Physiologie plongée profonde

• Cœur & circulation• Le système respiratoire• Le système nerveux• L’oreille• Le tube digestif

Au menu :

Cœur et circulation– La pompe cardiaque

• Fonctions• Anatomie• Fonctionnement• Régulation

– Circulation• Le sang• Les vaisseaux• Le circuit

FONCTIONS

–Essentiellement transport d’énergie & de l’oxygène

–Rejet des déchets

–Mais aussi: défense de l’organisme, thermorégulation …

• Un système composé:– D’un fluide: le sang

- De tuyaux pour le transport: les vaisseaux sanguins

– D’une pompe: le cœur

Cœur et circulation

Le cœur

C’est une pompe aspirante & refoulante indispensable à la circulation du sang. Il se situe dans le thorax: le médiastin (Région entre les poumons)

Le cœur: anatomie

Veine cave inf

sup

Valvule tricuspide

Cœur gauche

Cœur droit

•Un muscle puissant:

le myocarde

•Des portes pour fermer les cavités:

les valves:(qui sont des systèmes anti-retour)•Entre oreillettes et ventricules

•Entre ventricules et artères

Anatomie

Une paroi entre cœurs droit & gauche: Étanche sauf parfois au niveau du foramen ovale

Le foramen ovale est un shunt artériel entre l’oreillette droite et l’oreillette gauche.

Lors de la croissance, ce shunt se bouche naturellement. Mais il semblerait que ce ne soit pas systématiquement le cas et qu'environ 30 % de la population présente un foramen ovale perméable (FOP). Si, en règle générale, ce FOP ne présente pas d'incidence sur les conditions de vie, il peut en être autrement en plongée .Il est en effet un facteur aggravant de deux accidents de plongée: l’ADD et l’hyper pression pulmonaire

Anatomie

En cas d’ hyper pression, il peut s’ouvrir … attention aux bulles , elles passent alors dans la circulation systémique!

-> une raison de plus de ne pas faire de Valsalva à la remontée ! Et d’être prudent sur la plongée enfant !

Remplissage des cavités

phase passive = la diastole

Contraction du myocarde: éjection du sang

phase active = la systole

(fermeture et ouverture des valvules coordonnées)

Fonctionnement

Le cœur:fonctionnement

En moyenne 60 à 70 cycles / min

En plongée: ralentissement du rythme: bradycardie

A l’effort: accélération du rythme:tachycardie

Régulation

Fonctionnement autonomeMais adaptation:

grâce à des messages véhiculés par des hormones, des nerfs:en fonction de la charge artérielle, des pressions partielles en gaz, …

ex: bradycardie et froid

Mais……………!!!!!

Aucun contrôle volontaire sur cette régulation

Régulation

Cette régulation ajuste ainsi le débit cardiaque:fréquence cardiaque x volume éjecté

5-6 litres/min au repos

jusqu’à 20 -30 litres/min à l’effort : pour apporter plus d’énergie aux muscles …

Mais … alors plus d’échanges gazeux donc plus d’azote circule …

La circulation: le sang

• principales composantes:–La phase liquide (80%): le plasma

–Les molécules en suspension: protéines, ions, glucose, hormones, des gaz dissous …

=> Différentes protéines interviennent ainsi rapidement en cas d’agression du vaisseaux, de corps étranger (bulles d’azote par exemple)

le sang

• principales composantes:

• Les globules blancs: l’arme de défense ( par exemple contre les bulles)

• Les plaquettes: pour colmater les brèches (rôle important dans la coagulation)

• Les globules rouges: pour transporter l’oxygène

La circulation: les vaisseaux

• Ceux qui partent du cœur: les artères– Grosse paroi musclée et élastique (maintien

de la pression artérielle)– Se divise en artères plus petites puis en

artérioles puis en capillaires

La comparaison botanique s’impose!

