PHYSIOPATHOLOGIE DES HYPOXIES D ’ALTITUDE

PO2 et Pression Barométrique

0 50 100 150 200 Pp O2

(mm Hg)

P barométrique

Altitude (m)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Pas d'effet

Tres haute altitude

Haute altitude

Moyenne altitude

Basse altitude

Effets sur la performance maximale

Effets ressentis à l'exercice

Effets ressentis au repos

Vie permanente impossible

Survie possible ? Altitude (m)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 50 100 150 200 PO2

(mm Hg)

O2

Poumons

diffusion

Transport (circulation, sang, coeur et

vaisseaux)

diffusion

Mittochondries

Energie

Fourniture de l'O2 aux tissus

artériel

veineux mélé

5500 m

diffusion

artèriel veineux mélé

Air inspiré

Air alvéolaire

Sang Tissus

Niveau de la mer

Cascade de l'oxygène et altitude

PO2 mm Hg

160

140

120

100

80

60

40

20 0

Chronologie de l'adaptation à l'hypoxie d'altitude

JOURS SEMAINES MOIS-ANNEES

ventilation

débit cardiaque

hémoglobine

efficacité cellulaire

Adaptation de la fourniture de l'O2

Adaptation du système de transport de l'O2

Adaptation des organes à l'hypoxie

Adaptation de l ’organisme à l’hypoxie

Chémorécepteurs

Réponse hypoxique

P Alvéolaire en O2, ventilation et FIO2

200

150

100

50

0

0 2 4 6 8 10 12

PO2 alvéolaire ( mm Hg )

Ventilation alvéolaire (l/mn)

PIO2 = 150

PIO2 = 42

PIO2 = 200

PO2 (mm Hg)

Altitude

160

PIO2

PAO2

140

120

100

80

60

40

20

0

Effets de l'augmentation de la ventilation alvéolaire sur la différence entre PAO2 et PIO2. West, J Appl Physiol, 1983.

Déroulement de l ’adaptation

Hypoxie

Hypocapnie

Alcalose

Hyperventilation

- -

-

Relation PACO2 et PAO2

PCO2 Alvéolaire (mm Hg)

PO2 Alvéolaire (mmHg)

L'Hyperventilation des très hautes altitudes permet de maintenir la PAO2 aux environs de 35 mm Hg, tout en laissant la PCO2 chuter jusqu'à 7- 8 mm Hg

D'après West, J. Appl. Physiol.,1983

0 20

10

20

30

40

30 40 120 50 60 70 80 90 100 110

Saturation périphérique en O2

1000 2000

3000 4000

5000 6000

7000 8000

9000

80

50

70

90

40

100

Acclimatation 60 jrs

Acclimatation 40 jrs

Altitude (m)

SpO2 (%)

Adaptation respiratoire à

l ’hypoxie

Adaptation de la fourniture de l'O2

Adaptation du système de transport de l'O2

Adaptation des organes à l'hypoxie

Adaptation à l’hypoxie

adaptation du débit cardiaque à l'hypoxie d'altitude

JOURS SEMAINES MOIS-ANNEES

ventilation

débit cardiaque

hémoglobine

efficacité cellulaire

Altitude et appareil circulatoire

Niveau de la mer

6000 7000 8000

Modification des paramètres Pression fréquence cardiaque et débit systémique au repos lors de l ’opération Everest III.

90

80

70

60

Fréquence cardiaque

130

120

110

100 Pression artérielle syst

6,5

6,0

5,5

5,0 Q cardiaque Précharge

niveau de la mer 7000 m 8000 m

Pap - Papo (mm Hg)

50

40

30

20

10

0

0 10 20 30

Débit cardiaque (l/mn)

0 10 20 0 10 20

Gradient de pression entre artère et veine pulmonaire, et débit cardiaque en hypoxie.

Autres circulation locales

 Circulation coronaire – Vasodilatation puis limitation du débit

 Circulations cutanées rénales et musculaires – Hypoxie aiguë : dilatation précapillaire – Hypoxie chronique : prédominance de la

vasoconstriction sympathique  Circulation cérébrale

– Équilibre difficile : vasodilatation hypoxique et vasoconstriction hypocapnique

– Augmentation du débit en début de séjour

15

17

19

21

23 hémoglobine (g/100ml)

8 sem

4 sem

1 sem 2 sem 4 sem

0 2000 4000 6000 8000

Altitude (m)

Variation de la concentration d'hémoglobine dans le sang chez des sujets vivant au niveau de la mer et effectuant un séjour en altitude

Déplacement de la courbe de dissociation de l'hémoglobine, en fonction l'adaptation de l'organisme à l'hypoxie

3 : polyglobulie lors de l'hypoxie chronique.

