Post on 15-Feb-2020
ANATOMIE ET PHYSIOLOGIE
DE L’APPAREIL
VENTILATOIRE
Claude KARGER
MF1 / Médecin Fédéral
CODEP 67 / 18 janvier 2017
Formation Guide de Palanquée N4
OBJECTIFS DE CE COURS
Comprendre le fonctionnement de l’appareil ventilatoire et son
rôle dans les échanges gazeux
Comprendre les effets de l’immersion sur le fonctionnement
de l’appareil ventilatoire
Comprendre les mécanismes constitutifs des accidents en lien
avec l’appareil ventilatoire, en particulier l’essoufflement
En déduire les mesures de surveillance et de prévention à
mettre en œuvre par le GP
Savoir annoter un schéma anatomique muet
PLAN PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Définitions et rôles
o de la ventilation
o de la respiration
Anatomie de l’appareil ventilatoire
o Voies aériennes supérieures
o Voies aériennes inférieures
o Alvéole pulmonaire
o Cage thoracique
o Volumes pulmonaires
Physiologie de l’appareil ventilatoire
o Mécanique ventilatoire en surface, adaptation à l’effort
o Effets de l’immersion sur la mécanique ventilatoire, mécanismes de
l’essoufflement
o Echanges gazeux alvéolaires en surface
o Echanges gazeux alvéolaires en immersion
Justification des mesures de prévention à mettre en œuvre par le GP
DÉFINITION ET RÔLES
VENTILATION / RESPIRATION
La ventilation est le processus mécanique qui assure le
renouvellement de l’air des alvéoles pulmonaires par activation
des muscles ventilatoires. Elle comporte l’inspiration et
l’expiration
La respiration est l’association de la ventilation et des échanges
gazeux. Son rôle est d’amener aux organes et aux tissus les
éléments nécessaires à leurs fonctionnement (O2, nutriments)
et d’évacuer les déchets (CO2)
RESPIRATION = VENTILATION + ECHANGES GAZEUX
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
ANATOMIE
ANATOMIE VOIES AERIENNES SUPERIEURES
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Rôle des fosses nasales :
Filtrer, réchauffer, humidifier
Rôle des sinus
Alléger la structure osseuse
Aérés à partir des fosses nasales
En équilibre avec P. ambiante
Ne pas plonger avec une sinusite
Rôle trompe d’Eustache
Equilibrer P. oreille moyenne
Ne pas plonger enrhumé
Rôle du pharynx et larynx
Séparer le carrefour aérodigestif
La glotte est fermée par l’épiglotte
lors de la déglutition
La glotte est fermée en apnée ou
lors de certains efforts risque SP
Ventiler par la bouche court-circuite les fosses nasales
Larynx = siège du
spasme de la glotte
ANATOMIE VOIES AERIENNES INFERIEURES
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
1. Réseau de distribution
2. Sites d’échanges gazeux
Les bronches diminuent leur diamètre :
- en cas d’inflammation (bronchite)
- en cas d’asthme
risque accru de SP
ANATOMIE VOIES AERIENNES INFERIEURES
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
1. Réseau de distribution
2. Sites d’échanges gazeux • Les poumons sont constitués :
• des bronches, bronchioles et alvéoles
• des artères, veines et capillaires pulmonaires
• d’un tissu élastique de soutien
• 3 lobes à D, 2 lobes à G
• Les poumons sont recouverts par la plèvre :
• feuillet viscéral accolé au poumon
• feuillet pariétal accolé à la paroi thoracique
ANATOMIE ALVÉOLES = SITE DES ÉCHANGES GAZEUX
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
• Un sac alvéolaire regroupe une dizaine
d’alvéoles et ressemble à une grappe de
raisin
• 800 millions d’alvéoles soit 150 m2
(surface terrain tennis)
• Grande élasticité, mais non illimitée
destruction possible en cas de
surpression pulmonaire
• L’alvéole est entourée d’un réseau de
capillaires pulmonaires • apportent à l’alvéole le sang « bleu »
pauvre en O2 et chargé de CO2
• renvoient de l’alvéole le sang « rouge »
enrichi en O2 et épuré du CO2
ANATOMIE ALVÉOLES = SITE DES ÉCHANGES GAZEUX
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Membrane « barrière » alvéolo capillaire
• Surfactant = agent tensioactif
empêchant l’alvéole de se collaber
• Couche de cellules alvéolaires
• Membrane interstitielle
• Couches de cellules du capillaire
Perméable aux molécules de gaz
Imperméable aux liquides (sauf si
augmentation de pression capillaire )
ANATOMIE CAGE THORACIQUE
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Entre les 2 feuillets de la plèvre =
pression négative
- pour permettre au poumon de
rester collé à la paroi
- si de l’air pénètre dans cet
espace pneumothorax
ANATOMIE VOLUMES PULMONAIRES
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
* Volume résiduel = air restant dans
les poumons après une expiration forcée.
