Physiologie & Dissolution des Gaz En Plongée sous Marine Cours Théorique Niveau 2 Hervé BOISOT 05/12/2006 Physiologie & Dissolution des Gaz En Plongée sous Marine Cours Théorique du 05/12/2006

II – DISSOLUTION DES GAZ Cours Théorique Niveau 2 Hervé BOISOT 05/12/2006 I - PHYSIOLOGIE A - Appareil respiratoire 1 - Schéma de l’appareil respiratoire 2 - Mécanisme de l’appareil respiratoire 3 - Volume et capacité pulmonaire 4 - Schéma des échanges Gazeux 5 - Fonctionnement des échanges Gazeux 6 - Le surfactant 7 - Application à la plongée B - Appareil circulatoire 1 - Schéma de l’appareil circulatoire 2 – Définitions 3 - Mécanisme de l’appareil circulatoire 4 - Récapitulatif des Trois phases de fonctionnement du cœur 5 - La tension 6 - Le rythme cardiaque II – DISSOLUTION DES GAZ 1 – Introduction 2 – Mise en Évidence 3 – Mécanisme 4 – Énoncé de la loi de Henry 5 – Facteurs Influents 6 – Application à la plongée 7 – Conclusion

I - PHYSIOLOGIE II – DISSOLUTION DES GAZ A - Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Hervé BOISOT 05/12/2006 I - PHYSIOLOGIE A - Appareil Respiratoire 1 - Schéma de l’appareil respiratoire 2 - Mécanisme de l’appareil respiratoire 3 - Volume et capacité pulmonaire 4 - Schéma des échanges Gazeux 5 - Fonctionnement des échanges Gazeux 6 - Le surfactant 7 - Application à la plongée B - Appareil Circulatoire II – DISSOLUTION DES GAZ

1 - Schéma de l’appareil respiratoire humain Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 1 - Schéma de l’appareil respiratoire humain

2 - Schéma de l’appareil respiratoire humain Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 2 - Schéma de l’appareil respiratoire humain Trachée Côte sectionnée Muscle intercostal Poumon gauche Bronche Bronchiole Capillaire sanguin Poumon droit Cœur Diaphragme Alvéole pulmonaire

Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 3 - Mécanisme de l’appareil respiratoire humain (1/2) L’INSPIRATION (ACTIVE) Contraction et abaissement du diaphragme Contraction des muscles et soulèvement des côtes La cage thoracique augmente de volume Les poumons, organes « mous » suivent le mouvement et augmentent de volume Entrée d’air dans les poumons

Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 3 - Mécanisme de l’appareil respiratoire humain (2/2) L’EXPIRATION (PASSIVE) Relâchement et soulèvement du diaphragme Relâchement des muscles et abaissement des côtes La cage thoracique diminue de volume Les poumons, organes « mous » suivent le mouvement et diminuent de volume Expulsion de l’air

4 - volumes et capacités pulmonaires en litres Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 4 - volumes et capacités pulmonaires en litres

Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 5 - Schéma des échanges gazeux au niveau d'une alvéole pulmonaire

6 - Fonctionnement des échanges gazeux Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 6 - Fonctionnement des échanges gazeux au niveau d'une alvéole pulmonaire (1/2) INSPIRATION EXPIRATION Alvéoles Paroi alvéolaire (surfactant) O2 CO2 Sang Veineux Sang Artériel

Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 6 - Fonctionnement des échanges gazeux au niveau d'une alvéole pulmonaire (2/2) Les parois alvéolaires sécrète un SURFACTANT pour : Réduire la tension superficielle de la paroi des alvéoles (élasticité à l’inspiration) Maintenir sa pression interne pour éviter aux alvéoles de se collaber

7 - Application à la plongée Cours Théorique Niveau 2 Appareil Respiratoire Hervé BOISOT 05/12/2006 7 - Application à la plongée Accidents Barotraumatiques (Surpression Pulmonaire, oreilles, sinus, …) Hypoxie / Anoxie (pression partielle Oxygène trop faible < 0,17 à 0,12 bar) Hyperoxie (pression partielle Oxygène trop élevée > 1,6 bars) Accidents de décompression (Azote est dissous dans l’organisme) Essoufflement ou Hypercapnie (pression partielle CO2 > 44 mmHg) NARCOSE ou Ivresse des profondeurs (pression partielle Azote > 4 bars) La pression par la profondeur augmente l’effort à l’inspiration Nota : L'air sec est composé d'environ 78 % d’Azote (N²), de 21 % d’oxygène (O²) et de 1 % de gaz dit "rares" dont 0,035% de Gaz Carbonique (CO²)

