anatomie-physiologie appliquee a la plongee

ANATOMIE-PHYSIOLOGIE APPLIQUEE A LA PLONGEE
(Gérard THOUZEAU – Classe IIB, CPS CNRS, Instructeur Régional FFESSM)
I. Rappel : équation simplifiée du métabolisme général
II. Anatomie-physiologie de l'appareil ventilatoire
2.1. Anatomie
2.2. Les phénomènes mécaniques de la ventilation
2.3. Contrôle ventilatoire
III. Anatomie-physiologie du système cardio-vasculaire
3.1. Anatomie
3.2. Fonctionnement et régulation cardiaque
IV. Physiologie de la fonction cardio-ventilatoire
4.1. Hématose alvéolaire
4.2. Transport des gaz
4.3. L'étape cellulaire
V. Physiologie respiratoire et plongée
5.1. Résistances et hyperbarie
5.2. Ventilation alvéolaire et diffusion alvéolo-capillaire
5.3. Transport de O
2
et CO
2
par le sang
5.4. Contrôle ventilatoire
5.5. Echanges thermiques par les voies aériennes
5.6. Respiration lors d’un exercice musculaire en hyperbarie
VI. Physiopathologie de l'appareil ventilatoire appliquée à la plongée
6.1. Barotraumatismes
6.2. Accidents biochimiques
6.3. Accidents biophysiques
6.4. Les noyades
VII. Physiopathologie de l'appareil cardio-vasculaire appliquée à la plongée
7.1. Réflexe oculo-cardiaque
7.2. Physiopathologies associées à une noyade
7.3. Thromboses et phlébites
VIII. BIBLIOGRAPHIE : OUVRAGES TRAITANT D'ANATOMIE-PHYSIOLOGIE

ANATOMIE-PHYSIOLOGIE APPLIQUEE A LA PLONGEE
INTRODUCTION
Connaissances théoriques à avoir en anatomie-physiologie :
- Anatomie cardiaque et pulmonaire élémentaire, mécanique ventilatoire.
- Physiologie circulatoire et respiratoire élémentaire : Échanges gazeux - Transport des gaz
dans l'organisme - Conséquences de la dissolution des gaz - Essoufflement - Travail musculaire -
Adaptation à l'effort - Fatigue - Régulation thermique.
- Anatomie-physiologie de la sphère ORL
Vous devrez notamment être capable de :
- dessiner les schémas du coeur / circulations / appareil ventilatoire / oreille / sinus ;
- décrire l’anatomie des vaisseaux sanguins, du coeur, des poumons ;
- préciser, pour le soufflet pulmonaire, le rôle et/ou le fonctionnement du diaphragme, des
muscles intercostaux, de la plèvre, des alvéoles, et de l’espace mort (incidence en plongée) ;
- expliquer la mécanique ventilatoire : principe, éléments régulateurs, second souffle,
adaptations en plongée ;
- définir la diffusion, l’osmose, et l’hématose, et expliquer les échanges gazeux ;
- donner la composition du sang et le rôle de ces différents constituants ;
- montrer l’incidence de l’hyperventilation, de l’hypercapnie sur la physiologie de
l’organisme;
- définir les contre-indications physiologiques les plus courantes à la plongée.
I. Rappel : équation simplifiée du métabolisme général
Chaque cellule de l'organisme a besoin d'énergie pour fonctionner (pour accomplir un travail
musculaire, par exemple); la production d'énergie peut emprunter 3 filières :
- la glycolyse anaérobie alactique (immédiate)
- la glycolyse anaérobie lactique (délai d'apparition d'environ 20 secondes)
- et la glycolyse aérobie (délai d'apparition : 2 à 3 minutes).
La glycolyse aérobie utilise le glucose (éventuellement issu des réserves en glycogène) comme
substrat énergétique; la dégradation du sucre (provenant de l'appareil digestif) se fait en présence
d'oxygène. La respiration aérobie a lieu au niveau cellulaire dans des organites spécifiques : les
mitochondries (cycle de Krebs), et ce quelque soit le tissu (au sens anatomique) considéré.
cycle de Krebs
ALIMENTS + O2 ————————> Energie + CO2 + H2O
(glucose : C6H12O6) Aérobiose (ATP)
L'énergie est stockée sous la forme d'une molécule organique nommée ATP (Adénosine tri-
phosphate). L'énergie est restituée par rupture d'une ou plusieurs liaisons énergétiques :
ATP <=======> ADP + P + Energie
ADP : Adénosine di-phosphate; P : acide phosphorique (H3PO4)
L'apport d'oxygène (O2) aux cellules, et l'élimination du gaz carbonique (CO2) produit,

