Ventilation et Plongée

Ventilation et Plongée
&
Echanges gazeux
Rémy HELLER
21 janvier 2015
CTD67
Objectifs
Objectifs
 Comprendre les différences de fonctionnement du système
ventilatoire en milieu normobare et hyperbare
 Donner les connaissances pour la compréhension des
mécanismes des accidents affectant le système ventilatoire
 Donner les éléments pratiques pour conseiller les plongeurs
encadrés par le Guide de Palanquée
Système respiratoire
Voies Aériennes Supérieures
Fosse nasale et sinus
 Charpente osseuse et cartilagineuse, recouverte
d’une muqueuse
 Réchauffent et humidifient l’air
Larynx
 Attention !
Spasme de fermeture de la glotte :
 Sous l’effet de la panique
 En cas d’entrée d’eau dans les fosses nasale (noyade)
Risque de surpression pulmonaire
Voies Aériennes Inférieures
 Les poumons
 Tissus spongieux et
élastique
 Hile : site d’entrée de
chaque bronche
souche + vaisseaux
 Plèvre : sac à double
feuillet, contient du
liquide pleural en
dépression
 Médiastin : espace
entre les 2 poumons
Contient le coeur
Arbre bronchique
 Distribution de l’air dans les
poumons : 3 lobes à droite,
2 lobes à gauche
 Alvéoles en grappe
Alvéoles
 Echanges respiratoires
 Sac alvéolaire regroupe
une dizaine d’alvéoles et
ressemble à une grappe de
raisin
 800 millions d’alvéoles soit
150 m2 (surf terrain tennis)
 Grande élasticité, mais a
des limites (surpression !)
 Surfactant : empêche
alvéoles de s’affaisser
Echanges gazeux alvéolaires
Mécanisme ventilatoire
Inspirer
Expirer
Régulation de la ventilation
signaux
afférents
Contrôle Central (SNC)
Bulbe Rachidien
Automatique/Réflexe ou
Volontaire (apnée)
signaux
efférents
Fréquence 
 Volume
ChémoRécepteurs
Muscles
Respiratoires
feedback
Chémorécepteurs
 Aortiques et carotidiens :
 Localisés à la bifurcation des carotides (à proximité de la
crosse de l'aorte), et au niveau du cou
 Stimulés par :
 ppCO2 artérielle (hypercapnie)
 pH sanguin artériel (acidose)
 ppO2 artérielle (hypoxémie) : joue un rôle important en haute altitude
 Centraux :
 Localisés dans le bulbe rachidien
 Stimulés par :
 pH du liquide céphalorachidien
Les volumes pulmonaires
VRI
Volume
de Réserve
Inspiratoire
2,5 L : action des muscles élévateurs
CV
Capacité
Vitale
ici 4,5L
VC Vol Courant
VRE
Vol de Reserve
Expiratoire
VR
0,5 L : action du diaphragme
1,5 L : action des abdominaux et des abaisseurs
1,5 L : volume alvéolaire après expiration forcée
Vol Résiduel
•
Capacité Totale = Somme de l’ensemble des vol, dans l’ex : 6L
•
Fréquence respiratoire : environ 1 cycle/3-4 sec soit 15 à 20 cycles/min
Effort : jusqu’à 60 cycles/min à l’effort
•
Les volumes et fréquences varient en fonction du sexe, de la taille et de l'âge
Les volumes pulmonaires
VRI
VC
VRE
Soufflet ventilatoire
VR
•
Volume courant : mobilisé par une contraction et un relâchement du diaphragme
= ventilation au repos
•
Volume de réserve inspiratoire : mobilisé par une contraction du diaphragme et des muscles releveurs,
sollicité en cas d’efforts
•
Volume de réserve expiratoire : mobilisé par une contraction des muscles abaisseurs et abdominaux,
sollicité en cas d’efforts
•
Volume de réserve : correspond à l’air qui reste dans la trachée et les voies aériennes supérieures lors
d’une expiration forcée = limites physiologiques
•
Volume mort : correspond aux zones sans échanges
•
Anatomique : nez, bouche, pharynx, trachée (env. 200 mL)
•
Physiologique : alvéoles ventilées mais non perfusées
Ventilation dans le volume
courant
Dans l'air
Dans l'eau
1/3 inspi
2/3 inspi
2/3 expi
1/3 expi
 débit instantané  3 x débit moyen
 Impact sur le matériel (débit du détendeur)
Spirogramme
Adaptation en plongée
 Augmentation du travail musculaire ventilatoire
 Masse volumique de l’air augmentation (viscosité)




