Les échanges gazeux

N4
Les échanges gazeux
Plan du cours
•
Introduction : Justification et objectifs
Relation entre la circulation et la ventilation
Comprendre les mécanismes de certains accidents
Comment l'organisme va réagir en immersion
•
L'alvéole pulmonaire
Présentation de l'alvéole
Anatomie de l'alvéole
•
Mécanismes :
Air inspiré, air expiré,air alvéolaire
Pression dans le poumon
Influences des pressions partielles
La diffusion
Etape alvéolaire:
L'hématose
Transport de l'O2 et N2
La pression partielle alvéolaire de CO2
Etape tissulaire :
Transport du CO2
•
Applications à la plongée
Les risques d'essoufflement
•
Cours suivant : la surpression pulmonaire
Christian Vivet
octobre 2008
Durée environ 60 '
N4
Les échanges gazeux
Justification et objectifs
Notre organisme a besoin d'air pour vivre, l'appareil ventilatoire rempli
ce rôle mais sans l'appareil circulatoire l'air respiré ne pourrait être
véhiculé dans le corps;
Des échanges vont donc avoir lieu entre ces deux circuits, ce sont les
échanges gazeux.
Comprendre la mécanique de ces échanges va nous aider à mieux
cerner et comprendre les réactions de l'organisme et son adaptation à
la plongée.
Et notamment au niveau des risques d'essoufflement qui sont plus
importants dès lors que l'on s'immerge
Christian Vivet
octobre 2008
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Les échanges gazeux
L'alvéole pulmonaire
Présentation de l'alvéole
Les alvéoles pulmonaires sont l'aboutissement du trajet que l'air a
effectué pour atteindre les poumons. Ce sont de petits sacs (0,1mm) qui
vont permettre de respirer. Les poumons contiennent environs 700
millions d'alvéoles pour une surafce de 200 m2. Celles-ci sont irriguées
par de nombreux capillaires en contact permament avec les alvéoles.
Cette zone de contact est le lieu où se produira les échanges gazeux
Chasse aux idées reçues, les alvéoles pulmonaires en cas de
surpression pulmonaire n'éclatent pas. Elles vont s'écraser les unes
contre les autres et venir comprimer les capillaires. Ceci va entrainer un
saignement extériorisé avec présence de sang dans la bouche, le
spusme.
Christian Vivet
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Les échanges gazeux
L'alvéole pulmonaire
Anatomie de l'avéole : le surfactant
Le surfactant tapisse l'intérieur des alvéoles.Il est constitué
essentiellement d'une variété de lipides(corps gras) et secrété par les
cellules des alvéoles qui sont spécialisées .Le surfactant constitue un
film très mince qui recouvre la totalité de l'intérieur des alvéoles,
Il est donc directement en contact avec l'air qui entre dans les poumons;
Cette substance possède des propriétés tensioactives qui permettent
de diminuer les tensions qui s'exercent sur les parois des alvéoles
empêchant ainsi l'affaissement de celles-ci sur elles mêmes
surfactant
alvéole
alvéole
capillaires
Christian Vivet
octobre 2008
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Les échanges gazeux
Mécanismes
Air inspiré
L'air inspiré est prélevé dans l'atmosphère et se compose de :
21% : oygène,(O2)
0,03% dioxyde de carbone (CO2)
79% : azote,(N2)
Air expiré :
L'air expiré est rejété dans l'atmosphère et se compose de :
16% : oygène,(O2)
5% : dioxyde de carbone,(CO2)
79% : azote,(N2)
Air alvéolaire :
L'air alvéolaire est à l'intérieur des alvéoles pulmonaires:
16% : oygène,(O2)
5% : dioxyde de carbone,(CO2)
79% : azote,(N2)
Mais que peut-il donc bien se passer dans la zone de contact alvéole et
capillaire ? Pour répondre à cette question nous devons nous
intéresser aux pressions partielles des gaz contenu dans le sang et
celui contenu à l'intérieur des alvéoles.
En effet par le jeu des différences de pressions partielle, l'O2 va
pénétrer dans le circuit sanguin et le CO2 être rejeté à l'extérieur.
L'azote lui va pénétrer dans le sang et en sortir à chaque cycle
respiratoire. L'azote va jouer un rôle déterminant au cours de la plongée
et va necessiter l'utilisation de procédures de décompression qui seront
abordées prochainement.
