9.Physio cardio 2015 (P.Ubrich)

PHYSIOLOGIE
CIRCULATION - VENTILATION
P.UBRICH
20/01/2016
INTRODUCTION
- compréhension des modifications de la physiologie
cardiovasculaire et ventilatoire liées à l’immersion et
des conséquences qui en découlent
- comprendre et de prévenir les accidents
SYSTEME CARDIO-VASCULAIRE
 Est composé:
- du coeur
- des vaisseaux
qui constituent un réseau
- d’un transporteur, le sang qui circule dans ce
réseau
LE COEUR
 Constitué d’un muscle creux délimitant 4 cavités:
- les oreillettes droite et gauche
- les ventricules droit et gauche
délimitant sur le plan physiologique un coeur droit et un
coeur gauche, séparés sur le plan anatomique par le
septum interauriculaire et le septum interventriculaire
 ce muscle se contracte de façon automatique et joue le
rôle d’une pompe
LE COEUR
 Pour que la circulation soit unidirectionnelle, entre les
cavités il existe des clapets anti-retour, les valves:
- à droite, la valve tricuspide entre OD et VD, la valve
pulmonaire entre VD et le tronc de l’artère
pulmonaire
- à gauche, la valve mitrale entre OG et VG, la valve
aortique entre VG et l’aorte
LE COEUR
 Au niveau de OD arrivent les 2 veines caves et le VD se
déverse dans le tronc de l’artère pulmonaire
 à gauche, dans l’OG se jettent les 4 veines
pulmonaires, le VG se vidange dans l’aorte
LE COEUR
 Notion de cycle cardiaque: alternativement,
oreillettes et ventricules se contractent et se vident;
c’est la systole
puis, oreillettes et ventricules se remplissent suite au
relachement du muscle cardiaque ou myocarde: c’est
la diastole
 Cette séquence systole/diastole définit le cycle
cardiaque
 la fréquence et la force de contraction sont régulées
par le système nerveux autonome, permettant
d’adapter le débit cardiaque aux besoins, par
exemple à l’effort
FORAMEN OVALE
 avant la naissance les poumons ne sont pas fonctionnels et,
de ce fait, le VD ne peut pas envoyer le sang dans l’artère
pulmonaire.
 Il existe un passage entre OD et OG au travers du septum
interauriculaire: le foramen ovale
 À la naissance, un clapet situé dans l’OG, va venir recouvrir
ce foramen ovale et le fermer. Dans les semaines suivant la
naissance il va se souder. Chez environ 25 à 30% des gens il
ne se soude jamais et dans certaines circonstances va
pouvoir se ré-ouvrir; on parle alors de foramen ovale
perméable ( FOP )
FORAMEN OVALE PERMEABLE ( FOP )
 Une augmentation de la pression intra thoracique comme
lors d’un effort en apnée, une manoeuvre de Valsalva à la
remontée, le gonflage du gilet à la bouche va ré-ouvrir le
FOP.
 Il est alors possible, même si on a respecté les procédures
de décompression, que des microbulles passent
directement dans l’OG puis le VG et l’aorte et gagner par
exemple la circulation cérébrale et entrainer l’apparition de
signes neurologiques
LE COEUR EN PLONGEE
 L’immersion a plusieurs conséquences sur le coeur:
- modification de la répartition de la masse sanguine suite à
l’augmention de la pression hydrostatique responsable
d’une augmentation du retour veineux cave
- cette augmentation du retour veineux cave entraine une
diminution de la fréquence cardiaque ou bradycardie et
parallèlement une augmentation du volume sanguin
éjecté à chaque systole ou volume d’éjection systolique
LE COEUR EN PLONGEE
 de ces faits, l’immersion s’accompagne d’une augmentation
du débit cardiaque et par conséquent des débits et de la
pression artérielle au niveau des organes dont les reins.
Ceci entraine une augmentation de la diurèse; c’est l’un des
mécanisme de la diurèse d’immersion
 cette augmentation du débit va être transitoire ( moins de
10mn ) car l’augmentation du volume sanguin intra cardiaque
stimule la sécrétion d’une hormone qui va favoriser la diurèse
afin de réduire ce volume; c’est l’autre mécanisme de la
diurèse d’immersion
LE COEUR EN PLONGEE
 En cas d’effort, l’organisme adapte le débit sanguin
en augmentant la fréquence cardiaque.