I - PHYSIOLOGIE II – DISSOLUTION DES GAZ A - Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Hervé BOISOT 05/12/2006 I - PHYSIOLOGIE A - Appareil Respiratoire B - Appareil Circulatoire 1 - Schéma de l’appareil circulatoire 2 - Définitions 3 - Fonctionnement de l’appareil circulatoire 4 - Récapitulatif des Trois phases de fonctionnement du cœur 5 - La tension 6 - Le rythme cardiaque 7 - Application à la plongée II – DISSOLUTION DES GAZ

1 - Schéma de l’appareil circulatoire humain Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 1 - Schéma de l’appareil circulatoire humain COEUR (4,5%) CERVEAU (13,4%) FOIE RATE, TUBE DIGEST. REINS (22,5%) MUSCLES (15%) AUTRES (9,8%) PEAU (8%) L'appareil circulatoire sanguin de l'homme est clos La circulation est à sens unique.

Appareil Circulatoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 2 – Définitions Le Coeur C’est l’organe moteur de la fonction cardiaque. C’est un muscle creux divisé en 2 moitiés indépendantes divisés en 2 parties (60 à 80 pulsations/min) Oreillettes : parties du cœur dont la paroi est très fine. Elle reçoivent le  sang des veines et le propulsent dans les ventricules. Ventricules : parties du cœur dont la paroi est épaisse. Ils reçoivent le sang des oreillettes et le propulsent dans les artères.

Appareil Circulatoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 2 – Définitions Grande circulation (organes & cerveau) Artères : Acheminement du sang riche en oxygène du cœur vers les organes. Veines : Acheminent le sang appauvri en oxygène des organes vers le cœur. Capillaires : relient les artères et veines et effectuent les échanges gazeux entre le sang et les organes traversés Petite circulation (Poumons) Artères : Acheminement du sang appauvri en oxygène du cœur vers les poumons. Veines : Acheminent le sang riche en oxygène des poumons vers le cœur.

Appareil Circulatoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 2 – Définitions Composition du Sang Globules rouges (hématies ou érythrocytes) transportent les gaz Globules blancs (leucocytes) c'est notre système de défense (bactéries, microbes,…) Plaquettes (thrombocytes) responsables de la coagulation Plasma (90% d'eau) transporte les nutriments et les déchets

Appareil Circulatoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 3 - Fonctionnement de l’appareil circulatoire humain Cerveau poumons CIRCULATION PULMONAIRE Petite circulation O2 CO2 échanges au niveau d’une alvéole pulmonaire Coeur CIRCULATION GÉNÉRALE Grande Circulation CO2 foie intestin grêle O2 trajet de l’oxygène trajet du dioxyde de carbone échanges au niveau du muscle muscle

3 - Fonctionnement de l’appareil circulatoire humain Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 3 - Fonctionnement de l’appareil circulatoire humain Aorte Veine Cave supérieure Veine pulmonaire Artère pulmonaire Oreillette droite Valve sigmoïde (pulmonaire) Oreillette gauche Valve sigmoïde (aortique) Veine Cave inférieure Valve tricuspide Valve mitrale Ventricule droit Ventricule gauche Révolution cardiaque Myocarde vue de face

Appareil Circulatoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 4 - Récapitulatif des Trois phases de fonctionnement 1/ Systole auriculaire : contraction des oreillettes 2/ Systole ventriculaire : contraction des ventricules 3/ Diastole : remplissage des oreillettes 5 - La tension Systole cardiaque : donne le chiffre le plus élevé (pression maximale atteinte dans le circuit sanguin) Diastole : donne le chiffre le plus faible (pression finale dans le circuit artériel)

Appareil Circulatoire Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 6 - Le rythme cardiaque L’augmentation est causée par : Effort physique Stress (Adrénaline) Le volume sanguin diminue (hémorragie) La pression partielle d'Oxygène diminue (anémie) La pression partielle de CO² augmente La température augmente (fièvre) Déshydratation … et inversement

7 - Application à la plongée Cours Théorique Niveau 2 Appareil Circulatoire Hervé BOISOT 05/12/2006 7 - Application à la plongée Échanges gazeux Accidents toxiques (Oxygène et CO² dissous) Accidents de décompression (Azote dissous) La pression par la profondeur à une incidence sur la tension sanguine

I - PHYSIOLOGIE II – DISSOLUTION DES GAZ A - Appareil Respiratoire Cours Théorique Niveau 2 Hervé BOISOT 05/12/2006 I - PHYSIOLOGIE A - Appareil Respiratoire B - Appareil Circulatoire II – DISSOLUTION DES GAZ 1 – Introduction 2 – Mise en Évidence 3 – Mécanisme 4 – Énoncé de la loi de Henry 5 – Facteurs Influents 6 – Application à la plongée 7 – Conclusion

Dissolution des Gaz 1 - Introduction Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 1 - Introduction Lorsqu'un gaz est mis en contact avec un liquide, une partie de ce gaz se dissout dans le liquide. Différents facteurs influencent le degré de cette dissolution, en particulier la Pression et le Temps. Le corps humain étant composé à 70 % d'eau il s'effectue des échanges entre les mélanges gazeux contenu dans les poumons et les tissus humains. Le plongeur par la pression qu’il subit en immersion est directement affecté.

