Les échanges gazeux Cours de Niveau 4

Les échanges
gazeux
Cours de Niveau 4
21/08/2016
Version 1
Les échanges gazeux
Cours de niveau 4
Thierry Leroy
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21/08/2016
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1
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Thierry Leroy
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Table des matières
1
2
Introduction ................................................................................................................................ 4
Rappel ......................................................................................................................................... 5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3
Principe des échanges gazeux ................................................................................................ 7
3.1
3.2
3.3
4
La composition de l’air ..................................................................................................................5
Loi de Henry .................................................................................................................................5
Loi de Dalton ................................................................................................................................5
Le système ventilatoire .................................................................................................................6
Le système circulatoire .................................................................................................................6
Etape alvéolaire ............................................................................................................................7
Etape tissulaire .............................................................................................................................9
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
Les échanges gazeux et la plongée ...................................................................................... 13
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
L’essoufflement ..........................................................................................................................13
L’ADD .........................................................................................................................................13
La surpression pulmonaire .........................................................................................................13
Le froid .......................................................................................................................................13
En apnée ....................................................................................................................................14
Présence d’eau salé dans les alvéoles pulmonaires ..................................................................14
Les échanges gazeux
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Introduction
L’intérêt de ce cours est de connaitre le mécanisme des échanges gazeux afin de
comprendre les effets de certains accidents.
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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
Surface (1 bar)
10 m (2 bars)
20 m (3 bars)
30 m (4 bars)
35 m (4,5 bars)
PpN
2
(bar)
0,8
1,6
2,4
3,2
3,6
PpO
2
(bar)
0,2
0,4
0,6
0,8
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
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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.
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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.
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- l’alvéole (surfactant, liquide et paroi alvéolaire)
- le liquide interstitiel remplit l’espace entre la paroi alvéolaire et la membrane du
capillaire.
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3.2
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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.
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3.3
3.3.1
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Les échanges gazeux en fonction de la profondeurs et de la période
En surface
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3.3.2
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Lors de la descente
Représentation
schématique d’une
alvéole pulmonaire
Représentation
schématique de
la circulation
sanguine
Représentation
schématique
d’un tissu
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3.3.3
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Lors de la remontée
Représentation
schématique d’une
alvéole pulmonaire
Représentation
schématique de
la circulation
sanguine
Représentation
schématique
d’un tissu
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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
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4.5
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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.
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