LES ECHANGES GAZEUX.

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1 LES ECHANGES GAZEUX

2 PLAN V– En plongée I– Objectif du cours 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 b) Matériel c) Conditions de plongée d) Oxygénothérapie VIII– Pour information et la culture 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)! IV – Mécanisme des échanges gazeux a) Arbre bronchique, sac alvéolaire b) Composition de l’air alvéolaire c) Alvéole <-> sang d) Sang <-> tissus e) Effet Shunt

3 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.

4 II - Rappels Pp = Pabs x % gaz b) Loi de DALTON a) 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.

5 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

6 II - Rappels e) Système circulatoire Sang riche en O2 (hématosé)
Et pauvre en CO2 Sang pauvre en O2 Et riche en CO2

7 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.

8 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.

9 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

10 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 = 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

11 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.

12 IV – Mécanisme des échanges gazeux
Echange de l’O2 ALVEOLE capillaire Artériole>>> >>>Veinule

13 IV – Mécanisme des échanges gazeux
Echange du CO2 ALVEOLE capillaire Artériole>>> >>>Veinule

14 IV – Mécanisme des échanges gazeux
Echanges O2 et CO2 ALVEOLE capillaire Artériole>>> >>>Veinule

15 IV – Mécanisme des échanges gazeux
Valeurs en mm Hg (mercure) sachant que : 760 mm Hg = 1,013 bar

16 d) Sang <-> tissus
IV – Mécanisme des échanges gazeux d) Sang <-> tissus Muscle ou tissu O2 CO2 N2 O2 N2 Artériole >>> 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 !

17 IV – Mécanisme des échanges gazeux
Artère pulmonaire Veine pulmonaire ALVEOLE Capillaire alvéolaire Schéma général Capillaire tissulaire TISSU Veine grande circulation Artère grande circulation

18 X IV – Mécanisme des échanges gazeux
e) Effet shunt (« court-circuit ») Alvéole X Artériole>>> >>>Veinule capillaire 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.

19 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.

20 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).

21 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).

22 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.

23 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. 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.

24 Plongez plein gaz!

25 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 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.