Système respiratoire, consommation et essoufflement Niveau 4 Gaëlle Ruysschaert, Mise à jour le 06/01/17.

Système respiratoire, consommation et essoufflement Objectifs : Comprendre comment la ventilation et la respiration s’adaptent en plongée Comprendre la mécanique ventilatoire pour prévenir les accidents liés dans le cadre de votre activité de GP Programme : Fonctions respiratoires  Voies aériennes supérieures/inférieures Différents volumes   Essoufflement  Essoufflement et consommation Durée de la séance : 1h30 / 28

Fonctions respiratoires Y a t-il une différence entre la ventilation et la respiration ? Ventilation Respiration Action mécanique : renouvelle l’air à l’intérieur des poumons Cellulaire Participe aux échanges gazeux Si je vous dit "on fait NFS, chimie, iono, gaz du sang, 2 culots d'O, il ne ventile plus, on intube " Fortement modifiée en plongée / 28

Voies aériennes supérieures Sinus Fosses nasales Trompe d’Eustache Voile du palais Recouverts de muqueuses qui sécrètent un liquide visqueux appelé mucus qui permet d’emprisonner microbes et substances étrangères   Permet le passage de l'air (Inspiration/expiration) Evite le passage des aliments dans la trachée Permet d'émettre des sons  On y trouve la glotte : orifice entre les 2 cordes vocales : s’ouvre/se ferme volontairement ou pas   Clapet cartilagineux : se referme lors de la déglutition pour orienter aliments vers œsophage (et pas vers trachée) Voie d’entrée de l’air = narines Fosses nasales filtrent (impuretés) Humidifient et réchauffent l’air inspiré Conduit l’air vers les poumons De l’arrière du nez (rhino-pharynx : zone d’arrivée des trompes d’Eustache) au larynx = Gorge Isole les fosses nasales/cavité buccale Oriente le passage de l’air nez ou bouche Mobilisé lors de la dissociation bucco-nasale Conduit les aliments vers l’estomac Pharynx Langue Epiglotte Larynx En surface l’air pénètre par les narines dans les fosses nasales, puis atteint le pharynx, passe par le larynx via la glotte et débouche dans la trachée d’où il va être amené aux poumons. Trachée Œsophage / 28

Voies aériennes supérieures Sinus En quoi ça vous concerne en tant que GP ? Fosses nasales Trompe d’Eustache Panique ou entrée d’eau dans le nez => Spasme reflexe, fermeture de la glotte A la remontée, risque de SP Sinus : Cavités emplies d’air En plongée, attention aux baro En plongée, air passe par la bouche : Pas réchauffé + refroidissement par détente entre les 2 étages du détendeur => perte de calories => => refroidissement du plongeur => perte de calories => etc. Pas filtré =>requiert air pur Pas humidifié => déshydratation Voile du palais Pharynx Langue Epiglotte Larynx Trachée Œsophage / 28

Voies aériennes inférieures Trachée Muscles intercostaux Bronche souche D G Côte (sectionnée) Hile Feuillet interne Bronchiole Feuillet externe Médiastin Bronches Coeur Alvéoles Diaphragme = Plèvre (= membrane qui entoure le poumon). Feuillet interne (viscéral) : collé au poumon, feuillet externe (pariétal) : adhère à la cage thoracique. Plèvre solidarise le poumon au diaphragme et aux muscles intercostaux Muscle. Sépare la cage thoracique et l’abdomen. Permet inspiration/expiration Petits sacs à parois minces, emplis d'air : lieu des échanges gazeux. Environ 300 millions, surface d’1 terrain de tennis Tube maintenu ouvert par une 20aine d'anneaux de cartilage. Conduit l'air du larynx jusqu'aux bronches Zone d’entrée des bronches dans le poumon Participent aux mouvements ventilatoires / 28

Voies aériennes inférieures Trachée Muscles intercostaux Bronche souche D G Côte (sectionnée) Hile Feuillet interne En quoi ça vous concerne en tant que GP ? Bronchiole Feuillet externe Médiastin Bronches Coeur Alvéoles Diaphragme Zone de faiblesse de la plèvre => Attention à la SP ! Sacs emplis d’air => Attention à la SP ! SP => Air entre les 2 feuillets (cavité pleurale) = Pneumothorax / 28

Voies aériennes inférieures Comment expliquer que l’air pénètre dans les poumons ? Inspiration Volume  Pression dans les alvéoles devient < à la pression atmosphérique Entrée d’air dans les poumons Expiration Volume  Pression dans les alvéoles devient > à la pression atmosphérique Sortie d’air / 28

Voies aériennes inférieures Même chose en plongée ? Inspiration Phénomène actif : Muscles respiratoires se contractent Expiration Phénomène passif : Muscles respiratoires se relâchent Inspiration Efforts plus importants : Pour ouvrir clapets des 2 étages du détendeur Combinaison/Stab Pression hydrostatique sur le thorax. Expiration Phénomène actif : Efforts plus importants pour ouvrir soupape du 2ème étage / 28