Christian Vivet
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Les échanges gazeux
Mécanismes
Pression des gaz dans le poumon
La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer est de 760
mm HG.Lorsque l'air pénètre dans les voies respiratoires, il s'ajoute de
la vapeur d'eau. La pression partielle de vapeur d'eau est de 47 mmHG.
La pression exercée par l'O2, le CO2 et l'N2 n'est plus que de
760 – 47 = 713 mmHG.
A cause de l'espace mort,les pressions partielles de l'air inspiré au
niveau de la trachée sont diminuées par rapport à celles dans
l'atmosphère.
% air
inspiré
Pression
partielle dans
air inspiré
Pression
partielle dans
air alvéolaire
O2
21 %
713x0,21 = 150 mmHG
PpO2 = 100 mmHG
CO2
0,03 %
713x0,03 = 0,3 mmHG
PpCO2 = 40 mmHG
N2
79 %
713x0,79 = 570 mmHG
PpN2 = 570 mmHG
L'O2 est consommé par l'organisme et son renouvellement ralenti par
l'espace mort, l'air frais oygéné se dilue toujours avec de l'air vicié, donc
sa pression partielle alvéolaire est diminué.
Le CO2 est rejété dans l'alvéole, sa pression partielle est donc
augmentée par rapport à celle de l'air atmosphérique.La PpN2
alvéolaire reste constante
L'N2 est dissout dans l'organisme donc sa pression partielle ne change
pas par rapport à l'air atmosphérique.
Christian Vivet
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Les échanges gazeux
Mécanismes
Influence des pressions partielles
Les pressions partielles permettent les échanges gazeux, voyons
voir quelles sont les valeurs à retenir.
Air alvéolaire
PpO2 : 150mmHg
PpCO2 :0,3mmHg
air atmosphérique
PpCO2 : 40mmHg
PpO2 : 100mmHg
artère pulmonaire
O2
CO2
PpCO2: 40mmHg
PpCO2: 46mmHg
PpO2 : 100mmHg
PpO2 : 40mmHg
artère grande circulation
veine grande ciculation
Sang qui revient
des organes
riche en CO2
Le CO2 est produit
par l'organisme.La
Pp alvéolaire est
donc constante
quelque soit la
profondeur
Christian Vivet
veine pulmonaire
O2
CO2
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Sang qui part aux
organes
riche en O2
tissus
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Mécanismes
Influence des pressions partielles
Les pressions partielles d'O2 et de CO2 ne varient pratiquement pas
au cours du cycle respiratoire. De l'air frais se mélange à l'air alvéolaire.
La durée de contact entre le sang et les capillaires pulmonaires est de
0,7 s, les echanges gazeux s'effectuent en 0,3 s au cours de chaque
systole.
Tension de gaz dissous
dans le sang artériel
Tension de gaz dissous
dans le sang veineux
O2
PpO2 = 100 mmHG
PpO2 = 40 mmHG
CO2
PpCO2 = 40 mmHG
PpCO2 = 46 mmHG
N2
PpN2 = 570 mmHG
PpN2 = 570 mmHG
Gradient de pression O2
Pression alvéolaire= 0,13b (100mmHg)
Tension sanguine d'O2 = 0,05b (40mmHg)
différence =0,08b donc l'O2 se véhicule dans le sang pour atteindre un
équilbre de pression dans la veine pulmonaire
Gradient de pression CO2:
Pression alvéolaire= 0,05b (40mmHg)
Tension sanguine de CO2 = 0,06b (46mmHg)
difference = -0,01b donc le CO2 est évacué dans l'alvéole pour atteindre
un équilibre de pression par rapport à la veine pulmonaire
Les états de saturation O2 et CO2 s'effectuent donc très rapidement en
moins d'une demi-seconde.