La circulation: les vaisseaux

Ex: la plus grosse artère: l’aorte:

Artère sous Clavière G

Aorte

Carotide primitive GTronc brachio céphalique

Aorte

La circulation: les vaisseaux• Ceux qui vont vers le cœur: les veines

– Paroi plus fine– Système de clapet anti reflux et action du

massage musculaire pour le retour sanguin– Après les capillaires, veinules puis petites

veines qui se regroupent en veines plus grosses

La circulation: le circuit• 2 circulations

– La petite: circulation pulmonaire pour éliminer les déchets (CO2 surtout) et se recharger en O2

– La grande: circulation systémique pour apporter l’O2 à l’organisme

• Elles sont montées en série … mais l’alimentation vers les organes est montée en parallèle donc pas de coupure générale si pb à un endroit

La circulation: le circuit

La petite circulation:

part du cœur droit par l’artère pulmonaire: sang riche en CO2 et pauvre en O2

subit les échanges gazeux au niveau des poumons (capillaires):

revient au cœur gauche par les veines pulmonaires (sang riche en O2 et pauvre en CO2)

La grande circulation:

part du cœur gauche par l’aorte: sang riche en O2 et pauvre en CO2

apporte l’O2 aux tissus (muscles, os …) et en prend les déchets (CO2)

revient au cœur droit par les veines caves sup et inf (sang riche en CO2 et pauvre en O2)

Circulation: les échanges gazeux• Temps de passage du

sang dans les capillaires alvéolaires : 0,75 s au repos et 0,25 s à l’effort

• À l’effort le gradient d’élimination du CO2est très faible �essoufflement

Les modifications liées à la plongée

La circulation

• En plongée, Archimède est là !⇒ Redistribution de la masse sanguine

vers la circulation thoracique, en particulier pulmonaire:

⇒stimule:capteurs de pression -> bradycardieet capteurs de volume ->

évacuation du « trop »: diurèse d’immersion

=> Nécessité de boire +

Diurèse d'immersion

Autre facteur le froid!

Le système respiratoire

•On respire sans réfléchir ...

Sauf en plongée !

Le système respiratoireRespiration ≠ ventilation …

• Ventilation : circulation de l’air

• Respiration: utilisation des gaz de l’air

Les voies aériennes

• On distingue les voies aériennes supérieures :

Pharynx: un endroit stratégique pour les oreilles !

Langue : un obstacle possible en secourisme …

Epiglotte: un cartilage qui fait la circulation !Larynx: la glotte, les

cordes vocalesTrachée

L’œsophage: voie digestive

Vers les poumons

L’air est canalisé, filtré, réchauffé, humidifié: surtout par le nez ! En plongée on respire par la bouche!

Fosses nasales

Bouche

Les voies aériennes

Comme les vaisseaux les bronches se divisent en bronches plus petites puis en bronchioles

inférieures

Les voies aériennes

• Les voies aériennes inférieures

Sac alvéolaire: comme une grappe de raisin …

BronchioleAlvéole pulmonaire

Les alvéoles

• Surface alvéolaire ≈ 150 à 200 m²

Au bout de l’arbre, les alvéoles, entourées de nombreux capillaires sanguins

ATTENTION!!!Faible limite élastique, encore plus faible chez l'enfant !!!!

Les voies aériennes• L’alvéole est comme un ballon de baudruche:

– Se gonfle et se dégonfle– Mais, pour cela, ses parois ne doivent pas se « coller »

et l’alvéole doit se remplir facilement d’air

=> Le surfactant pulmonaire (facilite l'expansion des alvéoles à l'inspiration et les maintient ouvertes pendant l’expiration. Le surfactant joue en outre un rôle dans la perméabilité alvéolaire )

Muscles de la ventilation• Le diaphragme : inséré sur les vertèbres

lombaires, les côtes et le sternum• Les élévateurs des côtes (pectoraux, grand

dentelé, scalènes, sterno cléido mastoïdien)• Les inter-costaux : insérés entre les côtes• Les abdominaux • Les abaisseurs des côtes (triangulaire du

sternum, carré des lombes, petit dentelé inférieur)

⇒⇒⇒⇒ Ces muscles font varier le volume des poumons : l’air entre car le volume des poumons augmente et sort car il diminue !!!

