RESPIRATION SUBAQUATIQUE Comité Départemental du Val de Marne - Marc TISON - Moniteur fédéral 2ème degré ECHANGES GAZEUX RESPIRATION SUBAQUATIQUE

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Echanges gazeux et respiration subaquatique Introduction Les échanges gazeux sont la transition de l’appareil respiratoire à l’appareil cardiovasculaire. La respiration assure l’apport de l’oxygène et l’élimination du gaz carbonique. La circulation apporte les besoins énergétiques aux tissus en oxygène (hématies), en nutriments et assurent également l’évacuation des déchets. O2 + GLUCIDES = ENERGIE + H2O + CO2 = LA VIE

Echanges gazeux et respiration subaquatique Analogie http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html

Echanges gazeux et respiration subaquatique Mécanisme des échanges gazeux La diffusion alvéo capillaire - La diffusion est un processus physique. Des molécules (air ou gaz) passent d’un compartiment hautement concentré vers un compartiment moins concentré à travers une membrane. Il y a une recherche permanente d’équilibre (rappel expérience de Bertholet) entre des compartiments aux pressions partielles différentes (Dalton). Principe de Diffusion Recherche permanente d’équilibre Co2 ++ + Membrane O2 +++ +

Echanges gazeux et respiration subaquatique Mécanisme (suite) Epithélium Endothélium Membrane cytoplasmique Le surfactant Tissus interstitiel Plasma intercapillaire Liquide intracellulaire O2 CO2 La diffusion de l’air alvéolaire dans le capillaire s’équilibre en 3/10° de seconde à travers 3 parois : L’Épithélium alvéolaire ou paroi alvéolaire L’Endothélium capillaire ou paroi capillaire La membrane cytoplasmique du globule rouge ou paroi du globule rouge. A travers également quatre interfaces liquidiens : Le surfactant, liquide recouvrant la paroi alvéolaire, le tissus interstitiel entourant le capillaire, la couche de plasma intercapillaire et le liquide intracellulaire du globule rouge.

Echanges gazeux et respiration subaquatique Processus Physique et Chimique des échanges gazeux Le processus est d’abord physique . La première étape est appelée étape alvéolaire ou Hématose, elle procède d’une simple diffusion C’est la différence de Pression Partielle des gaz entre l’air alvéolaire et le sang qui permet ces échanges. http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html CO2 O2

Echanges gazeux et respiration subaquatique Échanges alvéolaires http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html

Echanges gazeux et respiration subaquatique Échanges tissulaires L’étape Tissulaire procède également d’une simple diffusion, le + vers le - L’oxygène diffuse dans les tissus et le Gaz carbonique en sort. Le liquide interstitiel ou lymphe permet et facilite les échanges car il transmet les pressions. http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html

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respiration subaquatique http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html Echanges gazeux et respiration subaquatique Quelques valeurs d’O2 et de CO2 dans l’organisme La PO2 dans les alvéoles est plus basse que la PO2 de l'air car, dans les poumons, l'air inspiré est saturé de vapeur d'eau. De plus, avant d'arriver aux alvéoles, une partie de l'O2 est absorbée par le sang au niveau des bronchioles.

Echanges gazeux et respiration subaquatique Processus chimique des échanges gazeux Le deuxième processus est chimique. Il passe aussi par une étape alvéolaire et tissulaire. La circulation sanguine amène successivement les hématies sur le lieu des échanges, celles-ci jouant le rôle de transporteur. http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html L’Hémoglobine, liquide contenu dans l’hématie riche en fer (héme) va attirer comme un aimant les molécules d’O2 ou de CO2 et les fixer le temps de leur trajet. Hème Hémoglobine: 2 chaînes α et 2 chaînes β 4 hèmes

Echanges gazeux et respiration subaquatique Hématies http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/index.html Chaque hème contient un atome de Fe pouvant fixer une molécule d’O2 Donc, chaque Hb peut fixer 4 O2 Hb + O2 O2 globine HbO2 Hémoglobine = Hb Hémoglobine + O2 = Hb + O2 puis Oxyhémoglobine (HbO2) Hémoglobine + Co2 = Hb + Co2 puis Carbhémoglobine (HbCo2)

Echanges gazeux et respiration subaquatique Le PH sanguin « potentiel Hydrogène » Les combinaisons HbO2 et HbCO2 sont instables car le rôle de la dissolution du Co2 dans le plasma est important. En effet, la présence de CO2 dissout sous forme de bicarbonate et d’acide carbonique participe à l’acidité sanguine que l’on mesure avec le pH. Il en résulte une acidification du sang qui accélère la séparation de l’Oxygène/gaz carbonique et de l’Hémoglobine.  [CO2] sang ==>  [H2CO3] ==>  pH  [CO2] sang ==>  [H2CO3] ==>  pH Le centre respiratoire est sensible au pH  pH  Stimulation du centre respiratoire  pH  Inhibition du centre respiratoire  [CO2] sang   pH   ventilation pulmonaire  [CO2] sang   pH   ventilation pulmonaire

Configuration instable Affinité de Hb pour CO (monoxyde de carbone) Echanges gazeux et respiration subaquatique Le pH sanguin Fixation de 1 O2  facilite la fixation des 3 autres Libération de 1 O2  facilite la libération des 3 autres Configuration instable  pH  affinité de O2 avec Hb  libération O2  activité  CO2  pH  libération O2 Affinité de Hb pour CO (monoxyde de carbone) est de 200 à 300 fois plus élevée que pour O2. 50% Hb inactivé Mortel 0,1 % CO dans l ’air 0,2 % CO dans l ’air Configuration stable

Echanges gazeux et respiration subaquatique Les échanges en plongée La pratique de la plongée ne modifie pas le principe des échanges gazeux. Ceux-ci sont néanmoins perturbés dans bien des cas : Apnée : lorsqu’il y a arrêt respiratoire volontaire, la consommation d’O2 et la production de CO2 continue. L’apnéiste vit sur son capital de départ. Narcose : la présence d’azote dissous le plasma (processus physique) accélère les effets de la narcose (centre nerveux). Accidents biophysiques (ADD) : le blocage de la circulation sanguine interrompt les échanges notamment tissulaires (voir alvéolaire dans le cas de l’ADD de décompression pulmonaire).

Echanges gazeux et respiration subaquatique Les échanges en plongée (suite) Travail respiratoire : la limitation des mouvements respiratoires volontaires de type poumons ballast limite l’amplitude des mouvements d’ou une mauvaise performance. Détendeur mal réglé : il peut imposer une +/- grande résistance à l’inspiration ou l’expiration Le froid enfin accélère la contraction des muscles du tronc. Il en découle une certaine limitation de l’amplitude respiratoire. Fin