Christian Vivet
octobre 2008
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Les échanges gazeux
Mécanismes
La diffusion
Les échanges gazeux viennent d'avoir lieu, il s'agit d'un mode
d'échange par diffusion.le gaz traverse le liquide et le
surfactant tapissant les parois des alvéoles
Cette diffusion dépend des lois de Dalton ( pression partielle) et
de Henry ( dissolution des gaz)
surfactant
Liquide
Paroi alvéole
O2 quitte l'alvéole
CO2 entre dans l'alvéole
Christian Vivet
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Les échanges gazeux
Mécanismes
L'étape alvéolaire
Les pressions partielles en jeux conditionnent les échanges gazeux
alvéolaires. Cette phase est complexe car le gaz doit traverser la
membrane alvéolaire dans les deux sens. Ce phénomène se nomme
l'hématose
Voies aériennes
Arrivé du sang
riche en CO2
alvéole
Départ du sang
riche en O2
5% CO2
N2
21%
O2
N2
Les échanges gazeux : l'hématose
au niveau des poumons il existe des shunts naturels
qui peuvent s'ouvrir au cours d'un Valsalva à la remontée.
Les bulles vont donc emprunter un chemin différent et
passer directement dans le circuit artériel(aorte) puis
cerveau, c'est l'ADD cérébral
Christian Vivet
octobre 2008
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Les échanges gazeux
Mécanismes
Transport de l'O2 et de l'azote
L'oxygène qui est désormais dans la veine pulmonaire va se combiner
avec l'hémoglobine sur les 4 hémes de fer pour effectuer son transport
vers les organes.1 litre de sang contient donc 200ml d'oygène gazeux
pur.
L'azote lui se dissous à 100% dans le sang pour être transporté à son
tour dans l'organisme
Pression partielle de CO2
Il est utile de bien préciser que le CO2 est produit par l'organisme en
fonction des efforts fournis. En plongée la quantité de CO2 produite
peut augmenter mais pas la pression partielle qui reste constante
quelque soit la profondeur atteinte.
L'étape tissulaire
L'oygéne transporté par le sang va se libérer dans les différents
organes et cellules du corps humain. En revanche les déchets produits
par l'organisme , le CO2, va se rejeter dans le sang pour revenir dans
les circuits circulatoires et respiratoires en utilisant les veines caves.
L'azote lui va se dissoudre progressivement dans les cellules pendant
la descente et la plongée pour s'évacuer dans le sang à la remontée
Christian Vivet
octobre 2008
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Les échanges gazeux
Applications à la plongée
les risques d'essoufflement:
L'essoufflement est la manifestation ventilatoire d'un excès de CO2 dans
l'organisme. Il s'agit d'une intoxication du au CO2 appelé hypercapnie
Les causes :
effort inadapté
angoisse ou peur
mauvaise condition physique
détendeur défectueux
le froid
qualité de l'air
Mécanismes:
Le CO2 produit par l'organisme et détecté par les chémorécepteurs
carotidiens et aortiques.
Si la quantité produite dépasse un certain seuil le système sympathique
est sollicité pour activer l'inspiration. La ventilation est prévue pour
augmenter la quantité d'O2 et non pas de réduire celle de CO2.
Lorsque cette regulation atteint ces limites la fréquence respiratoire
augmente , l'air alvéolaire n'est plus renouvelé, la quantité de CO2
augmente alors encore plus.Le plongeur à de ce fait l'impression
d'étouffer. Le volume de réserve expiratoire n'est plus utilisé le CO2
n''est plus évacué, c'est l'engrenage infernal .....
VRI
VC
VRE
VR
Au repos
Christian Vivet
immersion
effort normal
octobre 2008
essoufflement
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Les échanges gazeux
Applications à la plongée
les risques d'essoufflement:
L'essoufflement est la manifestation ventilatoire d'un excès de CO2
dans l'organisme. Il s'agit d'une intoxication du au CO2 appelé
hypercapnie
La prévention:
Une bonne prévention est souvent possible en éliminant les causes
un peu de bon sens aussi peu éviter bien des problèmes;
- A la mise à l'eau parfois si les conditions météo sont mauvaises le
plongeur peu déjà se trouver en déficit d'air au moment où il va
s'immerger. Prenez le temps de bien ventiler avant de mettre la tête
sous l'eau car celà ne s'arrangera pas au fond.
- Et puis pendant la plongée, attention au courant, utilisez la partie
protégée pour la ballade.
- Evitez le palmage commando , c'est un loisir donc calme.
- En tant que guide de palanquée vous devez en plus être attentif aux
membres de la palanquée et savoir anticiper l'essoufflement de l'un des
membres.
Un coup d'oeil sur la quantité de bulles produites peu suffire.
Christian Vivet
octobre 2008
Durée environ 60 '