Les causes d’effort sont nombreuses en plongée, en
premier lieu, l’augmentation du travail respiratoire et
la lutte contre le froid.
Le coeur est à même de supporter ce travail
supplémentaire, mais dans certaines circonstances
favorisantes ( efforts intenses, stress important,
maladies cardiaques pré-existantes,…) ou non il peut
ne plus l’être et entrainer une gène respiratoire:
l’oedème pulmonaire aigu ( OAP d’immersion )
OAP D’IMMERSION
 Comme on vient de le voir, l’immersion entraine des
adaptations cardiaques.
Dans un certain nombre de cas, plus ou moins bien
expliqués peut survenir un OAP d’immersion.
La pompe cardiaque s’engorge ce qui entraine une
accumulation de sang dans les capillaires pulmonaires
et un passage sanguin des capillaires vers les alvéoles
pulmonaires. Ceci entraine une gène respiratoire plus
ou moins sévère, qui en général s’aggrave à la
remontée, et s’accompagne de toux et d’une
expectoration mousseuse rosée
LES VAISSEAUX
 le réseau vasculaire est composé par:
- les artères:
Ce sont les vaisseaux qui partent du coeur.
Plus elles sont loin du coeur, plus leur calibre est petit.
Les plus petites sont appelées artérioles.
La paroi des artères contient des fibres musculaires
ce qui permet de faire varier le calibre. Quand il
augmente on parle de vasodilatation et inversement s’il
diminue de vasoconstriction. Ceci est régulé par le
système nerveux autonome
LES VAISSEAUX
 - les veines:
Elles retournent au coeur.
Les plus fines sont appelées veinules
Toutes celles provenant de la partie inférieures du
corps renferment des valvules pour empêcher le
sang de stagner dans les membres inférieurs suite à
l’action de la gravité.
Leur paroi est beaucoup plus souple que celle des
artères et de ce fait, lors de l’immersion elles sont
comprimées et le sang est chassé vers le noyau
central
LES VAISSEAUX
 faisant suite aux artérioles on décrit les capillaires.
C’est à ce niveau que se font les échanges avec les
tissus, notamment les échanges gazeux qui nous
imposent nos conduites en plongée ainsi que les
procédures de remontée.
Les capillaires vont former les veinules
LE SANG
 Circule dans les vaisseaux grace aux contractions de la
pompe cardiaque.
Le sang joue le rôle de transporteur.
 Est composé d’eau ( plasma ) dans laquelle sont en
solution un certain nombre de substances ( nutriments,
minéraux, protéïnes, hormones, dechets et gaz dont
l’oxygène, le gaz carbonique et l’azote)
 Contient également les globules rouges, les globules
blancs et les plaquettes
LES GLOBULES ROUGES
 Participent au transport de l’oxygène
 Ils contiennent une molécule composée d’une
protéïne la globine sur laquelle sont fixés des atomes
de fer, les hèmes. L’ensemble constitue
l’hémoglobine
 L’oxygène se fixe sur les hèmes au niveau des
alvéoles pulmonaires et est transporté jusqu’aux
tissus où il est libéré et diffuse dans les cellules
LES GLOBULES BLANCS ET LES
PLAQUETTES
 Les globules blancs participent à la défense de
l’organisme contre les infections
 Les plaquettes ont un rôle prépondérant dans la
coagulation
LE TRANSPORT DES GAZ EN
SURFACE
 L’oxygène est presque exclusivement combiné à
l’hémoglobine qui est saturée à 98%. Seul 2% de l’oxygène est
dissout dans le plasma
 Le gaz carbonique, produit par les cellules, est transporté
sous trois formes:
- sous forme de bicarbonates à 87%
- fixé sur l’hémoglobine pour 8% mais sur un autre site
que l’oxygène
- dissous dans le plasma pour les 5% restants
 L’azote est transporté uniquement sous forme dissoute
LE TRANSPORT DES GAZ EN
PLONGEE
 L’oxygène, du fait de la profondeur entrainant une augmentation de
la PpO2, va saturer l’hémoglobine à 100% puis augmenter sa fraction
dissoute à la descente et, inversement, cette dernière va rediminuer
à la remontée.
 l’azote voit également voir sa quantité dissoute augmenter à la
descente ( augmentation de la PpN2 ) et rebaisser à la remontée.
