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Physiologie plongée profonde
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• Cœur & circulation• Le système respiratoire• Le système nerveux• L’oreille• Le tube digestif
Au menu :
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Cœur et circulation– La pompe cardiaque
• Fonctions• Anatomie• Fonctionnement• Régulation
– Circulation• Le sang• Les vaisseaux• Le circuit
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FONCTIONS
–Essentiellement transport d’énergie & de l’oxygène
–Rejet des déchets
–Mais aussi: défense de l’organisme, thermorégulation …
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• Un système composé:– D’un fluide: le sang
- De tuyaux pour le transport: les vaisseaux sanguins
– D’une pompe: le cœur
Cœur et circulation
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Le cœur
C’est une pompe aspirante & refoulante indispensable à la circulation du sang. Il se situe dans le thorax: le médiastin (Région entre les poumons)
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Le cœur: anatomie
Veine cave inf
sup
Valvule tricuspide
Cœur gauche
Cœur droit
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•Un muscle puissant:
le myocarde
•Des portes pour fermer les cavités:
les valves:(qui sont des systèmes anti-retour)•Entre oreillettes et ventricules
•Entre ventricules et artères
Anatomie
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Une paroi entre cœurs droit & gauche: Étanche sauf parfois au niveau du foramen ovale
Le foramen ovale est un shunt artériel entre l’oreillette droite et l’oreillette gauche.
Lors de la croissance, ce shunt se bouche naturellement. Mais il semblerait que ce ne soit pas systématiquement le cas et qu'environ 30 % de la population présente un foramen ovale perméable (FOP). Si, en règle générale, ce FOP ne présente pas d'incidence sur les conditions de vie, il peut en être autrement en plongée .Il est en effet un facteur aggravant de deux accidents de plongée: l’ADD et l’hyper pression pulmonaire
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Anatomie
En cas d’ hyper pression, il peut s’ouvrir … attention aux bulles , elles passent alors dans la circulation systémique!
-> une raison de plus de ne pas faire de Valsalva à la remontée ! Et d’être prudent sur la plongée enfant !
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Remplissage des cavités
phase passive = la diastole
Contraction du myocarde: éjection du sang
phase active = la systole
(fermeture et ouverture des valvules coordonnées)
Fonctionnement
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Le cœur:fonctionnement
En moyenne 60 à 70 cycles / min
En plongée: ralentissement du rythme: bradycardie
A l’effort: accélération du rythme:tachycardie
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Régulation
Fonctionnement autonomeMais adaptation:
grâce à des messages véhiculés par des hormones, des nerfs:en fonction de la charge artérielle, des pressions partielles en gaz, …
ex: bradycardie et froid
Mais……………!!!!!
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Aucun contrôle volontaire sur cette régulation
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Régulation
Cette régulation ajuste ainsi le débit cardiaque:fréquence cardiaque x volume éjecté
5-6 litres/min au repos
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jusqu’à 20 -30 litres/min à l’effort : pour apporter plus d’énergie aux muscles …
Mais … alors plus d’échanges gazeux donc plus d’azote circule …
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La circulation: le sang
• principales composantes:–La phase liquide (80%): le plasma
–Les molécules en suspension: protéines, ions, glucose, hormones, des gaz dissous …
=> Différentes protéines interviennent ainsi rapidement en cas d’agression du vaisseaux, de corps étranger (bulles d’azote par exemple)
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le sang
• principales composantes:
• Les globules blancs: l’arme de défense ( par exemple contre les bulles)
• Les plaquettes: pour colmater les brèches (rôle important dans la coagulation)
• Les globules rouges: pour transporter l’oxygène
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La circulation: les vaisseaux
• Ceux qui partent du cœur: les artères– Grosse paroi musclée et élastique (maintien
de la pression artérielle)– Se divise en artères plus petites puis en
artérioles puis en capillaires
La comparaison botanique s’impose!