Participe aux échanges gazeux mais n’est
pas évacué
* Espace mort = air ne participant pas
aux échanges gazeux et non entièrement
renouvelé par la ventilation (nez,
pharynx, trachée). L’espace mort est
augmenté par le tuba et le détendeur
* Volume courant VC = volume utilisé
lors d’une ventilation au repos
* Volume de réserve inspiratoire VRI
= volume utilisé en inspiration forcée
* Volume de réserve expiratoire VRE
= volume utilisé en expiration forcée
Capacité vitale CV = VRI + VC + VRE = 4,5 L
Capacité pulmonaire totale CPT = CV + VR = 6 L
PHYSIOLOGIE
VENTILATION
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE
L’organisme consomme de l’O2 et produit du CO2
Rôle de la ventilation
Apporter de l’air riche en oxygène vers les poumons
INSPIRATION
Evacuer le CO2 des poumons vers l’extérieur
EXPIRATION
La ventilation véhicule également l’azote, gaz inerte qui
n’est ni consommé ni produit par l’organisme
1 cycle respiratoire = 1 inspiration (1/3 du cycle)
+ 1 expiration (2/3 du cycle)
A l’air libre = environ 15 cycles par mn, ce qui équivaut à
une consommation d’environ 6 à 10 L/ mn en surface (pour
les calculs d’autonomie, on prendra plutôt 20 L/mn pour la
marge de sécurité)
Idéalement, chaque GPN4 devrait connaitre sa propre
consommation moyenne réelle en immersion
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
A l’air libre, l’inspiration nécessite un effort (active), l’expiration se fait
surtout par relâchement musculaire (passive)
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Adaptation ventilatoire à l’effort, en surface
Le travail musculaire augmente la consommation
d’O2 et la production de CO2
En cas d’effort important, la ventilation doit
s’adapter pour apporter plus d’O2 et évacuer
d’avantage de CO2
Cette adaptation se fait en augmentant la fréquence
et l’amplitude des cycles ventilatoires jusqu’à
l’essoufflement
L’essoufflement en surface n’est pas dangereux, il
est facilement réversible dès la mise au repos
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
VRI
VRE
VC
Adaptation ventilatoire à l’effort, en surface C’est l’augmentation du CO2 qui est le régulateur
principal de la ventilation à l’effort = régulation réflexe
Effort
Besoin O2
Rejet CO2
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN SURFACE
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Carotidiens
° augmentation CO2 ° diminution pH
° diminution O2
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION
DETENDEUR Augmente le travail musculaire ventilatoire,
surtout expiratoire l’expiration devient active
Augmente l’espace mort
L’air respiré est froid et sec moins fluide
qu’à l’air libre
MILIEU La pression hydrostatique et la combinaison
diminuent la souplesse de la cage thoracique
et augmente le travail inspiratoire
L’afflux de sang dans le thorax « Blood Shift »
= 700 ml diminue les volumes pulmonaires
° La ventilation en immersion nécessite plus
d’effort et tend à se faire spontanément en
ventilation « haute » (VRI) inciter vos
plongeurs à privilégier l’expiration
° En immersion nous devenons des
insuffisants respiratoires adopter des
conduites d’épargne ventilatoire
6 à 10 L/mn 20 L/mn à 1 bar, valeur
référence, mais très variable
selon individu et conditions