Ceci impose le respect des vitesses de remontée et des procédures
de décompression
 Le gaz carbonique ne voit pas sa Pp varier avec la profondeur car
n’existant qu’à l’état de trace dans l’air inspiré, la PpCO2 est
uniquement liée à la production de CO2 par les cellules et cette
production est stable quelle que soit la valeur de la pression
ambiante
LA CIRCULATION
 On décrit deux circulations:
- la petite circulation: elle est composée du coeur
droit ( OD + VD ), des artères pulmonaires, des
artèrioles pulmonaires, des capillaires pulmonaires,
des veinules et des veines pulmonaires
- la grande circulation: comprend le coeur gauche,
l’aorte et toutes les artères, artérioles, capillaires à
destination de tous les organes et tissus ainsi que les
veinules, veines et les veines cave
 l’ensemble constitue la circulation générale
CONCLUSION
 la connaissance de l’anatomie et des mécanismes de
fonctionnement de l’appareil cardio-circulatoire doit
vous permettre de comprendre, d’expliquer les
adaptations lors de l’immersion et d’adapter vos
comportements afin de prévenir la survenue
d’accident
 maintenant on va voir ensemble la ventilation puis les
échanges gazeux
VENTILATION
ventilation et respiration ne sont pas synonymes
- ventilation: concerne la mécanique ventilatoire et
sa régulation
- respiration: concerne l’utilisation de l’oxygène
et la production de CO2 au niveau des tissus
LE SYSTÈME VENTILATOIRE
 Est composé:
- des voies aériennes supérieures: fosses nasales
et pharynx
- d’ un « réseau de distribution »: larynx, trachée,
bronches et bronchioles
- des poumons et leurs éléments fonctionnels,
les alvéoles, lieu des échanges gazeux
- la cage thoracique: assure la circulation des gaz
LES VOIES AERIENNES SUPERIEURES
 Les fosses nasales:
charpente osseuse et cartilagineuse tapissée
par une muqueuse possédant des cils vibratiles
dirigent le flux gazeux
réchauffent et humidifient l’air inspiré
jouent un rôle de filtre
TROMPE D’EUSTACHE
 Au niveau de la partie postérieure de chaque fosse
nasale s’abouche la trompe d’Eustache
C’est un canal musculo-membraneux reliant les fosses
nasales à l’oreille moyenne permettant de maintenir
une équipression de par et d’autre du tympan
En cas de rhume, l’inflammation et l’hypersécrétion
nasale va obturer la trompe d’Eustache et rendre
difficile voire impossible l’équilibration des oreilles
LES SINUS
 Ce sont des cavités aériques dans la structure osseuse
de la face, tapissées par une muqueuse, permettant
d’alléger le poids de la structure osseuse
Ils sont également aérés à partir des fosses nasales et
en équipression avec la pression ambiante
De la même façon en cas de sinusite, la mise en
équilibre des pressions n’est plus possible
LE PHARYNX
 Correspond au carrefour entre les fosses nasales, la
cavité buccale, le larynx et la voie digestive
Le larynx, organe de la phonation, est obturé
automatiquement lors de la déglutition par un clapet,
l’épiglotte, qui vient fermer la glotte ( = orifice
supérieur du larynx )
Cette glotte se ferme aussi par rapprochement des
cordes vocales lors d’une apnée ou d’effort. Ceci
explique le nécessaire maintien d’une ventilation lors
des remontés en plongée ou lors d’un effort comme
remonter à l’échelle afin de prévenir la surpression
pulmonaire
L’ARBRE BRONCHIQUE
 La trachée
 Les bronches pénétrant dans les poumons au niveau des
hiles
 Les bronchioles et les bronchioles terminales qui se
terminent au niveau des alvéoles
 Correspond à un réseau de distribution des gaz inhalés
jusqu’aux alvéoles
 Est également tapissé par un muqueuse ciliée servant de
filtre
 Le diamètre peut être réduit par l’inflammation ou
certaines maladies comme l’asthme, gênant l’expiration et
favorisant ainsi la surpression pulmonaire
LES POUMONS
 Sont constitués par:
- les bronches, bronchioles et les alvéoles
- les artères, veines et capillaires pulmonaires
- un tissus de soutien élastique
 Chaque poumon est recouvert par une plèvre
constituée de deux feuillets, un externe accolé à la
cage thoracique, l’autre interne accolé au poumon.