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La circulation: les vaisseaux
Ex: la plus grosse artère: l’aorte:
Artère sous Clavière G
Aorte
Carotide primitive GTronc brachio céphalique
Aorte
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La circulation: les vaisseaux• Ceux qui vont vers le cœur: les veines
– Paroi plus fine– Système de clapet anti reflux et action du
massage musculaire pour le retour sanguin– Après les capillaires, veinules puis petites
veines qui se regroupent en veines plus grosses
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La circulation: le circuit• 2 circulations
– La petite: circulation pulmonaire pour éliminer les déchets (CO2 surtout) et se recharger en O2
– La grande: circulation systémique pour apporter l’O2 à l’organisme
• Elles sont montées en série … mais l’alimentation vers les organes est montée en parallèle donc pas de coupure générale si pb à un endroit
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La circulation: le circuit
La petite circulation:
part du cœur droit par l’artère pulmonaire: sang riche en CO2 et pauvre en O2
subit les échanges gazeux au niveau des poumons (capillaires):
revient au cœur gauche par les veines pulmonaires (sang riche en O2 et pauvre en CO2)
La grande circulation:
part du cœur gauche par l’aorte: sang riche en O2 et pauvre en CO2
apporte l’O2 aux tissus (muscles, os …) et en prend les déchets (CO2)
revient au cœur droit par les veines caves sup et inf (sang riche en CO2 et pauvre en O2)
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Circulation: les échanges gazeux• Temps de passage du
sang dans les capillaires alvéolaires : 0,75 s au repos et 0,25 s à l’effort
• À l’effort le gradient d’élimination du CO2est très faible �essoufflement
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Les modifications liées à la plongée
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La circulation
• En plongée, Archimède est là !⇒ Redistribution de la masse sanguine
vers la circulation thoracique, en particulier pulmonaire:
⇒stimule:capteurs de pression -> bradycardieet capteurs de volume ->
évacuation du « trop »: diurèse d’immersion
=> Nécessité de boire +
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Diurèse d'immersion
Autre facteur le froid!
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Le système respiratoire
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•On respire sans réfléchir ...
Sauf en plongée !
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Le système respiratoireRespiration ≠ ventilation …
• Ventilation : circulation de l’air
• Respiration: utilisation des gaz de l’air
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Les voies aériennes
• On distingue les voies aériennes supérieures :
Pharynx: un endroit stratégique pour les oreilles !
Langue : un obstacle possible en secourisme …
Epiglotte: un cartilage qui fait la circulation !Larynx: la glotte, les
cordes vocalesTrachée
L’œsophage: voie digestive
Vers les poumons
L’air est canalisé, filtré, réchauffé, humidifié: surtout par le nez ! En plongée on respire par la bouche!
Fosses nasales
Bouche
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Les voies aériennes
Comme les vaisseaux les bronches se divisent en bronches plus petites puis en bronchioles
inférieures
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Les voies aériennes
• Les voies aériennes inférieures
Sac alvéolaire: comme une grappe de raisin …
BronchioleAlvéole pulmonaire
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Les alvéoles
• Surface alvéolaire ≈ 150 à 200 m²
Au bout de l’arbre, les alvéoles, entourées de nombreux capillaires sanguins
ATTENTION!!!Faible limite élastique, encore plus faible chez l'enfant !!!!
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Les voies aériennes• L’alvéole est comme un ballon de baudruche:
– Se gonfle et se dégonfle– Mais, pour cela, ses parois ne doivent pas se « coller »
et l’alvéole doit se remplir facilement d’air
=> Le surfactant pulmonaire (facilite l'expansion des alvéoles à l'inspiration et les maintient ouvertes pendant l’expiration. Le surfactant joue en outre un rôle dans la perméabilité alvéolaire )
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Muscles de la ventilation• Le diaphragme : inséré sur les vertèbres
lombaires, les côtes et le sternum• Les élévateurs des côtes (pectoraux, grand
dentelé, scalènes, sterno cléido mastoïdien)• Les inter-costaux : insérés entre les côtes• Les abdominaux • Les abaisseurs des côtes (triangulaire du
sternum, carré des lombes, petit dentelé inférieur)
⇒⇒⇒⇒ Ces muscles font varier le volume des poumons : l’air entre car le volume des poumons augmente et sort car il diminue !!!