Dissolution des Gaz O² 2 - Mise en Évidence Poisson dans un bocal Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 2 - Mise en Évidence Poisson dans un bocal O² CO² L’eau du bocal contient de l’Oxygène O² dissous que le poisson absorbe et transforme en Gaz Carbonique CO² On pose une assiette sur le bocal pour empêcher le poisson de sauter ou empêcher le chat de l’attraper L’Oxygène ne se renouvellera pas et il n’y aura plus de problème avec votre poisson ( Couic ! ) L’échange gazeux avec le liquide se fait dans les 2 sens jusqu’à obtention d’un équilibre entre les deux corps.

Dissolution des Gaz 3 - Mécanisme P = T P > T P = T P < T P = T Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 3 - Mécanisme On considère une température constante et les conditions extérieures restent stables La quantité de gaz dissous dans le liquide est appelée la TENSION. La Pression (P) du gaz au dessus du liquide et la Tension (T) du gaz dans ce liquide  s’établit un EQUILIBRE ou une SATURATION P = T 1 Si on augmente la pression du gaz  le liquide passe à un état de SOUS SATURATION P > T 2 Des molécules de gaz passeront alors dans le liquide jusqu'à atteindre à nouveau la SATURATION P = T 3 Si on diminue la pression du gaz le liquide passe en SURSATURATION 4 P < T Des molécules de gaz vont alors s'échapper du liquide jusqu'à retrouver l'état de SATURATION P = T 5

Dissolution des Gaz 4 - Énoncée de loi de Henry Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 4 - Énoncée de loi de Henry A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide. SATURATION Pression = Tension SOUS-SATURATION Pression > Tension SURSATURATION Pression < Tension

Dissolution des Gaz 5 - Facteurs influents Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 5 - Facteurs influents De nombreux facteurs influent sur la quantité de gaz absorbé par un liquide : LA PRESSION Le plongeur immergé en profondeur LA DUREE La dissolution n’est pas immédiate, agit donc sur le temps de plongée L’AGITATION DU GAZ ET LIQUIDE Effort important en plongée augmente la dissolution des gaz LA TEMPERATURE La dissolution des gaz augmente quand la température diminue LA SURFACE DE CONTACT Les poumons du plongeurs LA SOLUBILITE DU GAZ En plongée, pression partielle Azote importante LA NATURE DU LIQUIDE Dissolution de l'azote est différent suivant le tissu organique : muscle, graisse, os, ...

Dissolution des Gaz 6 - Application à la plongée Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 6 - Application à la plongée En plongée la valeur de dissolution de l'azote est déterminée en fonction de la variation de pression et du temps d’exposition dans l'organisme. P = T P < T P > T Équilibre Saturation Sous Saturation Sursaturation

Dissolution des Gaz A LA SURFACE Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 A LA SURFACE La dissolution des gaz dans les liquides de notre organisme se trouvent dans un état de SATURATION ou EQUILIBRE A LA DESCENTE La pression augmente Les quantités de gaz dissous dans l’organisme augmentent L'organisme consomme l'oxygène dissout mais l'azote reste dissous dans les organes A LA REMONTEE La pression diminue L'organisme est en sursaturation L'azote dissous dans les tissus va tendre à retourner à l'état gazeux Formation de micro bulles d'azote dans les organes et le sang Les bulles sont acheminées par le sang vers les poumons et éliminées par la respiration

ACCIDENT DE DECOMPRESSION Cours Théorique Niveau 2 Dissolution des Gaz Hervé BOISOT 05/12/2006 7 - Conclusion Vitesse de remontée adaptée et les paliers de décompression réalisés correctement (courbe de sécurité – 15 à 17 m/min)  L’azote est évacué,  L’organisme retrouve l'état de saturation et la remontée en surface peut se faire en toute sécurité. Vitesse de remontée rapide et/ou non respect des paliers,  La sursaturation sera trop importante : SURSATURATION CRITIQUE  Les bulles ne pourront pas être éliminées par les poumons.  Ces bulles retournent dans la circulation sanguine  La pression baissant, la taille des bulles augmente.  Obstruction des vaisseaux sanguins ACCIDENT DE DECOMPRESSION

Cours Théorique Niveau 2 Hervé BOISOT 05/12/2006 Questions ?