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LA VENTILATION ET LA RESPIRATION décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 1 PLAN 1 2 3 4 5 6 7 8 décembre 2011 - Introduction – L’appareil respiratoire – La mécanique de la ventilation – Les volumes de la ventilation – La régulation de la ventilation – Les échanges gazeux – Applications à la plongée – Conclusion Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 2 INTRODUCTION Justification - Respiration essentielle à toute forme de vie animale - Fonctions assurant les échanges entre l’atmosphère et les cellules - Implication : oxygénation, sat/dé-saturation N2, élimination CO2 - Rôle et responsabilité N4 : prévention et traitement des accidents Objectifs - Intégrer des notions de base en anatomie et physiologie - Comprendre le phénomène de la ventilation et des échanges gazeux - Améliorer la compréhension du mécanisme de certains accidents décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 3 APPAREIL RESPIRATOIRE Les voies respiratoires - Apport et évacuation d’air bouche et fosses nasales. - Fosses nasales filtrent, réchauffent et humidifie l’air. - Sinus cavités osseuses, rôle méconnu. - Orifice trompe Eustache équilibration des oreilles. - Pharynx zone gorge. - Luette déglutition fermeture nasopharynx. - Epiglotte clapet. - Œsophage aliments. - Larynx entrée air, sons. - Glotte cordes vocales et orifice contractile - Trachée (12cm) anneaux cartilagineux, conduit l’air vers les poumons (diam 2cm) décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 4 APPAREIL RESPIRATOIRE Les poumons - Trachée 2 bronches souches - Bronches souches hile / poumons droit et gauche Bronches - Bronches bronchioles alvéoles - Poumon droit / 3 lobes – gauche / 2 lobes. - Médiastin cœur, vaisseaux, trachée, œsophages, nerfs - Cage thoracique 7 vraies côtes, 3 fausses, et 2 flottantes - Plèvres pariétale, viscérale - Muscles diaphragme, inter costaux, élévateurs décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 5 APPAREIL RESPIRATOIRE Les alvéoles - Organisées en grappe - « sac alvéolaire » - Vascularisé par artérioles / veinules - Elasticité limitée décembre 2011 - Paroi alvéolaire très fine - vascularisé par des capillaires - Surfactant empêche l’alvéole de collapser Marc RAULIN-- MF2 environ N°1814300 millions 6 NITROX N°53064 - CTD77 MECANIQUE VENTILATION Principe général Déplacement de l’air - Ecoulement des masses zone haute pression vers basse pression - Débit instantané proportionnel à la différence de pression - Débit instantané inversement proportionnel à la résistance - On pourrait donc noter : D inst = (P atm – P alv) / R On négligera pour l’instant la résistance Déplacement de l’air dans les poumons - Si P alv < P atm l’air rentre dans les poumons jusqu’à équilibre des pressions c’est l’inspiration - Si P alv > P atm l’air sort des poumons jusqu’à équilibre des pressions c’est l’expiration. - Seule la P alv peut être modifiée (sup ou inf à la P atm) - L’élasticité des alvéoles et donc des poumons permet de faire varier le volume et donc inversement proportionnellement la P alv. décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 7 MECANIQUE VENTILATION Mécanisme de la ventilation Relation entre poumons et cage thoracique - Le poumon ne peut pas être directement mobilisé - Par nature, il est rétractile - Aurait tendance à se collapser - La plèvre, grâce aux deux feuillets, et au vide inter pleurale, permet de rendre les poumons « solidaires » des mouvement de la cage thoracique. Mobilisation de la cage thoracique - Agit directement sur le volume des poumons - Donc sur la P alv, provoquant ainsi une entrée ou une sortie d’air. - Par les mouvements du squelette de la cage thoracique, côtes et sternum - Grâce à l’action du diaphragme - Des muscles intercostaux externes et internes - Des muscles élévateurs au niveau du cou décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 8 MECANIQUE VENTILATION Cycle de la ventilation L’inspiration. L’expiration. - Contraction du diaphragme - Relâchement des muscles - et autres muscles. Phase active - Phase passive décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 9 VOLUMES VENTILATION La spirométrie 1/3 Volume courant (VC ou VT) - Ventilation au repos - Volume d’air inspiré ou expiré à chaque cycle - Environ 0,5 L Volume de réserve inspiratoire (VRI) - Au repos, suite à une inspiration normale sur le volume courant - Volume d’air maximal inspiré au cours d’une inspiration forcée - Environ 2,5 L Volume de réserve expiratoire (VRE) - Au repos, suite à une expiration normale