Au programme physiologie en plongée Appareil circulatoire IV - Anatomie... · circulatoire en...

Anatomie et physiologie en plongée

Formation GP – CODEP 89 – 2011 – Benoît Herr

Au programmeAu programme

Appareil circulatoire

- Le cœur et les vaisseaux- LES circulations- Le sang- Effets de la pression sur la circulation- Pathologies de l'appareil circulatoire en plongée

Appareil ventilatoire

- Les voies aériennes- Muscles de la respiration- Volumes pulmonaires- Régulation de la respiration- Adaptation en plongée



L'appareil ventilatoireL'appareil ventilatoire

Rôle :

Apporter a l’organisme l’oxygene indispensable a la vie et rejeter le résultat des combustions physiologiques, le dioxyde de carbone (CO

2) et la vapeur d’eau



Voies aériennes Voies aériennes supérieuressupérieures

L’air pénetre par les narines dans les fosses nasales ou il se réchauffe.

Il circule dans l’arriere-gorge puis passe dans la trachée par le larynx. Elle reste toujours béante grace a une structure faite d'un empilement d’anneaux cartilagineux.

Elles peuvent etre fermées par le jeu de la luette et de l’épiglotte sur la glotte



Les poumonsLes poumons



ModélisationModélisation

Lorsqu'on abaisse la lame de caoutchouc, une dépression s'établit dans l'enceinte, qui provoque un appel d'air dans les ballons.



Les alvéolesLes alvéoles

Surface : entre 150 et 200 m2, mais toutes les alvéoles ne sont pas fonctionnelles

Sécretent le surfactant, qui empeche l'effondrement pulmonaire

Assurent l'hématose, c'est-a-dire les échanges gazeux avec le sang



Muscles inspiratoiresMuscles inspiratoires

Le diaphragme est le plus important des muscles inspiratoires




On décrit par ailleurs les muscles inspiratoires dits accessoires ou extradiaphragmatiques

Intercostaux externes : vont de la jonction costo-vertébrale en arriere a la jonction chondro-costale en avant (arriere de l'espace intercostal)




Scalenes : entre les apophyses transverses des 5 premieres vertebres cervicales et les faces supérieures des deux premieres cotes : inspirateurs par élévation des deux premieres cotes




Sterno-cléido-mastoidiens : du sternum et de la clavicule a l'os temporal et a l'os occipital.

Leur contraction entraîne un déplacement du sternum avec une expansion du gril costal supérieur (a l'effort)



Muscles expiratoiresMuscles expiratoires

Intercostaux internes ou parasternaux : de l’angle postérieur des cotes jusqu’au sternum (avant de l'espace intercostal)

Et aussi, en respiration active (et lors de la toux) :- Muscles abdominaux- Muscle transverse- Muscles obliques- Muscles grands droits- Muscle triangulaire du sternum



Volumes pulmonairesVolumes pulmonaires

Le volume courant (VC)Au cours d’une ventilation calme, un volume d'air d'environ 0,5 litre est inspiré et expiré a chaque cycle : c’est le volume courant.

Le volume de réserve inspiratoire (VRI)Apres une inspiration calme, c'est le volume de l'air inspiré en supplément grace a une inspiration forcée. Il est de 2,5 litres en moyenne. L'apnéiste qui s'apprete a s’immerger et qui a besoin d'emmagasiner dans ses poumons une grande quantité d'air met a profit le VRI.

Le volume de réserve expiratoire (VRE)C'est le volume d'air supplémentaire expiré apres une expiration calme, grace a une expiration forcée. Il est d'environ 1,5 litre.

Le volume résiduel (VR)C'est le volume que conservent les poumons apres une expiration maximale. Il est d'environ 1,5 litre et est variable selon les individus. Il ne peut pas se mesurer pas avec un spirometre.

Le volume mort (VM)C'est le volume incompressible des voies aériennes supérieures (fosses nasales, trachée, bronches). Il est d'environ 0,15 litre.

La capacité vitale (CV)C’est la somme du volume courant + volume de réserve inspiratoire + volume de réserve expiratoire. CV = 4,5 litres environ. En plongée c’est le volume dont dispose le plongeur pour faire varier sa flottabilité grace au poumon ballast.



Le spirometreLe spirometre

Détermination du VEMS(Volume Expiratoire Maximal par Seconde)

Normalement80% de la CV



Volumes pulmonairesVolumes pulmonaires



Rythme respiratoireRythme respiratoire

L’amplitude, le rythme et la fréquence ventilatoires varient en fonction des individus et de leur activité

Il varie aussi en fonction de la température extérieure, du degré de fatigue, du stress, de l'anxiété, de la pression

Un cycle respiratoire (respiration courante) dure environ 3 secondes, l’expiration étant plus longue que l’inspiration dans un rapport de 2 a 1, ce qui permet aux muscles de se reposer.

La fréquence est le nombre de cycles respiratoires par minute. Tres légerement différente entre les hommes (12 a 16/min), les femmes (14 a 18/min) et les enfants (20/min).



Rythme respiratoireRythme respiratoire

Application

VC = 0,5 L FV = 15 cycles/min

Débit d’air frais échangé avec l’extérieur :0,5 x 15 = 7,5 l / min

Volume d’air frais qui pénetre dans les poumons :

VC – VM = 0,5 – 0,15 = 0,35 l

Quantité d’air frais ventilé au niveau pulmonaire :0,35 x 15 = 5,25 l / min.



