Anatomie de l'oreille
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
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Variable Inspiration Expiration Diaphragme et muscles intercostaux externes Ils se contractent (processus actif).
Ils se relâchent (processus passif).
Cavité pleurale Le volume augmente ; la pression diminue.
Le volume diminue ; la pression augmente.
Poumons Le volume augmente ; la pression diminue.
Le volume diminue ; la pression augmente.
Circulation de l'air L'air entre dans les poumons.
L'air sort des poumons.
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
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Pendant la respiration, les gaz contenus dans l’air se déplacent ensemble dans le sens d’un gradient de pression (totale) descendant. Pendant les échanges gazeux, par contre, chacun des gaz se déplace indépendamment dans le sens de son propre gradient de pression partielle descendant. Chacun d’eux se déplace entre l’air contenu dans les alvéoles et un liquide, en l’occurrence le sang.
Quand la pression partielle d’un gaz est plus grande dans une région du système respiratoire que dans une autre, cet écart génère un gradient de pression partielle. Dans ce cas, le gaz se déplace de la région dans laquelle sa pression partielle est la plus élevée vers la région dans laquelle elle est la plus faible ; il continue ainsi de se déplacer jusqu’à ce que les pressions partielles des deux régions soient devenues égales. Les échanges de gaz respiratoires se font ainsi dans le sens des gradients de pression partielle descendants, et ce, tant dans les échanges gazeux alvéolaires que dans les échanges gazeux systémiques.
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
Les chimiorécepteurs centraux et périphériques mesurent les variations du pH induites par les fuctuations de la PCO2 du sang (il faut se rappeler que le CO2 peut mener à la production d’ions H+ acides). [...] Les chimiorécepteurs périphériques sont également stimulés par les variations de la PO2 du sang. D’une manière générale, les fuctuations de la PO2 du sang altèrent la fréquence respiratoire parce qu’elles rendent les chimiorécepteurs plus sensibles aux variations de la PCO2 du sang. Le taux d’oxygène artériel dans le sang doit diminuer considérablement pour stimuler les chimiorécepteurs indépendamment de la PCO2 : la valeur de PO2 normale, qui est de 95 mm Hg, doit descendre à 60 mm Hg (ce qui est très faible). Ce faible seuil de stimulation des chimiorécepteurs entraîne parfois la mort de nageurs qui sont en état d’hyperventilation avant de s’immerger. [...] La PCO2 représente le stimulus le plus important dans l’évolution de la fréquence et de la profondeur de la ventilation pulmonaire. Le centre respiratoire est très sensible aux variations des niveaux de dioxyde de carbone : une augmentation minime de la PCO2 (de l’ordre de 5 mm Hg) peut multiplier par deux la fréquence respiratoire.
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
L'hyperventilation se caractérise par une fréquence ou une profondeur respiratoire supérieure aux besoins de l'organisme. Elle peut être provoquée par l'anxiété, la panique ou l'altitude (qui incite à respirer plus vite pour contrebalancer la baisse du taux d'oxygène atmosphérique). Il est également possible d'induire l'hyperventilation de manière volontaire, en inspirant et en expirant très rapidement. Au cours de l'hyperventilation, la PO2 augmente et la PCO2 diminue dans les alvéoles, ce qui fait augmenter les gradients (écarts) de pression partielle de l'oxygène et du dioxyde de carbone entre les alvéoles et le sang. Ces changements ont les effets suivants sur le sang : 1) l'hémoglobine étant généralement saturée à 98 % même au repos, l'élévation du gradient de la PO2 n'augmente pas la pénétration de l'oxygène dans le sang ; 2) cependant, le gradient de la PCO2 étant plus important, une quantité additionnelle de dioxyde de carbone quitte le sang pour entrer dans les alvéoles ; par conséquent, la PCO2 du sang baisse en deçà des valeurs normales : c'est l'hypocapnie. La PCO2 du sang étant inférieure aux normales, les vaisseaux sanguins se contractent. Cette évolution touche particulièrement les vaisseaux cérébraux. Paradoxalement, l'hyperventilation se traduit par une baisse de l'approvisionnement en oxygène du cerveau en raison, précisément, de cette vasoconstriction.
McKinley, M. P., O'Loughlin, V. D., & Stouter Bidle, T. (2014). Anatomie et physiologie : Une approche intégrée. McGraw-Hill / Chenelière Éducation.
1. Faites un schéma simplifié de l'oreille.
2. Laquelle de ces séquences décrit le mieux le processus de l’inspiration dans la cavité thoracique ?
a) Contraction musculaire, augmentation du volume, baisse de la pression.
b) Baisse de la pression, augmentation du volume, contraction musculaire.
c) Contraction musculaire, baisse de la pression, augmentation du volume.
d) Augmentation du volume, contraction musculaire, baisse de la pression.
3. Nommez, dans l’ordre, toutes les structures que l’air doit traverser pour passer de l’atmosphère aux alvéoles.
4. Faites un schéma pour expliquer les échanges gazeux alvéolaires et systémiques.
5. Décrivez le rapport entre la pression partielle de l’oxygène et le pourcentage de saturation de l’hémoglobine.
Lemaître, F. (2007). L'apnée, de la théorie à la pratique. Presses Universitaires de Rennes.
