'engorgement) et leur nombre diminue avec l’âge augmentation du risque L’acte moteur voies sensitives perceptions analyse traitement voies motrices réponse motrice feed-back • Perceptions – – – – – – – – sens appareil neuro-végétatif positionnement (muscles, articulations) Réflexe: moelle épinière Régulé: bulbe rachidien, cervelet Automatisé: apprentissage par conditionnement, répétitions Cognitif: expérience, catalogue de réponses, adaptation Affectif: effet positif (plaisir,…) ou négatif (peur,…) Arc réflexe synapse nerf sensitif nerf moteur Et la plongée dans tout ça ???? L’azote a une action sur les neuromédiateurs dans certaines zones du cerveau et altère la transmission des influx nerveux Tous narcosés!!!! Sans parler des propriétés neurotoxiques de l’oxygène respiré sous-pression !!!! Qui veut encore plonger ??? Et l’oreille ???? Anatomie de l’oreille La trompe d’Eustache • Facteurs positifs de perméabilité – Rectitude – Muscles péristaphylins (faibles chez l’enfant) – Muqueuse • Agression (forçage) ⇒ sécrétion de mucus (craquements au passage de l’air) • Manœuvres douces mais fréquentes Oreille interne (labyrinthe) canal endolymphatique canaux semicirculaires utricule saccule rampe vestibulaire (fenêtre ovale) canal cochléaire rampe tympanique (fenêtre ronde) vestibule (équilibre) cochlée (audition) Fonctions de l’oreille : audition • Vibration du milieu sur le tympan • Transmission à la fenêtre ovale via la chaîne marteauenclume-étrier • Vibration du liquide cochléaire transmise au cerveau via le nerf cochléaire • Évacuation de l’onde de pression cochléaire dans l’oreille moyenne via la fenêtre ronde Audition subaquatique • Vitesse du son dans l'air : 330 m/s • Vitesse du son dans l‘eau : 1500 m/s • Stéréophonie : – Les 2 oreilles ne sont pas à la même distance de la source – Le cerveau analyse le déphasage entre les 2 oreilles et détermine la direction de la source – Si la vitesse du son augmente, le déphasage diminue et devient imperceptible pour le cerveau ⇒ perte de la stéréophonie – Le cerveau humain est adapté à une audition stéréophonique aérienne, pas à audition stéréophonique subaquatique !!! Fonctions de l’oreille : équilibre oreilles CSC S/U mvts linéaires amortis effet tunnel du masque perte d’appuis, combinaison,… cervelet muscles oculo-moteurs appareil proprioceptif cortex • • • • • références, expérience Canaux semi-circulaires : accélérations angulaires Saccule / utricule : accélérations linéaires Détection par des poils sensoriels Transmission au cerveau via le nerf vestibulaire Nausée : incohérence entre les signaux visuels et vestibulaires Comportement de guide de palanquée • Appareil très fragile ( encore plus chez l’enfant) et très sollicité en plongée • Surveillance, détection des difficultés • Adaptation de la vitesse et des conditions de la descente (tête en haut avec les débutants) • Privilégier les méthodes d’équilibrage passives • Attention aux sensations d’oreille bouchée … • Prendre en compte les perturbations perceptives des débutants Le tube digestif • les bulles de CO2 qui peuvent se trouver à l'intérieur du tube digestif sont susceptibles de provoquer des douleurs lors de la remontée. En effet, durant la descente, ces bulles diminuent de volume sous l'effet de la pression, et se regroupent pour former des bulles de volume similaire à celles présentes lorsque le plongeur était encore en surface. Pendant la remontée les bulles de gaz se dilatent pour prendre finalement des volumes nettement supérieurs à ceux de départ, engendrant de brutales douleurs au niveau du colon . • D'autre part, l'action de la pression hydrostatique sur l'abdomen du sujet immergé, entraîne un déplacement du diaphragme vers l' arrière . Ce déplacement distend l'estomac et peut, en plus d'accentuer le problème précédent, aggraver le reflux gastro-oesophagien et entraîner des vomissements. • Pour remédier à cela, un régime alimentaire approprié s'impose !!