sur le volume courant - Volume d’air maximal expiré au cours d’une expiration forcée - Environ 1,5 L Volume résiduel (VR) - Suite à une expiration forcée - Volume d’air ne pouvant être expiré (maintient échanges gazeux) décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 10 - Environ 1,5 L NITROX N°53064 - CTD77 VOLUMES VENTILATION La spirométrie 2/3 Capacité vitale (CV) - Suite à une inspiration forcée - Volume d’air maximal expiré au cours d’une expiration forcée - Soit VT + VRI + VRE, soit environ 4,5 L Capacité pulmonaire totale (CPT) - Suite à une inspiration forcée - Volume d’air maximal contenu dans les poumons - Soit CV + VR, soit environ 6,0 L Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) - au repos, suite à une expiration normale sur le volume courant - Volume d’air maximal contenu dans les poumons (à la position d'équilibre entre l'élasticité et la force rétractile des poumons) - Soit VR + VRE, soit environ 3,0 L Capacité inspiratoire (CI) - au repos, suite à une expiration normale sur le volume courant - Volume d’air maximal inspiré au cours d’une inspiration forcée décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 11 - Soit VT + VRI, soit environ 3,0 L NITROX N°53064 - CTD77 VOLUMES VENTILATION La spirométrie 3/3 Spirogramme - les valeurs peuvent varier suivant les individus décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 12 VOLUMES VENTILATION Les différentes ventilations Ventilation pulmonaire - Quantité d’air expiré par minute. (débit) - Calculée à partie du volume courant et de la fréquence respiratoire - Ex : VT x F = 0,5 L x 15 = 7,5 L/min Espace mort anatomique (EMA) - Suite à une expiration normale sur le volume courant - Volume d’air restant dans les voies respiratoires, soit environ 0,2 L - A l’inspiration réutilisation de ce volume d’air + 0,3 L d’air « frais » - Conclusion, sur 0,5 L de volume courant, seul 0,3 L d’air renouvelé. Ventilation alvéolaire - Quantité d’air alvéolaire renouvelé par minute. - Ex : (VT – EMA) x F = (0,5 L – 0,2 L) x 15 = 4,5 L/min Volume Courant Fréquence respiratoire 0,2 L x 30 R/min 0,5 L x 12 R/min décembre 2011 1,0 L x 06 R/min Ventilation Pulmonaire Ventilation Espace mort = 6,0 L/min – 0,2 L x 30 = 6,0 L/min = 6,0 L/min – 0,2 L x 12 = 2,4 L/min Marc RAULIN - MF2 N°1814 = 6,0NITROX L/min N°53064 – 0,2 L x 06 = 1,2 L/min - CTD77 Ventilation Alvéolaire = 0 L/min = 3,6 L/min 13 = 4,8 L/min REGUL. VENTILATION Les axes de régulation La fréquence - Varie d’un individu à l’autre au repos - Entre 15 et 20 R/min – adulte - Entre 25 et 30 R/min – enfant - Entre 35 et 40 R/min – bébé L’amplitude (ou volume courant) - liée à la capacité pulmonaire - liée à l’entrainement (capacité physique et physiologique) - difficile de maintenir une amplitude > à 50% de la capacité vitale - amplitude pouvant varier de 0,5 L à 3,0 L PAS DE VENTILATION SANS ACTIVITE CARDIAQUE décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 14 REGUL. VENTILATION Les commandes de régulation 1/3 Les muscles respiratoires étant des muscles squelettiques, leur mobilisation ne peut être obtenue que par stimuli nerveux Commandes de régulation réflexe - Détection alvéole vide bulbe rachidien ordre de contraction muscles intercostaux + diaphragme Inspiration -Détection alvéole pleine bulbe rachidien ordre relâchement muscles intercostaux + diaphragme Expiration - Le rythme est assuré par des neurones pacemaker 12 à 15 R/min - Le rythme n’est pas fixe et subit des variations sous la dépendance d’autres facteurs. décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 15 REGUL. VENTILATION Les commandes de régulation 2/3 Commandes de régulation automatique - Des capteurs analysent constamment des paramètres et envoient les informations au centre de décision (médullaire, bulbaire) - Chémorécepteurs (corpuscule aortique et carotidien) - Tenso récepteurs (paroi thoracique, gonflement des poumons) - Chémorécepteurs Si PpCO2 Fréq. Resp. Si PpO2 Si Ph Si T° Fréq. Resp. Fréq. Resp. Fréq. Resp. - Thermorécepteurs - Si adaptation nécessaire, les informations sont transmises par voie nerveuse au bulbe rachidien, agissant sur le rythme de la boucle réflexe et sur son amplitude : Noradrénaline orthosympathique accélération augmentation amplitude Acétylcholine parasympathique ralentissement diminution amplitude - Régulation modifie le débit, la fréquence et l’amplitude décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 16 REGUL. VENTILATION Les commandes de régulation 3/3 Commandes de régulation volontaire - La conscience peut intervenir via l’encéphale sur la