La ventilation

plus active en plongée:– Pression ambiante– Détendeur

• L’expiration est un phénomène normalement passif

• Entre 12 et 20 cycles/min

•L’inspiration est active

La ventilation

• En plongée l’expiration devient active:– Détendeur

– Mobilisation des muscles intercostaux et abdominaux

⇒Respirer demande donc plus d’efforts en plongée … ces efforts dépendent en partie du matériel (détendeur) …

⇒ d’où le risque plus important d’essoufflement

La ventilationOn mobilise des volumes respiratoires:

Volume courant(0,5 L)Vol de réserve expiratoire(1,5 L)Volume résiduel(1 L)

Vol de réserve inspiratoire(2,5L)

Capacité vitale

Capacité pulmonaire totale

⇒La CV varie en fonction du sexe, de la taille et de l'âge

⇒Espaces morts : zones ventilées sans échanges :•nez, bouche, pharynx, trachée (env. 150 ml)

•alvéoles ventilées mais non perfusées

La ventilation

•Donc le plongeur dispose d’une bouée naturelle d’environ 4 à 5 litres … notre célèbre poumon ballast!

Mais!……

Ventilation en plongée• � espace mort (détendeur) ⇒ � fréquence ventilatoire

• � élasticité pulmonaire par reflux central de la circulation sanguine (effet de l’immersion) ⇒ � travail ventilatoire

• � volume courant (15 à 20%)

• � densité de l’air ⇒ � travail ventilatoire

• � résistance inspiratoire et expiratoire⇒expiration active ⇒ � travail ventilatoire

• � du débit ventilatoire maximum et du volume expiratoire maximum par seconde

• ⇒ insuffisance respiratoire à l’effort

• � stress, surtout chez les débutants ⇒ réflexe inspiratoire ⇒Risque d’essoufflement

Essoufflement et ventilation

Système nerveux

Anatomie du système nerveux

SNC• Cerveau : conscience• Cervelet : proprioception, équilibre, apprentissage

moteur• Bulbe : régulation de la vigilance et du tonus musculaire,

homéostasie, contrôle des appareils respiratoires et circulatoires

• Moelle épinière : réflexes, transmission

SNP (nerfs)• SN Somatique : sens et motricité (nerfs crâniens et

rachidiens)• SN Végétatif : inconscient

Le cerveau

• 2% de la masse corporelle

• 15% du flux sanguin

• 18% de la consommation d'oxygène

Cellules nerveuses

• Transmettent l'influx nerveux (impulsions électriques ou chimiques)• L'axone peut mesurer jusqu'à 1m ; gainé de myéline riche en graisse• Les terminaisons se connectent sur le corps cellulaire ou les dendrites

d'une autre cellule ou sur une cellule musculaire ou glandulaire(synapse)

• Transmission de l'influx à travers la synapse par neuromédiateurs• Faible résistance à l'anoxie (PpO2 < 0,2bar)

La moelle épinière

• Zone très vascularisée• Qui a de forts besoins en oxygène• Grande affinité avec l’azote (myéline : tissu

gras)• Les vaisseaux qui drainent la moelle

épinière sont de petite taille (risque d'engorgement) et leur nombre diminue avec l’âge � augmentation du risque

L’acte moteur

feed-back

analysetraitement

voies sensitives réponsemotrice

voies motrices

• Perceptions– sens– appareil neuro-végétatif – positionnement (muscles, articulations) – Réflexe: moelle épinière– Régulé: bulbe rachidien, cervelet – Automatisé: apprentissage par conditionnement, répétitions– Cognitif: expérience, catalogue de réponses, adaptation– Affectif: effet positif (plaisir,…) ou négatif (peur,…)

perceptions

Arc réflexe

nerf sensitif

nerf moteur

synapse

Et la plongée dans tout ça ????