Entre les deux feuillets règne une pression
légèrement négative et un peu de liquide servant de
lubrifiant
LES ALVEOLES





Sièges des échanges gazeux
Très nombreuses, environ 800 millions
Surface cumulée très grande
Très grande élasticité
Tapissées par un liquide, le surfactant, dont la principale
fonction est de maintenir les alvéoles ouvertes en fin
d’expiration en diminuant la tension superficielle de
surface
En cas de destruction de ce surfactant par une infection
sévère, un liquide ( noyade ) ou des gaz toxiques
( effet Lorrain Smith de l’oxygène pur par ex. ) la
réouverture des alvéoles concernées devient très difficile
et va nécessiter une prise en charge spécifique en milieu
hospitalier
LES CAPILLAIRES PULMONAIRES
 Tapissent extérieurement les alvéoles
 Ramènent aux alvéoles le sang appauvri en oxygène
et riche en gaz carbonique ainsi que l’azote dissous
par l’intermédiaire des artères pulmonaires
 Renvoient le sang oxygéné et épuré du CO2 vers le
cœur et, in fine, aux différents tissus
LES ECHANGES GAZEUX ( 1 )
 Se font par diffusion contre des gradients de
concentration
 L’oxygène alvéolaire gazeux va se dissoudre dans la
membrane alvéolocapillaire ( = fusion de la paroi
alvéolaire et de la paroi du capillaire ), puis dans le
plasma avant de se fixer sur l’hémoglobine jusqu’à la
saturer
LES ECHANGES GAZEUX ( 2 )
 De la même façon le CO2 dissous dans le plasma passe
dans la membrane alvéolocapillaire puis sous forme
gazeuse dans l’alvéole pour être en partie éliminé
 L’élimination du CO2 n’est pas complète en raison de
l’espace mort anatomique, espace constitué des voies
aériennes supérieures, de la trachée, des grosses bronches
et des bronchioles. Cet espace ne participe pas aux
échanges gazeux et son volume n’est pas entièrement
renouvelé lors de la ventilation. Il est augmenté par le tuba
ou le détendeur
LES ECHANGES GAZEUX ( 3 )
 L’air atmosphérique est à une pression d’un bar soit 760
mm Hg
 Il contient:
- 20,9% d’oxygène
- 79,0% d’azote
- environ 0,03% de gaz carbonique
 D’après la loi de Dalton cela correspond à des pressions
partielles de 159 mmHg pour O2, 600mmHg pour N2 et
23 mmHg pour CO2
LES ECHANGES GAZEUX ( 4 )
 Dès que l’air inspiré pénètre dans les voies aériennes,
il est humidifié et la Pp H2O est de 47 mmHg
 Selon la loi de Henry la pression des gaz inspirés n’est
plus que de 760 – 47 = 713 mmHg
 Les pressions partielles des différents gaz deviennent:
- O2: 713 x 0,209 = 150 mmHg
- N2: 713 x 0,79 = 563,27 mmHg
- CO2: 713 x 0,03 = 21 mmHg
 Au niveau alvéolaire, du fait des gaz contenu dans
l’espace mort, la PpO2 n’est plus que de 100 mmHg et
la PpCO2 augmente à 40 mmHg
LES ECHANGES GAZEUX ( 5 )
 En surface, notre corps est saturé en azote ( N2 ), au
niveau alvéolaire il n’y a pas de gradient entre alvéole et
capillaire
 Quand on s’immerge la PpN2 alvéolaire augmente avec la
profondeur entrainant une diffusion de l’azote vers les
capillaires où il se dissout
 A la remontée le gradient s’inverse, l’azote doit être
éliminé, imposant le respect de la vitesse de remontée et la
réalisation de paliers si nécessaire sous peine d’acccident
de désaturation
LES ECHANGES GAZEUX ( 6 )
 A l’entrée du capillaire la PpO2 est environ de 35 mmHg.
Il existe donc un gradient élevé entre l’alvéole et le
capillaire permettant une diffusion efficace de l’oxygène
avec une PpO2 à 100 mmHG à la sortie du capillaire.
