Effets protecteurs de l’oxygène

lors de la décompression en plongée

Commission médicale FFESM

Paris - Décembre 2012

lors de la décompression en plongée

sur le phénomène bullaire

Docteur Jean-Michel PontierEcole de Plongée – Marine Nationale

jm.pontier@free.fr

Rappels (1)Contraintes liées à la plongée sous-marine

• Environnement:

- Immersion du plongeur

- Facteur thermique (froid)

- Ventilation en charge (détendeur)- Ventilation en charge (détendeur)

• Inhalation de mélanges gazeux hyperoxiques

• Décompression et phénomène bullaireDécompression et phénomène bullaire

• Exercice physique durant la plongée

• Stress psychique

Rappels (2)Risques liés à la phase de décompression

• Séjour en ambiance hyperbare

• Saturation des tissus en Azote• Saturation des tissus en Azote

• Désaturation lors de la décompression

• Bulles circulantes liées à la désaturation

• RisqueRisque: Accident de : Accident de décompression décompression (ADD)(ADD)

• 400 ADD / année en France

• FFESM: 1 ADD / 5 000 plongée)

Rappels (3)Epidémiologie des Accident de décompression

(Venutolo et coll. 2007 )

• FFESM: 1 ADD / 5 000 plongée)

• Marine Nationale: 61 accidents en 12 ans

1 ADD / 30 000 plongées

5 ADD / 150 000 plongées/an

(Blatteau et coll. 2005)

Rappels (4)Formes cliniques des Accidents de décompression

• Formes bénignes (type 1)

- Cutanée

- Ostéo-Myo-Articulaire - Ostéo-Myo-Articulaire

• Formes graves (type 2)

- Cochléo-vestibulaire

- Neurologique (cérébrale et médullaire)

Rappels (4)

Formes cliniques ADD neurologiques

Médullaire

Cérébrale

- fréquent (45%)- sans faute de procédure- mauvais pronostic (20 à 30% séquelles neurologiques)

Rappels (5)Anatomopathologie des lésions médullaires

Myélopathie diffuse et non systématisée

• Atteinte ubiquitaire (lombaire +++)

• Substance blanche (myéline et névroglie)

• Lésions des voies sensitives proprioceptives

(Méliet et coll. 1990)

• Lésions des voies sensitives proprioceptives

• Accident bullaire initial: lésions ischémiques

• Localisation du phénomène bullaire– Bulles autochtones

Rappels (6)

Physiopathologie ADD médullaires

– Bulles autochtones

– Réseau vasculaire artériel

– Réseau micro-circulatoire veineux

• Conséquences du phénomène bullaire - Lésions cytotoxiques

- Maladie biologique de décompression

- Interactions Bulles/Eléments figurés/Endothélium

15

20

25

Niveau 0

Rappel (6): Phénomène bullaire et risque

d’accident de décompression (ADD)

%%

%%

%%

0

5

10

15

Niveau de Bulles

Niveau 0

Niveau 1

Niveau 2

Niveau 3

Niveau 4

D’après Nishi et coll. 1990D’après Nishi et coll. 1990

%%

%%

%%

Théorie des bulles autochtone: ischémie focaleThéorie des bulles autochtone: ischémie focale• Lésions nécrotiques de la substance blanche

• Atteintes de différents segments et/ou cordons

• Axonopathie avec dégénérescence de la myéline

Rappels (6)

Physiopathologie ADD médullaires

Lésions Lésions cordonalescordonales de la substance blanchede la substance blanche

Théorie vasculaire artérielleThéorie vasculaire artérielle• Bulles circulantes de novo

• Existence d’un Shunt droit-gauche

• Embolisation sélective de l’artère d’Adamkievicz

Rappels (6)

Physiopathologie ADD médullaires

Lésions Lésions centrocentro--médullairesmédullaires de la substance grisede la substance grise

Théorie vasculaire de l’infarctus veineuxThéorie vasculaire de l’infarctus veineux• Système azygos (Paul Bert 1878)

• Plexus veineux périduraux (Haymacker et coll. 1950)

• Lésions sélectives de la substance blanche (Hallenbeck 1975)

Rappels (6)