Voies aériennes inférieures Masse volumique de l'air à la PA : 1,3 g/l (d=1,3) Effet de la pression sur le travail ventilatoire ? Augmentation de pression  Densité de l’air  Travail ventilatoire + important dès 30 m (débit ventilatoire /2 !) 10 m = 2 bars 20 m = 3 bars 30 m = 4 bars A 30 m : 1,3 x 4 b= 5,2 g/l (d=5,2) / 28

Voies aériennes inférieures Autre facteur rendant le travail ventilatoire plus difficile en plongée ?  Ecoulement laminaire de l'air devient + turbulent par le passage dans le détendeur. Ecoulement laminaire de l’air En mécanique des fluides, l'écoulement laminaire est le mode d'écoulement d'un fluide où l'ensemble du fluide s'écoule plus ou moins dans la même direction, sans que les différences locales se contrarient (par opposition au régime turbulent, fait de tourbillons qui se contrarient mutuellement). A mesure que l'air se détend, la pression chute : l'ai gagne en énergie cinétique (il accélère), ce qu'il perd en énergie thermique (il refroidit). Vitesse + surface non linéaire dans le détendeur => Création de turbulences (tourbillons). L'air dans un détendeur est donc plus difficilement respirable qu'en surface sans détendeur où il est à l'état laminaire (i.e. circule dans la même direction). Ecoulement turbulent / 28

Différents volumes Quels volumes mobilise t-on lorsque l’on ventile ? Et en plongée ? Spirogramme = représentation graphique de l’état ventilatoire.  Capacité Vitale (CV) = Volume d’air max mobilisable = VC (0,5 L) + VRI (2,5 L) + VRE (1,5 L) = 4,5 L VRI Capacité Totale (CT) = Volume max d’air en fin d’inspiration sur le VRI = CV (4,5L) + VR (1,2 L) = 5,7 L VC VRE VR Au repos, en surface, inspiration/expiration = 0,5 L d’air = Volume Courant (VC) 15 à 20 mouvements/min => 7,5-10 L/min Ventilation grâce à 1 seul muscle, le diaphragme Volume Résiduel (VR) = En fin de VRE, air restant dans les alvéoles = 1,2 L Volume de Réserve Expiratoire (VRE) = Expiration forcée (après expiration du Volume Courant : abdominaux + diaphragme + muscles du thorax) : 1,5 L  Toujours de l’air dispo pour la RSE  Volume de Réserve Inspiratoire (VRI) = Inspiration profonde (diaphragme + muscles du thorax + muscles du cou) : 2,5 L / 28

Altération des volumes en plongée ? Différents volumes Altération des volumes en plongée ? VRI (2,5 L) CV (4,5 L)  10 % ! CT (5,7 L) VC (0,5 L) VRE (1,5 L) VR (1,2 L) / 28

Autres volumes ? Et en plongée ? Différents volumes Autres volumes ? Et en plongée ? Autres volumes : les Espaces Morts (EM) ≈ 0,5 L. Ventilés, mais ne participent pas aux échanges gazeux. Contiennent air appauvri en O2 et riche en CO2. Repoussé dans les poumons lors de l’inspiration. EM anatomique : nez, bouche, pharynx, trachée… EM matériel de plongée : 2ème étage du détendeur, tuba lors du capelé. Tuba de petit diamètre :  EM mais  effort ventilatoire. Conseil épreuve GP : Tuba de gros diamètre :  effort ventilatoire et expiration par le nez. VRI (2,5 L) CV (4,5 L) CT (5,7 L) VC (0,5 L) VRE (1,5 L) VR (1,2 L) / 28

Altération des volumes en plongée ? Différents volumes Altération des volumes en plongée ? En plongée, à l’immersion volume sanguin déplacé  haut du corps (pression + basse) Volume sanguin vers le thorax   Rigidité des poumons   Effort ventilatoire pour faire varier les volumes  / 28

Altération des volumes en plongée ? Différents volumes Altération des volumes en plongée ? Position ventrale + Tête en hyper extension Ouverture de la cage thoracique Mais : Ventre aplati, viscères abdominaux comprimés (Pression hydrostatique) Diaphragme remonte Volume Courant  Amplitude ventilatoire  grâce à l’  du Volume de Réserve Inspiratoire Effort ! / 28

Essoufflement Effort : Production de CO2  Conso d’O2 En plongée : C’est quoi ? Intoxication au CO2 = Hypercapnie Comment ça survient ? Effort : Mauvaises conditions physiques Stress Mauvaises techniques (palmage, lestage, position dans l’eau) Détendeur trop dur Froid Production de CO2  Conso d’O2 Cercle vicieux Plongeur débutant  Sollicitation +++ du VRI au détriment de l’expiration En plongée : Expiration active  Densité de l’air Effort ventilatoire + important Adaptation de la ventilation : + ample + rapide ( Rythme cardiaque) / 28

Essoufflement VRI VC VRE VR Début de récupération Essoufflement Au repos Effort Début essoufflement Début de récupération / 28