régulation, par exemple : - Accélérer son rythme respiratoire pour prévenir le froid - Solliciter l’expiration forcée pour récupérer d’un effort - Augmenter l’amplitude pour contrer un début d’essoufflement - Inspiration forcée avant une apnée - Expiration forcée pour mieux brasser et diluer le volume mort - Arrêter la ventilation lors d’une apnée. décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 17 ECHANGES GAZEUX Les échanges pulmonaires alvéolaires AI EM O2 CO2 AE Alvéole Début d'inspiration décembre 2011 Inspiration Fin d'inspiration Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 Expiration 18 ECHANGES GAZEUX L’hématose (échanges alvéolaires) 1/2 décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 19 ECHANGES GAZEUX L’hématose (échanges alvéolaires) 2/2 - Pressions partielles dans les différents compartiments impliqués dans les échanges gazeux Valeurs en mm de Hg Air inspiré Air expiré Air alvéolaire Sang hématosé Sang non hématosé O2 159 122 100 100 40 CO2 0,2 33 40 40 47 H2O variable 47 47 N2 601 559 573 573 573 décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 20 ECHANGES GAZEUX Les échanges tissulaires décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 21 APPLICATIONS PLONGEE Adaptation du système cardio-respiratoire - Respiration sur détendeur et augmentation de la densité de l’air - Resistance mécanique à l’inspiration et à l’expiration active - Augmentation de la viscosité, écoulement plus difficile des gaz - Augmentation du travail des muscles respiratoires - Augmentation de la production endogène de CO2 - Régulation : augmentation de la ventilation (amplitude et fréquence), augmentation du débit cardiaque - Régulation efficace, CO2 alvéolaire stable Diurèse d’immersion - Perte d’effet de la pesanteur, pression hydrostatique, combinaison - Modification de la répartition des masses sanguines - Vasoconstriction périphérique afflux de sang vers le thorax et hypo volémie sanguine - Augmentation des effort respiratoires - Risque d’œdème aigu pulmonaire décembre - Déshydratation 2011 favorisant Marc RAULIN l’ADD - MF2 N°1814 22 NITROX N°53064 - CTD77 APPLICATIONS PLONGEE Froid et Diurèse du froid (voir autre cours) - Vasoconstriction périphérique avec hypo volémie sanguine - Augmentation du rythme de ventilation pour lutter contre le froid - Risque d’hypothermie et d’ADD Elément anatomiques favorisant l’ADD (voir autre cours) - Les shunts des capillaires pulmonaires Les accidents barotraumatiques (voir autre cours) - Le spasme de la glotte (entrée d’eau, muqueuse, stress, froid) - Expiration insuffisante en rapport à la variation des volumes - Distension alvéolaire, surpression pulmonaire, ADD Les accidents biochimiques (voir autre cours) - Le système respiratoire participe grandement aux accidents puisqu’ils sont liés directement à la présence de gaz en quantité anormale (trop ou pas assez) dans le sang. décembre - CO2,2011 O2, N2, CO. Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 23 APPLICATIONS PLONGEE Gestion de l’effort et entraînement (autre cours) - Adaptation du système cardio-respiratoire à l’effort - Amélioration du délai de mise en route des filières énergétiques - Amélioration de l’amplitude et de la VO2Max - Diminution des espaces morts, sollicitation de toutes les alvéoles Chocs augmentant la fréquence respiratoire - Choc thermo différentiel - Eau sur les muqueuses - Conditions de mer - Conditions de plongée (effort, froid, courant, visibilité) - Stress, inconnu - Peur panique Apnée (autre cours) - bloodshift - OAP décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 24 CONCLUSION Le rôle du Guide de Palanquée - Maîtriser et prendre en charge la gestion de sa palanquée - Par sa connaissance et son comportement, prévenir les accidents - Informer, encadrer et transmettre ses connaissances Pour l’examen - Schémas à légender et/ou à expliquer - Questions ouvertes transversales (ex : en vous basant sur vos connaissances en physiologie, expliquer une contre-indication, une prévention, un traitement ou conduite à tenir…) - Pas de connaissance médicale pointue, mais une culture générale Pour Mémoire - Poumons - Sang - Pte. circulation - Grd. circulation décembre 2011 capte l’O2 et rejette le CO2 à l’extérieur véhicule l’O2, le CO2, le N2, nutriment/déchet rapatrie le CO2 pour évacuation aux poumons recharge le sang en O2 achemine l’O2 vers les organes et les tissus Marc RAULIN - MF2 N°1814 25 collecte le CO rejeté par les cellule NITROX N°53064 -2CTD77 CONCLUSION Questions / Réponses décembre 2011 Marc RAULIN - MF2 N°1814 NITROX N°53064 - CTD77 26