Physiopathologie ADD médullaires

Lésions médullaires de la substance blancheLésions médullaires de la substance blanche

Maladie biologique de décompression

• Accompagne • Complique • Entretient l’ischémie

Rappels (6)

Physiopathologie ADD médullaires

(Hyacinthe et coll. 1974)

- Activation plaquettaire

- Extravasation plasmatique

- Hémoconcentration

Rappels (7)

Maladie biologique de décompression

- Hémoconcentration

- Vasoconstriction

- Activation immunologique

(Giry et coll. 1992)

Maladie Biologique de Décompression

� Indications établies

- Oxygénation

- Réhydratation

� Indications optionnelles

Rappels (8)

Accident de décompression: Traitement

� Indications optionnelles

- anti-agrégants

- lidocaïne

- vaso-actifs

- corticoides

� Indications hypothétiques

- anti-ischémiques

- agents tensio-actifs

- capteurs de radicaux libres

• Modification des éléments figurés du sang lors de la décompression en l’absence d’un ADD

(Philp et coll. 1974)

• Diminution du nombre des plaquettes chez l’homme

Rappels (9)Plaquettes sanguines et phénomène bullaire

• Diminution du nombre des plaquettes chez l’homme

– après plongées autonome

(Barnard et coll. 1981)

– après plongées à saturation

(Domoto et coll. 1990)

• Diminution du nombre des plaquettes et ADD

– chez l’homme (Valeri et coll. 1974)

– chez l’animal (Philp et coll. 1979)

Etude préliminaire chez l’homme

• 31 plongeurs (âge 37.3 +/- 6 yr) (IMC 19-25% )

• Paramètres de la plongée en eau

Rappels (10)Agrégation plaquettaire et phénomène bullaire

• Paramètres de la plongée en eau

– profondeur 30 m

– durée de travail 30 min

– palier 9 min à 3 m (MN 90)

• Doppler à 30, 60 et 90 min (Spencer et KISS score)

• Prélèvements sang 30 min avant et après plongée

Rappels (10)Agrégation plaquettaire et phénomène bullaire

p<0.001 n=31

Relation entre la diminution du nombre de plaquettes

et l’importance du phénomène bullaire(Pontier et coll. 2007)

• Index de sévérité de la décompression

• Interactions Bulles-Plaquettes

Rappels (10)Agrégation plaquettaire et phénomène bullaire

• Interactions Bulles-Plaquettes

• Mécanismes d’agrégation ?

Plaquette sanguineLeucocytes et PNN

Activation plaquettaireInflammation

Rappel (10): Phénomène bullaire

Interactions Bulles-Plaquettes-Endothélium

Cellule endothéliale

Activation de la coagulation

Rappels (10)

Théorie biochimique de l’ADD

• Phénomène bullaire Evènement pro-thrombotique

- local et régional (Kp micro-circulation pulmonaire)

- à distance (versant artériel ? versant veineux ?)

Pontier et coll. 2011

- à distance (versant artériel ? versant veineux ?)

• Accident bullaire initial Couplage thrombose-inflammation

- Interaction Bulle / Plaquettes/Endothélium

- Intérêt du dosage des marqueurs PF4 et sGPV (ELISA et cytométrie de flux)

• Accident de décompression Dysfonction endothéliale

- Dysfonction endothéliale micro-circulatoire

- Rôle du stress Oxydatif dans l’ischémie-reperfusion

Rappel (10):Marqueurs d’activation cellulaire et Micro-particules

• Microparticules plaquettaires

ANNEXINE V +++

CD 41CD 41

• Microparticules endothéliales

CD 31 +++

CD 41

• Microparticules leucocytaires

CD 11 b

CD 66 b

Hypothèse

• Réduction des niveaux de Bulles circulantes

• Diminution des interactions Bulles - Plaquettes

• Diminution des interactions Bulles - endothélium

Etude des effets du palier à l’Oxygène

durant la décompression en plongée sous-marine

Objectifs

Améliorer les procédures de décompression

MATERIEL et METHODEMATERIEL et METHODE

Population étudiée

• 18 Plongeurs militaires (Instructeurs plongeur démineur)

• Volontaires sains et Aptes médicalement• Volontaires sains et Aptes médicalement

• Age moyen 36.2 ans (28-48)

• Indice Masse Corporelle moyen 24.5 kg.m-2 (21-28)

• CCPPRB n°°°°1156/AO1298-33 du 27 octobre 2011

Protocole expérimental

• P1: Plongée de référence avec pallier à l’air

• P2• P2: Plongée identique avec pallier à l’oxygène

• P3: Oxygène hyperbare en caisson et au repos

Protocole de plongée

• En mer, température eau 12 - 15 °C

• Plongée en scaphandre autonome à l’air

• Paramètres de la plongée:

- Vitesse de descente 30 m/min. - Vitesse de descente 30 m/min.