augmentation de la résistance à l’écoulement des gaz
Afflux sanguin thoracique (+ 700 ml)
 diminution des volumes pulmonaires
Gêne ventilatoire supplémentaire due au matériel
combinaison trop petite, lestage, stab serrée,..
Réduction de l’élasticité de la cage thoracique : PA
Utilisation du détendeur  résistances mécaniques
 L’effort musculaire inspiratoire et expiratoire augmente
 Fatigue et Risque Essoufflement
A 60m le débit maximal atteint 70% de sa valeur de surface
 Le plongeur est un insuffisant respiratoire !
Adaptation en plongée
 Ventilation buccale
 Nécessite apprentissage et adaptation
 maîtrise de la DBN : automatisme VDM, gestion du stress
 Hydratation/alimentation avant et après la plongée pour compenser
les pertes hydriques et caloriques liées
 Air inspiré : sec et froid, non réchauffé par le nez (recycleur)
 Entretien régulier du détendeur (filtre changé) et du
compresseur pour bénéficier d’un air comprimé pur sans
poussières
Adaptation en plongée
 Modifications du cycle ventilatoire
 Inspiration : bref effort pour ouvrir les clapets, puis le détendeur
délivre un air à une pression légèrement supérieure à la
pression ambiante  inspiration reste légèrement active
 Expiration : effort pour lutter contre la pression ambiante et la
valve d'évacuation du détendeur
Expiration devient active et la ventilation se fait dans le VRI
 Pause respiratoire de fin de cycle est faite ici en inspiration
  En cas d'essoufflement débutant, il faudra lutter contre les
réflexes "terrestres", en limitant le déplacement du VC vers le
VRI
Adaptation en plongée
 Contrôle ventilatoire
= Gérer sa respiration sous l’eau
 Prendre conscience de sa ventilation :
rythme lent et profond ≈ 10 cycles/ min
 Forcer sur l'expiration et limiter l'inspiration (contrairement au
réflexe inné)
 Apnées de contrôle en fin d’inspiration de 3 à 5 s variables selon
les plongeurs
 si difficile à tenir ≤ 2s  début d’essoufflement !
 ne pas réaliser à la remontée ou au palier
 Plonger à l’économie, ne pas faire faire d’efforts inconsidérés
(rôle du guide de palanquée)
Conseils avant la plongée
 Il faut forcer sur l’expiration en plongée. Pour cela
utiliser la ventilation thoracique et abdominale
 Augmenter le volume courant, mais diminuer la
fréquence respiratoire
 Effectuer de courtes apnées expiratoires
 EVITER DE FUMER
Annales CTR Est
 En plongée, notre ventilation se modifie. Quelles sont les
principales modifications ?
 En plongée, notre ventilation se modifie. Quelles sont les
principales modifications et les conséquences possibles en
terme d’accident ?
 Décrivez et chiffrez les différents volumes pulmonaires
 La ventilation en plongée (7 points)
 a) Quelles sont les perturbations de la mécanique ventilatoire
durant la plongée (matériel, milieu,humain) ?
 b) Quel en est le risque principal ?
 c) Quels conseils donnerez-vous à vos futurs plongeurs ?
 Décrivez les mécanismes inspiratoires et expiratoires
permettant le renouvellement de l’air alvéolaire. Les
explications s’appuieront sur des éléments d’anatomie
…
LES ECHANGES GAZEUX
Objectifs
Comprendre les mécanismes en œuvre permettant les échanges de gaz dans
le corps.
Comprendre les variations liées à la plongée.
Savoir prévenir les accidents liés aux gaz et assurer la sécurité des membres
de la palanquée en plongée.
Transport des gaz
 O2 : L’oxygène
 98 % sont fixés à l’hémoglobine Hb (oxyHb)
 2 % sont dissous dans le plasma, ce sont eux qui participent aux échanges
Hb « relâche » au fur et à mesure l’O2 dans le plasma
 CO2 : gaz carbonique
 87 % dans le plasma sous forme de bicarbonate
 8 % combinés à Hb (carbaminoHb)
 5 % dissous dans le plasma
 Tolérable jusqu’à 0,01 b de PpCO2
d’air respiré
 C’est lui qui déclenche la « soif d’air ».
 N2 : L’azote
 100 % dissous dans le plasma,
 il n’est ni utilisé, ni produit par l’organisme
Transport des gaz
Un clandestin
 CO : Monoxyde de carbone
 très stable et très rapide avec Hb
 300 fois plus rapidement que l’O2
 O2 ne peut plus se fixer
• Pour être retiré de Hb nécessite
oxygénothérapie hyperbare (caisson O2).
• Intoxication au CO est grave et doit faire l’objet
de prévention attentive (qualité de l’air
notamment).
• Mise sous O2 rapide pour éviter l’hypoxie afin
que le sang transporte au moins de l’O2 dissous
, et le CO.
Mécanisme d’échange des
gaz
 Le mécanisme d’échange s’appelle la DIFFUSION,
mécanisme passif qui veut que les molécules passent
du milieu le plus concentré vers le milieu le moins
concentré
 Rappel : La quantité de molécules dans un gaz est
déterminée par la PRESSION PARTIELLE
 La quantité de molécules de gaz dissous dans un
liquide est déterminée par la TENSION
Composition de l’air alvéolaire