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION
Augmentation du travail ventilatoire
Effort maîtrisé en immersion
La fréquence et l’amplitude des
cycles ventilatoires augmentent,
l’expiration doit être privilégiée
pour bien éliminer le CO2
De petites apnées expiratoires
« test » restent possibles, le
besoin d’air n’est pas ressenti
comme incoercible
Adaptation à l’effort en immersion
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION
Effort non maîtrisé en
immersion La ventilation devient haletante, très
rapide et « haute » en inspiration
L’expiration est négligée
évacuation insuffisante du CO2 qui
stimule le besoin de respirer encore
plus rapidement
Auto aggravation par effet de cercle
vicieux
Mécanismes de l’essoufflement
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION
L’essoufflement est particulièrement dangereux si profondeur
importante (accentuation du travail ventilatoire)
Il n’est alors plus réversible et peut se compliquer rapidement :
d’une augmentation considérable de la consommation panne d’air
d’une remontée panique ADD
Nécessité d’assistance et de remontée sans délai
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE MÉCANIQUE VENTILATOIRE EN IMMERSION
PHYSIOLOGIE ECHANGES
GAZEUX ALVEOLAIRES
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN SURFACE
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
• Les échanges gazeux se font par diffusion du milieu le plus concentré vers le
milieu le moins concentré • O2 : de l’alvéole vers le capillaire
• CO2 : du capillaire vers l’alvéole
• Le sang arrive « bleu » pauvre en O2 et riche en CO2 et repart « rouge »
enrichi en O2 et appauvri en CO2
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN SURFACE
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN SURFACE
L’air alvéolaire n’a pas la même composition
que l’air atmosphérique
- s’y ajoute de la vapeur d’eau (47 mm Hg)
- s’y ajoute du CO2 en raison de l’espace
mort anatomique (voies aériennes + tuba +
détendeur)
Le sang « bleu » arrive à l’alvéole - PpO2 40 mm Hg fort gradient de diffusion O2 de
l’alvéole vers le capillaire
- PpCO2 46 mm Hg faible gradient de diffusion CO2 du
capillaire vers l’alvéole (mais vitesse diffusion élevée)
Le sang « rouge » quitte l’alvéole - PpO2 100 mm HG
- PpCO2 40 mm HG
L’azote est à saturation : en surface, aucun gradient
entre alvéole et capillaire
Notion de shunts : les échanges alvéolaires peuvent être court-circuités
le sang reste « bleu » = pauvre en O2, riche en CO2 et chargé en N2
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION
Lors de la descente : O2 et N2
O2 : la P. partielle de l’O2
alvéolaire augmente
accentuation du gradient de
diffusion de l’alvéole vers le
capillaire artériel. Les
molécules d’O2 vont saturer
l’Hémoglobine à 100%, puis
augmenter la fraction dissoute
N2 : la P. partielle de l’N2
alvéolaire augmente
accentuation du gradient de
diffusion de l’alvéole vers le
capillaire artériel. La tension
d’azote dissout augmente
N2
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION
Lors de la remontée : O2 et N2
O2 : la fraction dissoute
diminue à la faveur de la
consommation par l’organisme.
La P. partielle alvéolaire
diminue également avec la P.