- Profondeur max 30 mètres (400 kPa)

- Durée de travail sur le fond de 30 min.

- Vitesse de remontée 15 m/min.

- Palier de 9 min. à 3 mètres (table MN 90)

• Aucun exercice physique 72 h avant chaque plongée

Détection des bulles circulantes(Detection sonore et graphique)

• Echo-Doppler pulsé 2 Mhz Trans-thoracique

• Sujet allongé, au repos

• Bord gauche du sternum• Bord gauche du sternum

• Mesures à 30, 60 et 90 min.

Mesures du niveau de bulles circulantes

Stades de Spencer

0 : absence de bulle

1 : bulles isolées et espacées

2 : bulles dans la moitié des cycles

3 : bulles dans chacun des cycles cardiaques

4 : flux continu couvrant les bruits du cœur

Score KISS

Variable non paramétrique

Score qui prend en compte la cinétique d’élimination bulles

Prélèvements sanguins

• Prélèvements avant et après plongée

• Ponction veineuse périphérique

• Tube EDTA et CTAD

• Mesures- NFS et Plaquettes

- Microparticules endothéliales et plaquettaires

- Marqueurs du stress oxydatif

- Marqueurs d’inflammation

RESULTATS

Résultats (1):Score KISS de bulles circulantes

Résultats (2): Oxygène au palierMicro-Particules Plaquettaires (PMP)

Résultats (3): Oxygène au palierMicro-Particules Endothéliales (EMP)

Résultats (4):Oxygène sans décompression et PMP

Résultats (5):Oxygène sans décompression et EMP

� Dénitrogénation (+++)

· Bulles circulantes

· Fenêtre oxygène et tissus rapides

Discussion (1)Effets biophysiques de l’Oxygène durant la décompression

REDUCTION du PHENOMENE BULLAIRE

� Dénucléation (+/-)

· Noyaux gazeux

· Bulles autochtones in situ

� Effets rhéologiques micro-circulatoires

· Vaso-constriction périphérique

· Réponse par des médiateurs de la vasomotricité

· Balance NO et PGI2 VS ET-1, Aldostérone ?, Albumine ?

• Données théoriques

Discussion (1):Effets de l’oxygène durant la décompression

• Données épidémiologiques

• Données expérimentales

• lors d’une exposition en ambiance hypobare

. Haute altitude (Battenam et coll. 1951)

. Sortie extra-véhiculaire dans l’espace (Vann, 1995)

.

OXYGENE avant la PLONGEE

. Saut Opérationnel à Grande Hauteur (Pontier, 2003)

• lors d’une exposition en ambiance hyperbare

. Sauvetage des sous-marins

• Pré-oxygénation avant plongée (Castagna et coll.)

� Dénitrogénation

� Dénucléation

- noyaux gazeux

-Bulles autochtones

OXYGENE avant la PLONGEE

� Dénitrogénation

- Bulles circulantes

- Fenêtre oxygène

� Effets rhéologiques

- Vasoconstriction

- FC

- VES

· 39 DOSSIERS D’ACCIDENT DE PLONGEE au TRIMIX

· PERIODE 1998 - 2008

OXYGENE durant la DECOMPRESSION

• Paramètres moyens des plongées loisir

- Profondeur max: 83 ±±±± 23 m(moy ±±±± sem)

- Durée de travail: 17 ±±±± 5 min (moy ±±±± sem)

- Procédure de décompression avec Oxygène à partir de 12 m

Résultats:Classification des Accidents de Plongée

· Accidents barotraumatiques n = 0

· Accidents biochimiques n = 0

· ADD de type II n = 39

- Ostéo-myo-articulaire n = 31- Ostéo-myo-articulaire n = 31

- Cochléo-vestibulaire n = 8

- Neurologiques n = 3

- Mixte (OMA et ADD type 1) n = 3

- Absence d’ADD médullaire

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

temps (min)

pro

fond

eur

(m

ètre

s)

OHB

ONB

Chaque plongeur a réalisé 3 plongées :

- une plongée contrôle

- 2 plongées suivies d’oxygénation

Effect of in-water recompression

with oxygen to 6 msw versus

normobaric oxygen breathing on

bubble formation in divers.

