Les changes gazeux Cours Niveau IV LES ECHANGES

Les échanges gazeux Cours Niveau IV LES ECHANGES GAZEUX Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux PLAN I– Objectif du cours II – Rappels a) Composition de l’air b) Loi de Dalton c) Loi de Henry d) Système ventilatoire e) Système circulatoire III – Transport des gaz a) Transport de l’O 2 b) Transport du CO 2 c) Et l’azote? ? d) Un clandestin (CO)! Cours Niveau IV V– En plongée a) Effets à la descente b) Effets à la remontée c) La qualité de l’air d) Le froid e) Les mélanges! et pour quoi faire? VI – Aperçu des accidents potentiels a) Hyperventilation et apnée b) Essoufflement c) Hypoxie, hyperoxie, les mélanges d) Asphyxie au CO e) Surpression pulmonaire VII – Conduite à tenir a) Condition physique IV – Mécanisme des échanges gazeux b) Matériel a) Arbre bronchique, sac alvéolaire c) Conditions de plongée b) Composition de l’air alvéolaire d) Oxygénothérapie c) Alvéole <-> sang d) Sang <-> tissus VIII– Pour information et la culture e) Effet Shunt Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV I - Objectif du cours Comprendre les mécanismes en œuvre permettant les échanges de gaz dans le corps. Comprendre les variations liées à la plongée. Savoir prévenir les accidents liés aux gaz et assurer la sécurité des membres de la palanquée en plongée. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV II - Rappels a) b) Loi de DALTON Pp = Pabs x % gaz c) Loi de HENRY A saturation et à température donnée, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression qu’exerce ce gaz sur le liquide. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV II - Rappels d) Système ventilatoire L’air : Entre par le nez ou la bouche, se réchauffe et s’humidifie dans les voies aériennes supérieures. Trajet : - Trachée - Bronches - Bronchioles - Alvéoles Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV II - Rappels e) Système circulatoire Sang riche en O 2 (hématosé) Et pauvre en CO 2 Sang pauvre en O 2 Et riche en CO 2 Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV III – Transport des gaz a) Transport de l’O 2 : L’oxygène 98 % sont fixés à l’hémoglobine (oxyhémoglobine). 2 % sont dissous dans le plasma, ce sont eux qui participent aux échanges, l’hémoglobine « relâche » au fur et à mesure l’O 2 dans le plasma. b) Transport du CO 2 : gaz carbonique 87 % dans le plasma sous forme de bicarbonate, 8 % combinés à l’hémoglobine 5 % dissous dans le plasma Il est tolérable jusqu’à 0, 01 b de Pp d’air respiré C’est lui qui déclenche la « soif d’air » . c) Et l’azote ? N 2 : L’azote 100 % dissous dans le plasma, il n’est ni utilisé, ni produit par l’organisme. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV III – Transport des gaz d) Un clandestin : CO : Monoxyde de carbone Le CO se combine de façon très stable avec l’hémoglobine 300 fois plus rapidement que l’O 2. Il prend la place de l’O 2 qui ne peut plus se fixer. Pour être retiré de l’hémoglobine, une oxygénothérapie hyperbare est indispensable (caisson O 2). L’intoxication au CO est grave et doit faire l’objet de prévention attentive (qualité de l’air notamment). Mise sous O 2 rapide pour éviter l’hypoxie afin que le sang transporte au moins de l’O 2 dissous. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux Veinule alvéole Artériole capillaire a) Arbre bronchique, sac alvéolaire Le mécanisme d’échange s’appelle la DIFFUSION, mécanisme passif qui veut que les molécules passent du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré Rappel : La quantité de molécules dans un gaz est déterminée par la PRESSION PARTIELLE La quantité de molécules de gaz dissous dans un liquide est déterminée par la TENSION Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux b) Composition de l’air alvéolaire En passant dans les voies respiratoires, la composition de l’air est modifiée car une partie se transforme en vapeur d’eau (gaz) dont la Pp est de 47 mm Hg à 37°C. Pour une pression atmosphérique moyenne de 760 mm Hg (1, 013 b), la pression du mélange d’air dans la trachée n’est plus que de 760 -47 = 713 mm Hg (0, 950 b) L’air inspiré est mélangé au volume non expiré des poumons (volume résiduel) qui contient moins d’O 2 et plus de CO 2, les Pp. O 2 et Pp. CO 2 dans l’air alvéolaire s’en trouvent modifiées. La Pp. N 2 ne change pas entre l’air de la trachée et l’air alvéolaire car l’azote n’est pas utilisé par le corps. Gaz Air atmosphérique Air trachée Air alvéolaire O 2 160 mm Hg 713 x 21 % = 149 mm Hg 100 mm Hg N 2 600 mm Hg 713 x 79 % = 564 mm Hg CO 2 0, 22 mm Hg 713 x 0, 03 % = 0, 21 mm Hg 40 mm Hg Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux c) Alvéole <-> sang Les échanges gazeux ! une histoire de troc! L’hématose (enrichissement du sang en O 2 au passage dans les poumons) nécessite que les molécules de gaz traversent : - l’alvéole (surfactant, liquide et paroi alvéolaire), - Le liquide interstitiel entre l’alvéole et le capillaire, - La membrane et la cellule de la paroi capillaire. Le tout en moins d’une seconde. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux Echange de l’O 2 ALVEOLE a capillaire Artériole>>> >>>Veinule Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux Echange du CO 2 ALVEOLE a capillaire Artériole>>> >>>Veinule Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux Echanges O 2 et CO 2 ALVEOLE a capillaire Artériole>>> >>>Veinule Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux Valeurs en mm Hg (mercure) sachant que : 760 mm Hg = 1, 013 bar Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux d) Sang <-> tissus Muscle ou tissu O 2 Artériole >>> O 2 N 2 CO 2 Capillaire >>>Veinule Le muscle ou le tissu consomme de l’O 2 et rejette du CO 2! Par diffusion le gaz passe du milieu le plus concentré vers le moins concentré : L’O 2 passe de l’artériole au capillaire puis diffuse au tissu. Le CO 2 diffuse du tissu au capillaire puis à la veinule. L’azote N 2 ne réagissant pas, la concentration est la même partout. Transport de tous assuré « gratuitement » par le sang ! Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux Artère pulmonaire Veine pulmonaire ALVEOLE Capillaire alvéolaire Schéma général Capillaire tissulaire TISSU Veine grande circulation Artère grande circulation Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV IV – Mécanisme des échanges gazeux e) Effet shunt ( « court-circuit » ) Alvéole Artériole>>> X capillaire >>>Veinule Si une alvéole est bouchée ou endommagée (blessure, surpression ou fumeur par ex), les échanges gazeux ne se font plus. Le sang chargé en CO 2 « continue sa route » de l’artériole vers la veinule et l’O 2 n’est plus transféré. L’hématose ne se produit pas et le sang « vicié » retourne directement vers les tissus. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV V – En plongée a) Les effets à la descente Les pressions partielles O 2 et N 2 augmentent avec la profondeur : Effet bénéfique : Plus de Pp. O 2, les tissus sont bien alimentés en O 2 Effets néfastes : Si Pp. O 2>1, 6 bar => intoxication à l’O 2 (hyperoxie) La Pp. N 2 augmente -> N 2 diffuse dans les tissus jusqu’à saturation=> (ADD) Modification de la ventilation => essoufflement : - Augmentation de l’espace mort (détendeur, tuyau etc…) - Augmentation de l’effort respiratoire (clapets, membranes, ressorts détendeur) - Augmentation de la viscosité de l’air (plus dense), - Baisse de l’amplitude de la respiration. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV V – En plongée b) Les effets à la remontée Les pressions partielles O 2 et N 2 diminuent lors de la remontée : Effets bénéfiques : Désaturation des tissus car Pp. N 2 diminue Modification de la ventilation => devient plus « facile » : - Diminution de la viscosité de l’air (moins dense), - Fréquence ventilatoire plus ample car moins forcée. Effets néfastes : Si Pp. O 2<0, 17 bar => en apnée risque de syncope par manque d’oxygène (hypoxie). Dégazage dans le sang si remontée trop rapide ou paliers non respectés (ADD). Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV V – En plongée c) La qualité de l’air Si l’air dans la bouteille est chargé en CO 2=> essoufflement voire asphyxie Si l’air dans la bouteille est chargé en CO=> Intoxication voire asphyxie d) Le froid par l’effet vasoconstricteur, réduit les surfaces d’échange des capillaires et la circulation sanguine aux extrémités. e) Les mélanges! Et pour quoi faire? Nitrox, air enrichi en O 2, réduit la saturation en N 2 mais risque d’hyperoxie en profondeur. Trimix, l’utilisation de l’hélium en profondeur rend « l’air » moins visqueux. Les plongées aux mélanges nécessitent une formation spécifique mais sont de plus en plus répandues (Nitrox). Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV VI – Aperçu des accidents potentiels a) Hyperventilation, diminue la Pp. CO 2 et inhibe la « soif d’air » en apnée => hypoxie b) Essoufflement due à ventilation difficile, shunt ou qualité air insuffisante. c) Hypoxie, hyperoxie, dues aux mélanges. d) Asphyxie au CO ou CO 2 par mauvaise qualité de l’air de gonflage. e) Surpression pulmonaire, par l’endommagement des alvéoles => shunt La description des accidents, leurs causes et leur prévention fait l’objet d’un cours spécifique. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV VII – Conduite à tenir a) Condition physique Un entraînement régulier et une hygiène de vie adaptée. Ne pas surestimer les capacités de la palanquée (courant, froid, débutants, âge…). b) Matériel Un matériel en état et révisé (efforts respiratoires). Qualité d’air (compresseur, prise d’air …) Bouteille bien ouverte. c) Conditions de plongée Site adapté aux compétences (courant, froid, profondeur) Suivre les directives du DP et adapter les paramètres en fonction des conditions rencontrées et des attitudes de la palanquée (palmage, plongeur à la « traîne » …) Respect des vitesses et des paliers pour permettre les échanges gazeux sans problème. d) Oxygénothérapie Seul remède qui permette l’alimentation en O 2 des cellules. Vérifier l’état de « l’oxy » avant le départ, connaître son utilisation. Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux n o l P e g p z i le Cours Niveau IV ! z n a g Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux Cours Niveau IV VIII – Pour information et la culture Sang : représente environ 8% du poids corporel pour un volume total d’environ 5 litres. Capillaires : parois très fines pour faciliter les échanges et représentent 7 000 m 2 de surface de contact chez l’adulte. Distance séparant l’air du sang : 0, 001 mm soit 50 fois plus petit que le diamètre d’un cheveu. Bronchiole : diamètre de 0, 5 mm Alvéoles : diamètre de 0, 1 à 0, 3 mm, 700 millions d’alvéoles représentant une surface d’échange de 100 à 150 m 2 soit la surface d’un court de tennis. Hémoglobine : environ 280 millions de molécules d’hémoglobine dans un globule rouge Globules rouges: de 4 à 5 millions de globules rouges par mm 3, soit de 20 à 25 milliards de millions de globules rouges dans 5 litres de sang, Ce qui représente environ de 6 à 7 milliards de millions de molécules d’hémoglobine dans le corps. Guy KILHOFFER