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La ventilation
plus active en plongée:– Pression ambiante– Détendeur
• L’expiration est un phénomène normalement passif
• Entre 12 et 20 cycles/min
•L’inspiration est active
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La ventilation
• En plongée l’expiration devient active:– Détendeur
– Mobilisation des muscles intercostaux et abdominaux
⇒Respirer demande donc plus d’efforts en plongée … ces efforts dépendent en partie du matériel (détendeur) …
⇒ d’où le risque plus important d’essoufflement
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La ventilationOn mobilise des volumes respiratoires:
Volume courant(0,5 L)Vol de réserve expiratoire(1,5 L)Volume résiduel(1 L)
Vol de réserve inspiratoire(2,5L)
Capacité vitale
Capacité pulmonaire totale
⇒La CV varie en fonction du sexe, de la taille et de l'âge
⇒Espaces morts : zones ventilées sans échanges :•nez, bouche, pharynx, trachée (env. 150 ml)
•alvéoles ventilées mais non perfusées
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La ventilation
•Donc le plongeur dispose d’une bouée naturelle d’environ 4 à 5 litres … notre célèbre poumon ballast!
Mais!……
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Ventilation en plongée• � espace mort (détendeur) ⇒ � fréquence ventilatoire
• � élasticité pulmonaire par reflux central de la circulation sanguine (effet de l’immersion) ⇒ � travail ventilatoire
• � volume courant (15 à 20%)
• � densité de l’air ⇒ � travail ventilatoire
• � résistance inspiratoire et expiratoire⇒expiration active ⇒ � travail ventilatoire
• � du débit ventilatoire maximum et du volume expiratoire maximum par seconde
• ⇒ insuffisance respiratoire à l’effort
• � stress, surtout chez les débutants ⇒ réflexe inspiratoire ⇒Risque d’essoufflement
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Essoufflement et ventilation
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Système nerveux
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Anatomie du système nerveux
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SNC• Cerveau : conscience• Cervelet : proprioception, équilibre, apprentissage
moteur• Bulbe : régulation de la vigilance et du tonus musculaire,
homéostasie, contrôle des appareils respiratoires et circulatoires
• Moelle épinière : réflexes, transmission
SNP (nerfs)• SN Somatique : sens et motricité (nerfs crâniens et
rachidiens)• SN Végétatif : inconscient
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Le cerveau
• 2% de la masse corporelle
• 15% du flux sanguin
• 18% de la consommation d'oxygène
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Cellules nerveuses
• Transmettent l'influx nerveux (impulsions électriques ou chimiques)• L'axone peut mesurer jusqu'à 1m ; gainé de myéline riche en graisse• Les terminaisons se connectent sur le corps cellulaire ou les dendrites
d'une autre cellule ou sur une cellule musculaire ou glandulaire(synapse)
• Transmission de l'influx à travers la synapse par neuromédiateurs• Faible résistance à l'anoxie (PpO2 < 0,2bar)
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La moelle épinière
• Zone très vascularisée• Qui a de forts besoins en oxygène• Grande affinité avec l’azote (myéline : tissu
gras)• Les vaisseaux qui drainent la moelle
épinière sont de petite taille (risque d'engorgement) et leur nombre diminue avec l’âge � augmentation du risque
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L’acte moteur
feed-back
analysetraitement
voies sensitives réponsemotrice
voies motrices
• Perceptions– sens– appareil neuro-végétatif – positionnement (muscles, articulations) – Réflexe: moelle épinière– Régulé: bulbe rachidien, cervelet – Automatisé: apprentissage par conditionnement, répétitions– Cognitif: expérience, catalogue de réponses, adaptation– Affectif: effet positif (plaisir,…) ou négatif (peur,…)
perceptions
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Arc réflexe
nerf sensitif
nerf moteur
synapse
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Et la plongée dans tout ça ????