En passant dans les voies respiratoires, la composition de l’air est modifiée car une
partie se transforme en vapeur d’eau (gaz) dont la Pp est de 47 mm Hg à 37°C

Pour une pression atmosphérique moyenne de 760 mm Hg (1,013 b), la pression du
mélange d’air dans la trachée n’est plus que de 760-47 = 713 mm Hg (0,950 b)

L’air inspiré est mélangé au volume non expiré des poumons (volume résiduel) qui
contient moins d’O2 et plus de CO2, les PpO2 et PpCO2 dans l’air alvéolaire s’en
trouvent modifiées

PpN2 ne change pas entre l’air de la trachée et l’air alvéolaire car l’azote n’est pas utilisé
par le corps
Gaz
Air atmosphérique
Air trachée
Air alvéolaire
O2
160 mm Hg
713 x 21 % = 149 mm Hg
100 mm Hg
N2
600 mm Hg
713 x 79 % = 564 mm Hg
564 mm Hg
CO2
0,22 mm Hg
713 x 0,03 % = 0,21 mm Hg
40 mm Hg
Composition de l'air
alvéolaire (mmHg, %)
Prof.
Pression
N2
O2
CO2
H2O
surface
1b
571
75,2%
102
13,4%
40
5,3%
47
6,2%
-10m
2b
1172
77,1%
261
17,2%
40
2,6%
47
3,1%
-40m
5b
2973
78,2%
740
19,5%
40
1,1%
47
1,2%
+3000m
0,7b
391,2
73,5%
53,8
10,1%
40
7,5%
47
8,8%
Alvéole
Sang
 L’hématose (enrichissement du sang en O2 au
passage dans les poumons) nécessite que les
molécules de gaz traversent :
 L’alvéole (surfactant, liquide et paroi alvéolaire),
 Le liquide interstitiel entre l’alvéole et le capillaire,
 La membrane et la cellule de la paroi capillaire.
 Le tout en moins d’une seconde
 La ppCO2 ne dépend que de la
production de CO2
Consommation en plongée
 La Pp est la pression qu'aurait le gaz s'il occupait seul
le volume disponible
 En scaphandre, la ppCO2 alvéolaire ne dépend donc
que du CO2 produit
 La ventilation maintient la PpCO2 constante à environ
40mmHg
 Le rythme ventilatoire ne dépend donc que du CO2
produit (et pas de la profondeur)
La consommation volumique ne dépend que de
l'effort fourni !
Effet shunt « court-circuit »
 Si une alvéole est bouchée ou endommagée (blessure,
surpression ou fumeur par ex) les échanges gazeux ne se font
plus
 Le sang chargé en CO2 « continue sa route » de l’artériole vers
la veinule et l’O2 n’est plus transféré
 L’hématose ne se produit pas et le sang « vicié » retourne
directement vers les tissus
Guide de Palanquée
 Condition physique
 Un entraînement régulier et une hygiène de vie adaptée.
 Ne pas surestimer les capacités de la palanquée (courant, froid, débutants, âge…)
 Matériel
 Un matériel en état et révisé (efforts respiratoires).
 Qualité d’air (compresseur, prise d’air …)
 Bouteille bien ouverte
 Conditions de plongée
 Site adapté aux compétences (courant, froid, profondeur)
 Suivre les directives du DP et adapter les paramètres en fonction des conditions rencontrées
et des attitudes de la palanquée (palmage, plongeur à la « traîne »…)
 Respect des vitesses et des paliers pour permettre les échanges gazeux sans problème
 Oxygénothérapie
 Seul remède qui permette l’alimentation en O2 des cellules
 Vérifier l’état de « l’oxy » avant le départ, connaître son utilisation
Annales CTR Est

Expliquez le mécanisme des échanges gazeux respiratoires au niveau alvéolaire.

a) Comment sont transportés les différents gaz de l’air par le sang ?

b) Quel est le rôle du CO2 (gaz carbonique) dans la régulation de la ventilation, pourquoi est il
important en plongée ?

a) En quoi le monoxyde de carbone (CO) est-il toxique pour l’organisme ?

b) Quelle est l’utilité d’une respiration sous O2 pur, d’un point de vue physiologique, lors d’une

intoxication au CO ?

A l'aide d'un schéma, expliquez les 3 étapes (alvéolaire, sanguine et tissulaire) des échanges et du
transport des gaz par l'organisme (O2, CO2 et N2)
Quel mécanisme précis est mis en jeu lors ces échanges (au niveau alvéolaire et tissulaire) ?

Le dioxyde de carbone (CO2 ). (4 points)
 a) sous quelle forme est-il transporté dans le sang ?
 b) comment est-il évacué ?
 b) Sous quelles formes sont transportés, l’oxygène, le CO2 et l’azote dans le sang ?

c) Quelle est l’influence de la profondeur sur le transport de ces gaz ?

…