Essoufflement  CO2 sang et alvéoles VRI Début de récupération Essoufflement Essoufflement  CO2 sang et alvéoles VRI Stimulation Chémorécepteurs = Capteurs Aortiques (cœur) Carotidiens (cou) Centraux (bulbe rachidien) VC VRE Reçoivent info  CO2 Interprètent  02 VR Début essoufflement Commandent d’inspirer alors qu’il faudrait expirer / 28

Consommation et essoufflement Exercice : Avec un bloc de 15 L, gonflé à 200 bars, vous emmenez des N2 à 40 m. Le DP vous donne la consigne de remonter avec 50 b sur le bateau. Sachant que votre consommation en surface est de 20 L/min, quelle sera votre autonomie théorique à 40 m ? / 28

Consommation et essoufflement Exercice : Avec un bloc de 15 L, gonflé à 200 bars, vous emmenez des N2 à 40 m. Le DP vous donne la consigne de remonter avec 50 b sur le bateau. Sachant que votre consommation en surface est de 20 L/min, quelle sera votre autonomie théorique à 40 m ? 200 b - 50 b = 150 b disponibles pour mon explo Soit 15 L x 150 b = 2250 L disponibles Conso 20 L/min en surface = à 1 b A 40 m, 5 b, conso : 20 L x 5 b = 100 L/min 2250 / 100 ≈ 22 minutes d’autonomie à 40 m Attention, il s’agit de calculs théoriques qui n’incluent pas le temps de descente, de remontée, de paliers. 60 m : Limite de la plongée à l’air (toxicité des gaz). Courbe de sécurité 12 m : 2h et 15 min 15 m : 1h et 15 min 20 m : 40 min 25 m : 20 min 30 m : 10 min 35 m : 10 min 40 m : 5 min Notez aussi qu’un grave essoufflement peut multiplier la conso par 6 ! A 40 m, bloc se vide en 12 X 200 = 2400 L A 40 m, (20 L x 5 b) = 100 L/min, 600 L/ min en cas d’essoufflement 2400 / 600 = 4 minutes pour vider un bloc !!! 20 m 40 m 60 m 12 L 30 min 18 min 12 min 15 L 37 min 22 min 16 min / 28

Consommation et essoufflement Exercice : L’un de vos N2 avec un bloc de 15 L, gonflé à 200 bars fait un essoufflement à 40 m car vous avez palmé trop vite. La conso de départ (20 L/min) est x / 6. En combien de temps va t-il vider son bloc ? / 28

Consommation et essoufflement Exercice : L’un de vos N2 avec un bloc de 15 L, gonflé à 200 bars fait un essoufflement à 40 m car vous avez palmé trop vite. La conso de départ (20 L/min) est x / 6. En combien de temps va t-il vider son bloc ? Soit 15 L x 200 b = 3000 L disponibles Conso de 20 L/min en surface = à 1 b A 40 m, 5 b, conso : 20 L x 5 b = 100 L/min 100 L/min x 6 (essoufflement) = 600 L/min ! 3000 L / 600 L = en 5 min le bloc est vide !!! / 28

Consommation et essoufflement Exercice : L’un de vos N2 avec un bloc de 15 L, gonflé à 200 bars fait un essoufflement à 40 m car vous avez palmé trop vite. La conso de départ (20 L/min) est x / 6. En combien de temps va t-il vider son bloc ? Soit 15 L x 200 b = 3000 L disponibles Conso de 20 L/min en surface = à 1 b A 40 m, 5 b, conso : 20 L x 5 b = 100 L/min 100 L/min x 6 (essoufflement) = 600 L/min ! 3000 L / 600 L = en 5 min le bloc est vide !!! Et s’il avait eu un 12 L ? / 28

Consommation et essoufflement Exercice : L’un de vos N2 avec un bloc de 15 L, gonflé à 200 bars fait un essoufflement à 40 m car vous avez palmé trop vite. La conso de départ (20 L/min) est x / 6. En combien de temps va t-il vider son bloc ? Et s’il avait eu un 12 L ? Soit 12 L x 200 b = 2400 L disponibles Conso de 20 L/min en surface = à 1 b A 40 m, 5 b, conso : 20 L x 5 b = 100 L/min 100 L/min x 6 (essoufflement) = 600 L/min ! 2400 L / 600 L = en 4 min le bloc est vide !!! / 28

Consommation et essoufflement Que pouvez-vous faire en tant que GP pour prévenir le risque d’essoufflement ? Ne pressez pas vos élèves (équipement, mise à l’eau) Courant : Adaptez l’itinéraire /!\ Syndrôme du N4 (palmage) ! Surveillez conso/bulles de vos plongeurs N4 ≠ Vaccin contre l’essoufflement /!\ aussi à vous ! Et si l’essoufflement survient ? Attrapez votre plongeur (Essoufflement  Panique  Remontée rapide  SP) Faites cesser tout effort Calmez votre plongeur Demandez lui d’expirer Remontez (/!\ Conso et Vitesse) Majorez palier (Essoufflement  Risque d’ADD) / 28

gaelle.ruysschaert@yahoo.fr / 28