Cours Niveau IV Guy KILHOFFER Les échanges gazeux LES ECHANGES GAZEUX

Cours Niveau IV

Guy KILHOFFER

Les échanges gazeux

LES ECHANGES GAZEUX

Cours Niveau IV

Guy KILHOFFER


I– Objectif du cours

II – Rappelsa) Composition de l’airb) Loi de Daltonc) Loi de Henryd) Système ventilatoiree) Système circulatoire

III – Transport des gaza) Transport de l’O2b) Transport du CO2c) Et l’azote??d) Un clandestin (CO)!

IV – Mécanisme des échanges gazeux

a) Arbre bronchique, sac alvéolaire

b) Composition de l’air alvéolaire

c) Alvéole <-> sangd) Sang <-> tissuse) Effet Shunt

V– En plongéea) Effets à la descenteb) Effets à la remontéec) La qualité de l’air d) Le froide) Les mélanges! et pour quoi

faire?

VI – Aperçu des accidents potentiels a) Hyperventilation et apnéeb) Essoufflementc) Hypoxie, hyperoxie, les

mélangesd) Asphyxie au COe) Surpression pulmonaire

VII – Conduite à tenira) Condition physiqueb) Matérielc) Conditions de plongéed) Oxygénothérapie

VIII– Pour information et la culture

PLAN

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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.

I - Objectif du cours

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II - Rappels

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.

a)

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II - Rappels

L’air :Entre par le nez ou la bouche, se réchauffe et s’humidifie dans les voies aériennes supérieures.

Trajet :- Trachée- Bronches- Bronchioles- Alvéoles

d) Système ventilatoire

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II - Rappels

Sang riche en O2 (hématosé)Et pauvre en CO2

Sang pauvre en O2Et riche en CO2

e) Système circulatoire

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III – Transport des gaza) Transport de l’O2 : L’oxygène98 % sont fixés à l’hémoglobine(oxyhémoglobine).2 % sont dissous dans le plasma, ce sont euxqui participent aux échanges, l’hémoglobine« relâche » au fur et à mesure l’O2 dans le plasma.

b) Transport du CO2 : gaz carbonique87 % dans le plasma sous formede bicarbonate, 8 % combinés à l’hémoglobine5 % dissous dans le plasmaIl est tolérable jusqu’à 0,01 b de Pp d’air respiréC’est lui qui déclenche la « soif d’air ».

c) Et l’azote ? N2 : L’azote100 % dissous dans le plasma, il n’est ni utilisé, ni produit par l’organisme.

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III – Transport des gaz

d) Un clandestin : CO : Monoxyde de carboneLe CO se combine de façon très stableavec l’hémoglobine 300 fois plus rapidementque l’O2.Il prend la place de l’O2 qui ne peut plus se fixer.

Pour être retiré de l’hémoglobine, une oxygénothérapie hyperbare est indispensable (caisson O2).

L’intoxication au CO est grave et doit faire l’objet de prévention attentive(qualité de l’air notamment). Mise sous O2 rapide pour éviter l’hypoxie afin que le sang transporte au moins de l’O2 dissous.

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Le mécanisme d’échange s’appelle la DIFFUSION, mécanisme passif qui veut que lesmolécules 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 PARTIELLELa quantité de molécules de gaz dissous dans un liquide est déterminée par la TENSION

a) Arbre bronchique, sac alvéolaire

alvéole

Artériole

Veinule

capillaire

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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’O2 et plus de CO2, les PpO2 et PpCO2 dans l’air alvéolaire s’en trouvent modifiées.

La PpN2 ne change pas entre l’air de la trachée et l’air alvéolaire car l’azote n’est pas utilisé par le corps.

b) Composition de l’air alvéolaire

Gaz Air atmosphérique

Air trachée Air alvéolaire

O2 160 mm Hg 713 x 21 % = 149 mm Hg

100 mm Hg

N2 600 mm Hg 713 x 79 % = 564 mm Hg

564 mm Hg

CO2 0,22 mm Hg 713 x 0,03 % = 0,21 mm Hg

40 mm Hg

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L’hématose (enrichissement du sang en O2 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.

Les échanges gazeux !

une histoire de troc!

c) Alvéole <-> sang

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a

Artériole>>> >>>Veinule

capillaire

ALVEOLE

Echange de l’O2

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a


capillaire

ALVEOLE

Echange du CO2

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a


capillaire

ALVEOLE

Echanges O2 et CO2

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Valeurs en mm Hg (mercure) sachant que : 760 mm Hg = 1,013 bar

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d) Sang <-> tissus

O2 CO2N2Artériole >>> >>>Veinule

Muscle ou tissu

CO2

O2 N2

Le muscle ou le tissu consomme de l’O2 et rejette du CO2!

Par diffusion le gaz passe du milieu le plus concentré vers le moins concentré :L’O2 passe de l’artériole au capillaire puis diffuse au tissu .Le CO2 diffuse du tissu au capillaire puis à la veinule.L’azote N2 ne réagissant pas, la concentration est la même partout.Transport de tous assuré « gratuitement » par le sang !

Capillaire

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Artère pulmonaire Veine pulmonaire

Artère grande circulationVeine grande circulation

Capillaire tissulaire

Capillaire alvéolaire

TISSU

ALVEOLE

Schéma général

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e) Effet shunt (« court-circuit »)

Si une alvéole est bouchée ou endommagée (blessure, surpression ou fumeur par ex), les échanges gazeux ne se font plus .Le sang chargé en CO2 « continue sa route » de l’artériole vers la veinule et l’O2n’est plus transféré.L’hématose ne se produit pas et le sang « vicié » retourne directement vers les tissus.

Alvéole

Artériole>>> >>>VeinuleXcapillaire

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V – En plongée

a) Les effets à la descente

Les pressions partielles O2 et N2 augmentent avec la profondeur :

Effet bénéfique :Plus de PpO2, les tissus sont bien alimentés en O2

Effets néfastes :Si PpO2>1,6 bar => intoxication à l’O2 (hyperoxie)La PpN2 augmente -> N2 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.

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V – En plongée

b) Les effets à la remontée

Les pressions partielles O2 et N2 diminuent lors de la remontée :

Effets bénéfiques :Désaturation des tissus car PpN2 diminueModification 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 PpO2<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).

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V – En plongée

c) La qualité de l’airSi l’air dans la bouteille est chargé en CO2=> essoufflement voire asphyxieSi l’air dans la bouteille est chargé en CO=> Intoxication voire asphyxie

d) Le froidLe 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 O2, réduit la saturation en N2 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).

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VI – Aperçu des accidents potentiels

La description des accidents, leurs causes et leur prévention fait l’objet d’un cours spécifique.

a) Hyperventilation, diminue la PpCO2 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 CO2 par mauvaise qualité de l’air de gonflage.

e) Surpression pulmonaire, par l’endommagement des alvéoles => shunt

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VII – Conduite à tenira) Condition physiqueUn entraînement régulier et une hygiène de vie adaptée.Ne pas surestimer les capacités de la palanquée (courant, froid, débutants, âge…).

b) MatérielUn matériel en état et révisé (efforts respiratoires).Qualité d’air (compresseur, prise d’air …)Bouteille bien ouverte.

c) Conditions de plongéeSite 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) OxygénothérapieSeul remède qui permette l’alimentation en O2 des cellules.Vérifier l’état de « l’oxy » avant le départ, connaître son utilisation.

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Plongez

ple

in g

az!

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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 m2 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 m2 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 mm3, 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 milliards de millions de molécules d’hémoglobine dans le corps.

Documents

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