Détection de bulles

.

(Blatteau et Pontier 2009)

OXYGENE après la DECOMPRESSION

20

25

30

pro

fond

eur

(m

ètre

s)

19 plongeurs militaires Age 34 ± 7 ans

IMC 24,2 ± 1,4 kg.m-2

- une plongée contrôle

- 2 plongées suivies d’oxygénation

normo-(ONB) ou hyperbare (OHB)

Méthode

0

5

10

15

20

25

30

control ONB OHB

sco

re d

e b

ulle

s K

ISS

*

**

Résultats

bubble formation in divers.

Réduction des interactions BULLESRéduction des interactions BULLES--PLAQUETTESPLAQUETTES

Discussion (2):Effets biochimiques de l’oxygène durant la décompression

REDUCTION DE L’ACTIVATION PLAQUETTAIRE

• ↓ Adhésion plaque�aires aux bulles

• ↓Sécretion des plaquettes activées

• ↓ Libéra�on d’ADP par dégranulation

• ↓ Agréga�on et Diminu�on de l’état thrombo�que

• Optimisation de la cinétique d’élimination des bulles

Réduction des interactions BULLESRéduction des interactions BULLES--LEUCOCYTESLEUCOCYTES

Discussion (3):Effets biochimiques de l’oxygène durant la décompression

EFFETS ANTI-INFLAMMATOIRE LEUCOCYTAIRE

• ↓ Adhésion leucocytaire aux bulles

• ↓ Ac�va�on du système du complément

• ↓ Réponse inflammatoire localement

• ↓ Diminu�on du couplage Thrombose-inflammation

• ↓ Diminu�on de libéra�on des médiateurs d’inflamma�on

• ↓ Abrasion de l’endothélium vasculaire

Réduction des interactions BULLESRéduction des interactions BULLES--ENDOTHELIUMENDOTHELIUM

Discussion (4):

Effets de la réduction du phénomène bullaire

PREVENTION DE LA FONCTION ENDOTHELIALE

• ↓ Abrasion de l’endothélium vasculaire

• ↓ Exposi�on du sous-endothélium

• ↓ Généra�on de thrombine

• ↓ Agréga�on plaque�aire Thrombine-dépendant

• Rôle de la balance NO/Endothéline

• Effets biophysiques: dénitrogénation

- Bulles circulantes

- Fenêtre oxygène

Discussion (5)Oxygène inhalé PENDANT plongée sous-marine

• Effets rhéologiques loco-régionaux• Effets rhéologiques loco-régionaux

- microcirculatoires

- Induction du shear stress

• Effets biochimiques

- diminution de l’adhésion leucocytaire

- diminution de l’agrégation plaquettaire

CONCLUSION

2. Effet 2. Effet préventif sur le risque de survenue d’un préventif sur le risque de survenue d’un

1. 1. Effet protecteur de l’inhalation d’oxygène durant la Effet protecteur de l’inhalation d’oxygène durant la

décompression sur le phénomène bullairedécompression sur le phénomène bullaire

2. Effet 2. Effet préventif sur le risque de survenue d’un préventif sur le risque de survenue d’un Accident de décompressionAccident de décompression

3. 3. Mécanisme d’action de l’oxygène:Mécanisme d’action de l’oxygène:

-- sur la population de noyaux sur la population de noyaux gazeuxgazeux

-- sur la rhéologie microcirculatoire sanguinesur la rhéologie microcirculatoire sanguine

-- sur la cinétique d’élimination des sur la cinétique d’élimination des bulles circulantesbulles circulantes

Merci pour votre attentionMerci pour votre attention