nécessitent l'intervention des appareils ventilatoire (hématose alvéolaire) et cardiaque (transport des
gaz).
II. Anatomie-physiologie de l'appareil ventilatoire
2.1. Anatomie
L'appareil ventilatoire est constitué de 2 parties distinctes ayant des fonctions séparées :
- les voies aériennes supérieures (uniquement des voies de passage de l'air);
- et les poumons (échanges gazeux à ce niveau).
2.1.1. Les voies aériennes supérieures
- Fosses nasales : 2 cavités osseuses du crâne séparées par une cloison médiane, et revêtues
d'une muqueuse plus ou moins vascularisée et sécrétant du mucus dont les rôles sont multiples :
humidification de l'air, lubrifiant, et adhésif (agglomération des poussières contenues dans l'air
inspiré, et évacuation sous forme de morve). Elles possèdent une zone olfactive avec des nerfs
sensitifs (information transmise au cerveau). Elles sont chacune en liaison avec des sinus, une
oreille (par l'intermédiaire de la trompe d'Eustache), une cavité orbitaire (par l'intermédiaire du
canal lacrymonasal), et le pharynx.
- Pharynx : aiguillage : l'air est dirigé vers le larynx / les aliments passent dans l'oesophage.
- Larynx : il forme la pomme d'Adam (cartilage thyroïde); l'orifice (glotte) est limité par 2
replis musculaires : les cordes vocales qui entrent en vibration lors du passage de l'air et permettent
d'émettre des sons. Les sons émis sont amplifiés par les cavités bucco-nasales.
- Trachée artère : tube reliant le larynx aux bronches, constitué d'anneaux déformables reliés
entre eux par un tissu élastique (sa souplesse permet les mouvements de la tête). On y trouve une
muqueuse similaire à celle des fosses nasales (toux => crachats).
- Bronches : elles partent de la trachée et pénètrent dans les poumons. A leur niveau, elles se
divisent en deux : une bronche droite et une bronche gauche.
2.1.2. Les poumons
Ce sont des organes spongieux et élastiques, situés dans la cage thoracique dont ils sont
solidaires par l'intermédiaire des plèvres (membrane séreuse). Le feuillet interne ou plèvre
viscérale, recouvre l'extérieur des poumons; le feuillet externe ou plèvre pariétale, recouvre
l'intérieur du thorax. Les deux plèvres sont toujours en contact normalement, et glissent l'une sur
l'autre lorsque les poumons bougent lors de la ventilation. L'espace interpleural contient de
minuscules quantités de liquide qui aident à lubrifier les 2 feuillets lorsqu'ils glissent l'un sur l'autre.
Dans le cas de pleurésie, cet espace peut se remplir de grandes quantités de liquide (= exsudat
pleural). A la différence du poumon, la plèvre est sensible à la douleur : tout type d'inflammation
met la surface de la plèvre à vif, et la douleur apparaît dès que les plèvres viscérale et pariétale
glissent l'une sur l'autre pendant la ventilation.
2 poumons : le poumon droit possède 3 lobes (supérieur, moyen, et inférieur), contre 2 pour le
poumon gauche (supérieur et inférieur); l'unité fonctionnelle est le lobule pulmonaire (v = 1 cm3).
Au niveau des poumons, les bronches se divisent en bronches lobaires (une par lobe) —>

