Les échanges gazeux

Les échanges gazeux
Cours Niveau IV
LES ECHANGES GAZEUX
Guy KILHOFFER
Les échanges gazeux
Cours Niveau IV
PLAN
I– Objectif du cours
II – Rappels
a) Composition de l’air
b) Loi de Dalton
c) Loi de Henry
d) Système ventilatoire
e) Système circulatoire
III – Transport des gaz
a) Transport de l’O2
b) Transport du CO2
c) Et l’azote??
d) Un clandestin (CO)!
V– En plongée
a) Effets à la descente
b) Effets à la remontée
c) La qualité de l’air
d) Le froid
e) Les mélanges! et pour quoi faire?
VI – Aperçu des accidents potentiels
a) Hyperventilation et apnée
b) Essoufflement
c) Hypoxie, hyperoxie, les mélanges
d) Asphyxie au CO
e) Surpression pulmonaire
VII – Conduite à tenir
a) Condition physique
IV – Mécanisme des échanges gazeux
b) Matériel
a) Arbre bronchique, sac alvéolaire
c) Conditions de plongée
b) Composition de l’air alvéolaire
d) Oxygénothérapie
c) Alvéole <-> sang
d) Sang <-> tissus
VIII– Pour information et la culture
e) Effet Shunt
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I - Objectif du cours
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.
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II - Rappels
a)
b) Loi de DALTON
Pp = Pabs x % gaz
c) Loi de HENRY
A saturation et à température
donnée, la quantité de gaz
dissoute dans un liquide est
proportionnelle à la pression
qu’exerce ce gaz sur le liquide.
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II - Rappels
d) Système ventilatoire
L’air :
Entre par le nez ou la bouche, se réchauffe et
s’humidifie dans les voies aériennes supérieures.
Trajet :
- Trachée
- Bronches
- Bronchioles
- Alvéoles
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II - Rappels
e) Système circulatoire
Sang riche en O2 (hématosé)
Et pauvre en CO2
Sang pauvre en O2
Et riche en CO2
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III – Transport des gaz
a) Transport de l’O2 : L’oxygène
98 % sont fixés à l’hémoglobine
(oxyhémoglobine).
2 % sont dissous dans le plasma, ce sont eux
qui participent aux échanges, l’hémoglobine
« relâche » au fur et à mesure l’O2
dans le plasma.
b) Transport du CO2 : gaz carbonique
87 % dans le plasma sous forme
de bicarbonate,
8 % combinés à l’hémoglobine
5 % dissous dans le plasma
Il est tolérable jusqu’à 0,01 b de Pp d’air respiré
C’est lui qui déclenche la « soif d’air ».
c) Et l’azote ? N2 : L’azote
100 % dissous dans le plasma,
il n’est ni utilisé, ni produit par l’organisme.
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III – Transport des gaz
d) Un clandestin : CO : Monoxyde de carbone
Le CO se combine de façon très stable
avec l’hémoglobine 300 fois plus rapidement
que l’O2.
Il prend la place de l’O2 qui ne peut plus se fixer.
Pour être retiré de l’hémoglobine,
une oxygénothérapie hyperbare est
indispensable (caisson O2).
L’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.
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
Veinule
alvéole
Artériole
capillaire
a) Arbre bronchique, sac alvéolaire
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
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
b) 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.
La 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
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
c) Alvéole <-> sang
Les échanges gazeux !
une histoire de troc!
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.
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
Echange de l’O2
ALVEOLE
a
capillaire
Artériole>>>
>>>Veinule
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
Echange du CO2
ALVEOLE
a
capillaire
Artériole>>>
>>>Veinule
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
Echanges O2 et CO2
ALVEOLE
a
capillaire
Artériole>>>
>>>Veinule
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
Valeurs en mm Hg (mercure) sachant que : 760 mm Hg = 1,013 bar
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
d) Sang <-> tissus
Muscle ou tissu
O2
Artériole >>>
O2
N2
N2
CO2
CO2
>>>Veinule
Capillaire
Le muscle ou le tissu consomme de l’O2 et rejette du CO2!
Par diffusion le gaz passe du milieu le plus concentré vers le moins concentré :
L’O2 passe de l’artériole au capillaire puis diffuse au tissu .
Le CO2 diffuse du tissu au capillaire puis à la veinule.
L’azote N2 ne réagissant pas, la concentration est la même partout.
Transport de tous assuré « gratuitement » par le sang !