Régulation de la Régulation de la ventilationventilation

Ce sont des centres nerveux du tronc cérébral qui assurent les mouvements respiratoires (inspiration et expiration).

Ces centres controlent également de nombreux réflexes respiratoires : éternuement, toux, baillement, inspiration forte au contact de l’eau froide ou lors d’une douleur intense, accélération de la respiration si le sang est riche en gaz carbonique, réflexe inspiratoire...



Cortex cérébralHypothalamus Facteurs chimiques

Centres respiratoires

Diaphragme (force et fréquence de contraction)

Amplitude et fréquence respiratoire

Ventilation




Chémorécepteurs centraux(Bulbe rachidien)

Chémorécepteurs périphériques(aorte et carotide)

Centres respiratoires

pHPpCO2

PpO2





Automatique :

Récepteurs sensibles aux variations de pression partiellede gaz carbonique (Pp CO

2) et/ou d'oxygene (Pp O

2)

- La Pp CO2 du sang agit directement au niveau des centres

inspiratoires bulbaires par l'intermédiaire du liquide céphalo-rachidien et sensibles aux variations de pH : c'est la régulation humorale, qui est tres rapide.

- La Pp O2 du sang agit au niveau des chémorécepteurs de la crosse

aortique et des barorécepteurs de la bifurcation carotidienne (sinus carotidien). C'est la régulation nerveuse, plus lente.

La régulation centrale de la ventilation est essentiellement dépendante du CO

2, indépendante de l’O

2



Volontaire :

Dans le cas de l'apnée, de l'inspiration et de l'expiration forcées

Régulée par le systeme nerveux central (puisque volontaire)

En plongée, la ventilation s'approche d'un mouvement volontaire :- diminution des volumes pulmonaires du fait d'un afflux sanguin dans le thorax, de la pression hydrostatique, d'une éventuelle combinaison trop serrée- l'effort ventilatoire est plus important- le VC se déplace vers le VRE et devient plus important




Adaptation en plongéeAdaptation en plongée

L'effort inspiratoire est supérieur en raison d'une résistance plus grande de l'air a l'écoulement (densité, viscosité et forces de frottement supérieures)

L’espace mort dit mécanique (matériel) s'ajoute a l'espace mort anatomique. L'adaptation consiste en une baisse de la fréquence ventilatoire accompagnée d'une augmentation de l’amplitude (ventilation forcée)




Exemple :

Le volume de la chambre du second étage du détendeur est de 0,1 l. La FV au repos est de 20 cycles/min.

Sans adaptation, la quantité d'air frais qui pénétrerait a chaque ventilation dans les poumons serait de :(0,5 - 0,15 - 0,1) x 20 = 5 l / min

Avec adaptation, c'est-a-dire augmentation de l'amplitude et de la fréquence :FV = 15 cycles/min ; V

2 = 1l

Quantité d’air frais ventilé au niveau pulmonaire :(1,0 - 0,15 - 0,1) x 15 = 11,25 l / min.




L’air expiré étant plus chaud (varie entre 10 et 37 °C) et plus humide que l’air inspiré, il y a déperdition calorique par les voies aériennes, par convection, évaporation et conduction

Les pertes thermiques liées a l’humidification de l’air représentent 70 a 85% de cette déperdition

De l’air inspiré froid provoque un bronchospasme (contraction) réflexe



Effets de la pressionEffets de la pression

- Sur la mécanique ventilatoire

Avec la pression, les possibilités ventilatoires sont diminées. La résistance a l’écoulement augmente et la mécanique ventilatoire est modifiée.

En outre, la ventilation et sa régulation sont influencées par la Pp élevée des gaz




L'augmentation proportionnelle de la densité des gaz avec la pression absolue montre l'intéret d’utiliser des gaz inertes a densité faible

ρN2 = 1,25 g/l ρHe = 0,18 g/l ρH2 = 0,09 g/lρAir a 60m = ρHELIOX a 500m = ρHYDROX a 1000m




La ventilation de mélanges gazeux de densité élevée crée des conditions de ventilation en charge par augmentation des résistances a l’écoulement gazeux dans les voies aériennes :

- Le travail des muscles inspiratoires est augmenté- La fatigue musculaire se traduit par une modification de la commande nerveuse des muscles (diaphragme surtout), d'ou hyperventilation (augmentation du VC) lors de la compression surtout, et diminution de la fréquence ventilatoire

En cas d'exercice, on note une diminution de la réponse ventilatoire et l’apparition de l’hypercapnie. Ces phénomenes sont liés a la baisse des débits ventilés et a l’acceptation volontaire de l’hypercapnie par le plongeur (pour faire baisser de l’effort ventilatoire a accomplir)



Effet de la pressionEffet de la pression

Effets des résistances accrues sur les débits et le travail ventilatoire :

- le débit ventilatoire diminue en fonction de l’augmentation de la densité des gaz

- le VEMS (Volume Expiratoire Maximum par Seconde) diminue de 25% pour un plongeur respirant de l’air a 60m

- l’augmentation du travail des muscles ventilatoires entraîne une fatigue musculaire et une sensation de dyspnée



ConclusionConclusionCes connaissances vous aideront non seulement dans votre vie de plongeur, mais aussi dans la vie quotidienne.

Bonnes plongées !



Merci de votre attention

Vos questions sont les bienvenues

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