bronches lobulaires (qui pénètrent dans les lobules pulmonaires) —> bronchioles —> bronchioles
terminales constituant un bouquet de micro-canaux = alvéoles (ou canaux alvéolaires).
La surface alvéolaire est comprise entre 150 et 200 m2 (la surface des capillaires sanguins est
de l'ordre de 150 m2); toutes les alvéoles ne sont pas fonctionnelles. Les échanges gazeux entre
l'air inspiré et le sang se font au niveau des alvéoles pulmonaires : la paroi des alvéoles
(épithélium à une couche de cellules) est constituée de cellules isolées dans du conjonctif, au niveau
des canaux alvéolaires, ce qui facilite le contact de l'air avec l'épithélium des capillaires sanguins.
Le surfactant (film liquidien de nature lipidique, tapissant la paroi des alvéoles) facilite les
échanges gazeux et empêche le collapsus alvéolaire (placage des parois de l'alvéole).
Le surfactant est détruit dans le cas d'une noyade en eau douce.
Pathologies possibles : pneumonie (alvéoles remplies de liquide), embolie pulmonaire
(obturation de l'artère pulmonaire ou de l'une de ses branches, le plus souvent par un caillot
sanguin), emphysème (les poumons ont perdu leur élasticité et sont dilatés), asthme (constriction des
parois musculaires des bronchioles), bronchite (la bronche se remplit de mucus), pleurésie, et
pneumothorax (affaissement d'une partie d'un poumon qui n'est plus solidaire de la cage
thoracique).
Le pneumothorax est une des pathologies résultant d'un accident de surpression
pulmonaire en plongée.
2.1.3. La cage thoracique
Elle constitue le squelette; elle comprend :
- la colonne vertébrale (les 12 vertèbres dorsales)
- les côtes
- et le sternum.
Il y a 12 paires de côtes : 7 sont reliées ventralement au sternum (vraies côtes), 3 sont reliées à
la septième paire (fausses côtes), et 2 sont libres (côtes flottantes).
Les côtes sont reliées entre elles par des muscles (intercostaux); elles forment avec la colonne
vertébrale et le sternum une cage déformable fermée dans sa partie basse par le diaphragme.
La mobilité de la cage thoracique est assurée par le diaphragme (muscle inspiratoire principal)
et les muscles intercostaux, normalement. Lors d'un effort (e. g. en plongée), les pectoraux et les
muscles abdominaux interviennent également pour augmenter l'amplitude des mouvements
ventilatoires (inspiration et/ou expiration forcée).
Les poumons étant solidaires de la cage thoracique grâce aux plèvres, l'air y pénètre par
dépression à chaque inspiration (augmentation du volume intrathoracique).
2.2. Les phénomènes mécaniques de la ventilation
2.2.1. Les phases du cycle ventilatoire
La ventilation est un mouvement alternatif constitué d'une phase active : l'inspiration, et
d'une phase passive (au moins partiellement) : l'expiration. S'y ajoutent une phase d'apnée

inspiratoire (à la fin de l'inspiration) et une phase d'apnée expiratoire (en fin d'expiration).
L'augmentation de volume de la cage thoracique à l'inspiration est provoquée par la contraction
du diaphragme (augmentation dans le sens de la hauteur), et celle des muscles élévateurs des côtes
(largeur + profondeur). L'expiration normale correspond au relâchement des muscles inspiratoires,
et à l'élasticité pulmonaire (analogie avec le soufflet).
L'inspiration forcée nécessite la contraction de muscles supplémentaires : les muscles
élévateurs des côtes (insérés sur les omoplates et la tête des humérus).
L'expiration forcée nécessite la contraction des muscles abaisseurs des côtes, et celle des
muscles de la paroi abdominale qui, par l'intermédiaire des viscères, refoulent le diaphragme dans la
cavité thoracique.
A l'inspiration, les poumons en se dilatant créent une dépression de l'air à l'intérieur des voies
aériennes et des poumons : l'air extérieur va pénétrer. A l'expiration, l'air intra-thoracique est
comprimé et expulsé vers l'extérieur.
2.2.2. Les capacités ventilatoires
Les différentes capacités ventilatoires se mesurent avec des appareils de type spiromètre:
EMBOUT
Stylet
inscripteur
Cylindre
enregistreur
Cuve
remplie
d'eau
Cloche Poulie
PRINCIPE DU SPIROMETRE
La capacité vitale comprend le volume courant (VC : 0,5 l), le volume de réserve inspiratoire
(VRI : 2,5 l), et le volume de réserve expiratoire (VRE : 1,5 l), soit 4,5 l en moyenne.
La capacité totale comprend la capacité vitale et le volume résiduel (1,5 l), soit 6 l en
moyenne.
2.2.3. Fréquence ventilatoire
Le nombre de cycles ventilatoires / minute varie avec l'âge : 50 en moyenne chez le nouveau-
né, mais seulement 15 à 20 cycles / min. chez l'adulte.