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

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• 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

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• 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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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