 Pour le CO2, le gradient est beaucoup plus faible puisque
la PpCO2 à l’entrée du capillaire est de 45 mmHg et de
40 mmHg à la sortie du capillaire.
La faiblesse du gradient est compensé par la vitesse de
diffusion élevée pour le CO2
ESSOUFLEMENT
 Ce gradient artério – veineux faible pour le CO2 explique
pourquoi un essoufflement est rapidement irréversible.
 En effet quand la fréquence ventilatoire augmente en
début d’essoufflement, l’alvéole est mal rincée et le CO2
s’accumule dans l’alvéole diminuant le gradient alvéolocapillaire ce qui laisse alors une PpCO2 à la sortie
supérieure à 40 mmHg. Cela augmente par réflexe la
fréquence ventilatoire et le réflexe inspiratoire jusqu’à
annuler le gradient, on est en essoufflement irréversible.
On veut inspirer alors que les poumons sont en
hyperinflation
 Voilà pourquoi la prévention de l’essoufflement passe par
une ventilation lente et profonde, insistant sur l’expiration
afin de bien rincer les alvéoles et éviter l’accumulation du
CO2
LES VOLUMES PULMONAIRES ( 1 )
 On définit plusieurs volumes mobilisables ou non:
- le volume courant ( VC ): c’est le volume inspiré puis
expiré au repos. Il est de 0,5 L
- le volume de réserve inspiratoire ( VRI ): c’est le volume
inspiré en inspiration forcée. Il est de 2,5 L
- le volume de réserve expiratoire ( VRE ): c’est le
volume expiré en expiration forcée. Il est de 1,5 L
- le volume résiduel (VR ): c’est le volume restant dans
les poumons en fin d’expiration forcée. Il est de 1,5 L
LES VOLUMES PULMONAIRES ( 2 )
 La somme des volumes courant, de réserve
inspiratoire et de réserve expiratoire représente la
capacité vitale. Son volume est de 4,5 L
 Si on ajoute à la capacité vitale le volume résiduel on
obtient la capacité pulmonaire totale, dont le volume
est de 6,0 L
LES VOLUMES PULMONAIRES ( 3 )
 Le volume courant est mobilisé par la contraction du
diaphragme lors de l’inspiration et par le relachement
passif de ce même diaphragme lors de l’expiration
 Le VRI est mobilisé grace à la contraction du
diaphragme et des muscles releveurs des côtes
 Le VRE est mobilisé suite à la contraction des muscles
abdominaux et des muscles abaisseurs des côtes
complétant l’action du relachement du diaphragme
RYTHME ET FREQUENCE
 Au repos la fréquence ventilatoire est de 12 cycles/mn
 On définit un cycle ventilatoire additionnant le temps
inspiratoire et le temps expiratoire. Au repos il dure
en moyenne 5 secondes
 L’inspiration dure 1/3 de ce temps
 L’expiration dure 2/3 de ce temps
EN PLONGEE ( 1)
 Souvent le VC augmente et atteint un litre,
notamment chez les débutants
 Chez tous les plongeurs, le VC se déplace vers le VRI,
prédisposant à l’essoufflement si on ne force pas sur
l’expiration
 La respiration sur tuba et sur le détendeur augmente
l’espace mort
 L’air froid et sec favorise la perte de chaleur
EN PLONGEE ( 2 )
 Augmentation du travail musculaire ventilatoire:
- l’immersion entraine un afflux de sang vers le thorax
( environ 700 ml ), diminuant les volumes pulmonaires
et augmentant l’effort musculaire inspiratoire
- le matériel offre une résistance au flux des gaz, rendant
l’expiration active et demandant un effort inspiratoire
plus ou moins important selon les détendeurs
- l’ augmentation de la pression ambiante avec la profondeur
voit augmenter la viscosité des gaz, entrainant une
augmentation de la résistance à l’écoulement de ces gaz
dans les détendeurs et dans les voies aériennes
EN PLONGEE ( 3 )
 Une gêne ventilatoire supplémentaire peut être crée par le
matériel comme une combinaison ou un gilet gonflable de
sécurité trop serré, un lestage non adapté ….
 En plongée, nous sommes des insuffisants respiratoires et
notre conduite, notre savoir être doivent privilégier tous
les comportements favorisant l’épargne ventilatoire