L’azote a une action sur les neuromédiateurs dans certaines zones du cerveau et altère la transmission des influx nerveux

Tous narcosés!!!!

Sans parler des propriétés neurotoxiques de l’oxygène respiré sous-pression !!!!

Qui veut encore plonger ???

Et l’oreille ????

Anatomie de l’oreille

La trompe d’Eustache

• Facteurs positifs de perméabilité– Rectitude– Muscles péristaphylins (faibles chez l’enfant)– Muqueuse

• Agression (forçage) ⇒ sécrétion de mucus (craquements au passage de l’air)

• Manœuvres douces mais fréquentes

Oreille interne (labyrinthe)

rampe tympanique

(fenêtre ronde)

canal endolymphatique

canaux semi-circulaires utricule

saccule

rampe vestibulaire

(fenêtre ovale)

canal cochléaire

vestibule(équilibre)

cochlée(audition)

Fonctions de l’oreille : audition• Vibration du milieu sur

le tympan• Transmission à la

fenêtre ovale via la chaîne marteau-enclume-étrier

• Vibration du liquide cochléaire transmise au cerveau via le nerf cochléaire

• Évacuation de l’onde de pression cochléaire dans l’oreille moyenne via la fenêtre ronde

Audition subaquatique• Vitesse du son dans l'air : 330 m/s• Vitesse du son dans l‘eau : 1500 m/s• Stéréophonie :

– Les 2 oreilles ne sont pas à la même distance de la source

– Le cerveau analyse le déphasage entre les 2 oreilles et détermine la direction de la source

– Si la vitesse du son augmente, le déphasage diminue et devient imperceptible pour le cerveau ⇒ perte de la stéréophonie

– Le cerveau humain est adapté à une audition stéréophonique aérienne, pas à audition stéréophonique subaquatique !!!

Fonctions de l’oreille : équilibre

• Canaux semi-circulaires : accélérations angulaires• Saccule / utricule : accélérations linéaires• Détection par des poils sensoriels• Transmission au cerveau via le nerf vestibulaire• Nausée : incohérence entre les signaux visuels et vestibulaires

oreilles

musclesoculo-moteurs

appareilproprioceptif

cervelet

cortex

effet tunnel du masque perte d’appuis, combinaison,…

références, expérience

S / Umvts linéaires amortis

CSC

Comportement de guide de palanquée

• Appareil très fragile ( encore plus chez l’enfant) et très sollicité en plongée

• Surveillance, détection des difficultés• Adaptation de la vitesse et des conditions de la

descente (tête en haut avec les débutants)• Privilégier les méthodes d’équilibrage passives• Attention aux sensations d’oreille bouchée …• Prendre en compte les perturbations perceptives

des débutants

Le tube digestif• les bulles de CO2 qui peuvent se trouver à

l'intérieur du tube digestif sont susceptibles de provoquer des douleurs lors de la remontée. En effet, durant la descente, ces bulles diminuent de volume sous l'effet de la pression, et se regroupent pour former des bulles de volume similaire à celles présentes lorsque le plongeur était encore en surface. Pendant la remontée les bulles de gaz se dilatent pour prendre finalement des volumes nettement supérieurs à ceux de départ, engendrant de brutales douleurs au niveau du colon .

• D'autre part, l'action de la pression hydrostatique sur l'abdomen du sujet immergé, entraîne un déplacement du diaphragme vers l' arrière . Ce déplacement distend l'estomac et peut, en plus d'accentuer le problème précédent, aggraver le reflux gastro-oesophagien et entraîner des vomissements.

• Pour remédier à cela, un régime alimentaire approprié s'impose !!