1 : hypoxie aiguë et alcalose; 0 : courbe en normoxie

Contenu en O2 (ml/100ml de sang)

PO2

0 20 40 60

24

20

Adaptation de l ’organisme à l hypoxie

Adaptation de la fourniture de l'O2

Adaptation du système de transport de l'O2

Adaptation des organes à l'hypoxie

Systéme nerveux Nuttrition Hormones Hydroélectrolytes Adaptation à l ’effort

Système nerveux central et hypoxie  Anoxie aigüe

– Coma en 20 à 30 secondes – Lésions irréversibles en 3 à 6 minutes

 Hypoxie aigüe : – Diminution de 25% de la PO2 : altération des

fonctions supérieures – Diminution de 35% : altération de la mémoire

immédiate – Diminution de 50%: altération du jugement – Diminution de 60 à 70 % : coma

 Hypoxie chronique : l ’acclimatation préserve t elle les fonctions cérébrales ?

Sommeil et altitude

Nombre de réveils

nocturnes

Altitude (km)

1 2

7

6

5

4

3

2

1

3 4 5 6 7

Paris

Camp 2

Camp 1

Sommeil et altitude (2)

éveil

stade 1 stade 2 stade 3 stade 4

REM

Niveau de la mer

Exposition aiguë

Exposition chronique

éveil

stade 1 stade 2 stade 3 stade 4

REM

éveil

stade 1 stade 2 stade 3 stade 4

REM

Durée du sommeil de référence

Sommeil et altitude (3)

Altitude et respiration périodique

Respiration de Cheynes stokes, montrant les modifications de la PCO2 du sang pulmonaire et les modifications retardées de la PCO2 des liquides des centres respiratoires bulbaires

PCO2 sang

PCO2 LCR

Atteintes du Système Nerveux

 Vision – Myosis, réduction de l ’acuité visuelle, surtout en

faible luminosité (dès 3500m) – Diminution du champ visuel (dès 4500 m) – Dyschromatopsies

 - SNA – Hyperactivité sympathique

 Fonctions supérieures

Fonctions supérieures Altitude (m)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Mémoire à court terme

Performances psychomotrices

Apprentissages complexes

Jugement

Réversibilité des lésions aiguës ?

Mémoire à long terme Modifications psychologiques

Apprentissage et réactions demandent plus de temps

Fonctions psychomotrices

Test psychomoteur

Mémoire à court terme

60

40

20

0

20

0 Avant l'expédition

Aussitôt après l'expédition

12 mois après l'expédition

Débit et oxygénation cérébrale

70

69

67

66

Niveau de la mer

6000 7000 8000

Modification du débit sanguin cérébral et de l ’oxygénation cérébrale lors de différentes expérimentations.

Q cérébral

Hb O2 cérébrale

100

80

60

40

20

0

760 500 600 700 400 200 300

VO2 max (%)

Sommet de l'Everest

Altitude (km)

Pression atmosphérique (mmHg)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Diminution de la VO2max en fonction de l'altitude.

Facteurs limitants la VO2 Fréquence

cardiaque (bpm)

VO2 (ml/mn)

n mer 4600 m 5400 m 6400 m 7400 m

200

160

120

80

40

0 1000 2000 3000 4000

Evolution de la fréquence cardiaque en fonction de l'intensité de l'exercice à différentes altitudes.

Variation de la ventilation / minute en fonction de la VO2 à différentes altitudes

n mer 4600 m 5400 m 6400 m 7400 m

0 1,0 2,0 3,0 4,0

0

40

80

120

160

200

VO2 (l/mn)

Ventilation (l/mn)

Niveau de la mer

Haute altitude

L'augmentation de la vélocité du sang dans les capillaires est suffisante pour entraîner la formation d ’un gradient de 6 mm Hg au repos qui peut atteindre 11 mm Hg à l'exercice

Sutton, Rives, Wagner et al, J Appl Physiol,1988.

veine artère

35 29

21 13 24

Repos Exercice

35

veine artère

PO2 PO2

Alvéole 100

40

veine artère

PO2 Repos

110

30

Alvéole

veine artère

PO2 Exercice

20

15

10

5

0 1 2 3 4

Niveau de la mer

4000 m

VO2 (l/mn)

.

Acide lactique (mml/l)

0 25 50 75 100

Concentration sanguine d'acide lactique à l'exercice, à 4000 m et au niveau de la mer

VO2 en % de la VO2max

Autres organes  Nutrition et métabolisme

– Perte de poids de 1 à 2 kg/semaine (>5000m) »  Eau, masse grasse, masse maigre

– Négativité du bilan : »  Diminution apport, Altération absorption, Augmentation

métabolisme basal

 Variations hormonales – Augmentation insuline, cortisol, adrénaline et Nadr – Diminution de testostérone, FSH, LH

 Métabolisme Hydroélectrolytique – Diminution volume plasmatique, VST stable – Si MAM, intrication des phénomènes pathologiques

et physiologiques

Iceberg de la physiologie de l ’adaptation à l ’hypoxie

Hyperventilation Polyglobulie

Tachycardie Alcalose

Taux de myoglobine

nombre de capillaires

distance de diffusion capillaire

adaptation mitochondriale

enzymes oxydatives