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
Artère pulmonaire
Veine pulmonaire
ALVEOLE
Capillaire alvéolaire
Schéma général
Capillaire tissulaire
TISSU
Veine grande circulation
Artère grande circulation
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IV – Mécanisme des échanges gazeux
e) Effet shunt (« court-circuit »)
Alvéole
Artériole>>>
X
capillaire
>>>Veinule
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.
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V – En plongée
a) Les effets à la descente
Les pressions partielles O2 et N2 augmentent avec la profondeur :
Effet bénéfique :
Plus de PpO2, les tissus sont bien alimentés en O2
Effets néfastes :
Si PpO2>1,6 bar => intoxication à l’O2 (hyperoxie)
La PpN2 augmente -> N2 diffuse dans les tissus jusqu’à saturation=> (ADD)
Modification de la ventilation => essoufflement :
- Augmentation de l’espace mort (détendeur, tuyau etc…)
- Augmentation de l’effort respiratoire (clapets, membranes, ressorts détendeur)
- Augmentation de la viscosité de l’air (plus dense),
- Baisse de l’amplitude de la respiration.
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V – En plongée
b) Les effets à la remontée
Les pressions partielles O2 et N2 diminuent lors de la remontée :
Effets bénéfiques :
Désaturation des tissus car PpN2 diminue
Modification de la ventilation => devient plus « facile »:
- Diminution de la viscosité de l’air (moins dense),
- Fréquence ventilatoire plus ample car moins forcée.
Effets néfastes :
Si PpO2<0,17 bar => en apnée risque de syncope par manque d’oxygène (hypoxie).
Dégazage dans le sang si remontée trop rapide ou paliers non respectés (ADD).
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V – En plongée
c) La qualité de l’air
Si l’air dans la bouteille est chargé en CO2=> essoufflement voire asphyxie
Si l’air dans la bouteille est chargé en CO=> Intoxication voire asphyxie
d) Le froid
Le froid par l’effet vasoconstricteur, réduit les surfaces d’échange des capillaires et la
circulation sanguine aux extrémités.
e) Les mélanges! Et pour quoi faire?
Nitrox, air enrichi en O2, réduit la saturation en N2 mais risque d’hyperoxie en profondeur.
Trimix, l’utilisation de l’hélium en profondeur rend « l’air » moins visqueux.
Les plongées aux mélanges nécessitent une formation spécifique mais sont de plus en plus
répandues (Nitrox).
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VI – Aperçu des accidents potentiels
a) Hyperventilation, diminue la PpCO2 et inhibe la « soif d’air » en apnée => hypoxie
b) Essoufflement due à ventilation difficile, shunt ou qualité air insuffisante.
c) Hypoxie, hyperoxie, dues aux mélanges.
d) Asphyxie au CO ou CO2 par mauvaise qualité de l’air de gonflage.
e) Surpression pulmonaire, par l’endommagement des alvéoles => shunt
La description des accidents, leurs causes et leur prévention fait l’objet d’un cours
spécifique.
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VII – Conduite à tenir
a) Condition physique
Un entraînement régulier et une hygiène de vie adaptée.
Ne pas surestimer les capacités de la palanquée (courant,
froid, débutants, âge…).
b) Matériel
Un matériel en état et révisé (efforts respiratoires).
Qualité d’air (compresseur, prise d’air …)
Bouteille bien ouverte.
c) 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.
d) Oxygénothérapie
Seul remède qui permette l’alimentation en O2 des cellules.
Vérifier l’état de « l’oxy » avant le départ, connaître son
utilisation.
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VIII – Pour information et la culture
Sang : représente environ 8% du poids corporel pour un volume total d’environ 5 litres.
Capillaires : parois très fines pour faciliter les échanges et représentent 7 000 m2 de surface
de contact chez l’adulte. Distance séparant l’air du sang : 0,001 mm soit 50 fois plus petit
que le diamètre d’un cheveu.
Bronchiole : diamètre de 0,5 mm
Alvéoles : diamètre de 0,1 à 0,3 mm, 700 millions d’alvéoles représentant une surface
d’échange de 100 à 150 m2 soit la surface d’un court de tennis.
Hémoglobine : environ 280 millions de molécules d’hémoglobine dans un globule rouge
Globules rouges: de 4 à 5 millions de globules rouges par mm3,
soit de 20 à 25 milliards de millions de globules rouges dans 5 litres de sang,
Ce qui représente environ de 6 à 7 milliards de milliards de millions de molécules
d’hémoglobine dans le corps.
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