absolue de l’air inspiré, mais
moins que l’oxygène transporté
le gradient reste dans le
sens de l’alvéole vers le sang
N2 : ni produit ni consommé
la tension d’azote dissout est
supérieure à la P. partielle
alvéolaire gradient
d’élimination qui nécessite des
procédures de désaturation
N2
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION
Concernant le CO2 Il existe sous forme de traces dans l’air de la
bouteille
l’essentiel est produit par l’organisme, lors de
l’effort musculaire
La P. partielle du CO2 reste constante en
immersion, quelle que soit la P. ambiante
Le gradient alvéolo – capillaire est faible
P alvéolaire CO2 = 40 mm Hg
P capillaire CO2 = 46 mm Hg
faible diffusion de CO2 du capillaire
vers l’alvéole
Application à l’essoufflement Ce faible gradient explique pourquoi un
essoufflement est rapidement irréversible
Lorsque la fréquence ventilatoire augmente,
l’alvéole est moins bien « rincée », ce qui
augmente la P alvéolaire CO2 (>40 mm Hg)
Il en résulte une P CO2 qui s’élève à la sortie
de l’alvéole, ce qui a pour effet d’augmenter
encore la fréquence ventilatoire
Le gradient finit par s’annuler complètement
ce qui auto aggrave le processus et rend
l’essoufflement IRREVERSIBLE
La compréhension des échanges de CO2
au niveau de l’alvéole expliquent les
mesures de prévention de l’essoufflement
ventilation lente et ample, insistant sur
l’expiration pour bien rincer les alvéoles et
éviter l’accumulation du CO2
Rôle de l’oxygénothérapie
◦ Aucune contre indication, que des avantages …
◦ L’O2 augmente considérablement la Pp O2 alvéolaire
◦ diminution de Pp N2 alvéolaire qui stimule fortement le
gradient d’évacuation de l’azote
◦ augmentation de la tension d’oxygène dissout dans le
sang favorise l’oxygénation des tissus, même en cas
d’ADD
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Notion d’œdème pulmonaire • En temps normal la membrane est
imperméable aux liquides (plasma)
• Si la Pression augmente dans le
capillaire, du plasma peut diffuser
vers l’alvéole œdème pulmonaire
• Des applications à la plongée seront
expliquées ultérieurement
Plasma
PHYSIOLOGIE ECHANGES GAZEUX ALVÉOLAIRES EN IMMERSION
SYNTHESE COMMENT CES CONNAISSANCES ACQUISES EN PHYSIOLOGIE
VENTILATOIRE VONT IMPACTER MON RÔLE DE G.P., EN
PARTICULIER POUR LA PRÉVENTION DE L’ESSOUFFLEMENT
Quels sont les facteurs favorisants sur lesquels je
peux agir ◦ Matériel
Combinaison trop serrée, palmes non adaptées
Détendeur non compensé ou mal réglé
Sur lestage (surtout petits niveaux)
◦ Comportement du plongeur Stress, fatigue : augmentent la fréquence et la position « haute » de la
ventilation
Méforme physique = manque de réserve d’adaptation à l’effort
Mauvaise technique de palmage
◦ Conditions de plongée Profondeur : augmente la viscosité de l’air respiré
Froid : l’organisme réagit par une hyperventilation pour produire de la chaleur
Courant
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
Et surtout …
◦ Eduquer la ventilation subaquatique ◦ Rythme + lent et + ample
◦ Forcer sur l’expiration et limiter l’inspiration (à l’encontre
des reflexes innés)
◦ Préserver la ventilation avant l’immersion
◦ Limiter les efforts, plonger « à l’économie »
◦ Apnées expiratoires de contrôle
PLAN
• Définitions
• Anatomie
• Physiologie
• Implications GP
SYNTHESE COMMENT CES CONNAISSANCES ACQUISES EN PHYSIOLOGIE
VENTILATOIRE VONT IMPACTER MON RÔLE DE G.P., EN
PARTICULIER POUR LA PRÉVENTION DE L’ESSOUFFLEMENT
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
Pour vérifier vos connaissances
annotez le schéma ci-contre 1
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10
11
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MERCI POUR VOTRE ATTENTION
Pour vérifier vos connaissances
annotez le schéma ci-contre 1
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1. Fosses nasales
2. Pharynx
3. Larynx
4. Trachée
5. Côtes et muscles intercostaux
6. Poumon
7. Diaphragme
8. Médiastin / Cœur
9. Alvéoles pulmonaires
10. Bronchiole
11. Bronche souche se divisant en
bronches lobaires
12. Plèvre