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L’azote a une action sur les neuromédiateurs dans certaines zones du cerveau et altère la transmission des influx nerveux
Tous narcosés!!!!
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Sans parler des propriétés neurotoxiques de l’oxygène respiré sous-pression !!!!
Qui veut encore plonger ???
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Et l’oreille ????
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Anatomie de l’oreille
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La trompe d’Eustache
• Facteurs positifs de perméabilité– Rectitude– Muscles péristaphylins (faibles chez l’enfant)– Muqueuse
• Agression (forçage) ⇒ sécrétion de mucus (craquements au passage de l’air)
• Manœuvres douces mais fréquentes
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Oreille interne (labyrinthe)
rampe tympanique
(fenêtre ronde)
canal endolymphatique
canaux semi-circulaires utricule
saccule
rampe vestibulaire
(fenêtre ovale)
canal cochléaire
vestibule(équilibre)
cochlée(audition)
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Fonctions de l’oreille : audition• Vibration du milieu sur
le tympan• Transmission à la
fenêtre ovale via la chaîne marteau-enclume-étrier
• Vibration du liquide cochléaire transmise au cerveau via le nerf cochléaire
• Évacuation de l’onde de pression cochléaire dans l’oreille moyenne via la fenêtre ronde
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Audition subaquatique• Vitesse du son dans l'air : 330 m/s• Vitesse du son dans l‘eau : 1500 m/s• Stéréophonie :
– Les 2 oreilles ne sont pas à la même distance de la source
– Le cerveau analyse le déphasage entre les 2 oreilles et détermine la direction de la source
– Si la vitesse du son augmente, le déphasage diminue et devient imperceptible pour le cerveau ⇒ perte de la stéréophonie
– Le cerveau humain est adapté à une audition stéréophonique aérienne, pas à audition stéréophonique subaquatique !!!
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Fonctions de l’oreille : équilibre
• Canaux semi-circulaires : accélérations angulaires• Saccule / utricule : accélérations linéaires• Détection par des poils sensoriels• Transmission au cerveau via le nerf vestibulaire• Nausée : incohérence entre les signaux visuels et vestibulaires
oreilles
musclesoculo-moteurs
appareilproprioceptif
cervelet
cortex
effet tunnel du masque perte d’appuis, combinaison,…
références, expérience
S / Umvts linéaires amortis
CSC
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Comportement de guide de palanquée
• Appareil très fragile ( encore plus chez l’enfant) et très sollicité en plongée
• Surveillance, détection des difficultés• Adaptation de la vitesse et des conditions de la
descente (tête en haut avec les débutants)• Privilégier les méthodes d’équilibrage passives• Attention aux sensations d’oreille bouchée …• Prendre en compte les perturbations perceptives
des débutants
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Le tube digestif• les bulles de CO2 qui peuvent se trouver à
l'intérieur du tube digestif sont susceptibles de provoquer des douleurs lors de la remontée. En effet, durant la descente, ces bulles diminuent de volume sous l'effet de la pression, et se regroupent pour former des bulles de volume similaire à celles présentes lorsque le plongeur était encore en surface. Pendant la remontée les bulles de gaz se dilatent pour prendre finalement des volumes nettement supérieurs à ceux de départ, engendrant de brutales douleurs au niveau du colon .
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• D'autre part, l'action de la pression hydrostatique sur l'abdomen du sujet immergé, entraîne un déplacement du diaphragme vers l' arrière . Ce déplacement distend l'estomac et peut, en plus d'accentuer le problème précédent, aggraver le reflux gastro-oesophagien et entraîner des vomissements.
• Pour remédier à cela, un régime alimentaire approprié s'impose !!
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