La sensation déplaisante du "besoin de respirer" n'est pas liée uniquement aux volumes pulmonaires (facteurs mécaniques) ou aux pressions partielles des gaz respirés (facteurs chimiques; 97). Pendant une apnée statique, par exemple, le thorax ne bouge pas et le diaphragme non plus. Cette absence de mouvement, mais aussi l'hypercapnie et l'hypoxie vont stimuler les centres respiratoires qui, à leur tour, activent les muscles inspiratoires (12). Le diaphragme va alors se contracter de façon involontaire et ce, de plus en plus souvent et violemment. L'apnée et l'absence de déplacements thoraciques, par l'intermédiaire des voies sensitives, serait alors à l'origine des sensations déplaisantes ressenties par l'apnéiste (75). Des techniques empiriques sont couramment utilisées pour "tromper" l'organisme (déglutition, faibles mouvements respiratoires, etc.). Mais il est possible d'inhiber ces secousses musculaires provenant principalement du diaphragme par un simple cycle ventilatoire, et d'effectuer une seconde apnée avec une PCO, plus élevée et avec un volume pulmonaire plus petit que lors de la première apnée (11, 44, 62). Plus récemment il a été montré que ces contractions diaphragmatiques permettaient d'acheminer plus de sang au niveau cérébral augmentant ainsi l'oxygenation du cerveau en fin d'apnée.
Lemaître, F. (2007). L'apnée, de la théorie à la pratique. Presses Universitaires de Rennes.
Effets de l'apnée : à l'air libre, sans immersion et en position couchée, l'apnée provoque une faible bradycardie, à condition que le sujet n'ait pas hyperventilé auparavant et ne pratique pas, consciemment ou non, une épreuve de Valsalva. Le ralentissement cardiaque est très variable: de 5 à 7% chez un sujet non entraîné à 15% ou plus chez un sujet entraîné (Corriol et coll., 1966). Au cours d'une apnée simple, sans immersion de la face, la vasoconstriction est beaucoup plus modeste que si les deux stimuli sont simultanés (Heistad et coll., 1968). Effets de l'apnée combinée à l'immersion de la face: la simultanéité des deux stimuli provoque une bradycardie beaucoup plus importante, de l'ordre de 20% chez les novices et dépassant 30% chez les sujets entraînés. Un fait nous semble important: entre la 20e et la 40e seconde de l'épreuve, le pourcentage de ralentissement cardiaque est égal, à quelques pour cent près, à la somme des ralentissements cardiaques obtenus par l'immersion de la face (sans apnée) et par l'apnée (sans immersion de la face). L'écart plus important, à partir de la 50e seconde chez les plongeurs entraînés, entre les chiffres calculés et les chiffres enregistrés peut être la conséquence d'une atténuation de la cardiomodération due au fait que les sujets pratiquent alors inconsciemment une épreuve de Valsalva ; cela semble résulter des secousses respiratoires à glotte fermée qui surviennent classiquement dans la dernière partie d'une apnée assez prolongée, au cours de la "phase de lutte" de Lin (Corriol et coll., 1966, 1968a, 1968b).
Corriol, J. H. (1996). La plongée en apnée : Physiologie et Médecine. Elsevier Masson.
Les volumes pulmonaires sont modifiés par le déplacement du diaphragme et de l'abdomen lors de l'immersion. L'immersion entraîne une augmentation de la pression hydrostatique qui s'exerce sur la paroi thoracique et qui s'oppose à la force des muscles inspiratoires : contrairement à ce que montrent certaines gravures antiques, il est impossible de ventiler sous plusieurs mètres d'eau avec un long tuyau. Cette immersion provoque aussi une redistribution du sang avec augmentation du volume sanguin thoracique. [...] L'immersion engendre une augmentation de la pression hydrostatique qui, en se répercutant sur la cavité thoracique, majore la pression alvéolaire d'oxygène (à 20 m, la PO2 a approximativement triplé). Compte tenu du gradient de pression plus important, la diffusion de l'oxygène alvéolaire vers le sang est facilitée par rapport à la surface avec pour conséquence une majoration de la durée de l'apnée (41, 70). Lors de ce type d'apnée, on assiste à des chutes de volume d'O2 dues aux variations de pressions hydrostatiques et à la consommation d'O2. Pour ces raisons, lors de la remontée, les pressions partielles alvéolaires et artérielles d'O2 peuvent chuter à des valeurs très faibles avec comme conséquence probable une perte de connaissance anoxique chez l'apnéiste (19). Cet accroissement de la pression hydrostatique et la persistance de la respiration cellulaire entraînent une fixation du CO2 sur les substances tampons du sang. A la descente, comme la PACO2 est alors supérieure à la pression de surface, l'alvéole va céder du CO2 au sang et, à la remontée, le CO2 repasse lentement du sang vers les alvéoles (70). La PCO2 mesurée à la fin d'une apnée dynamique en immersion est plus faible que celle observée lors d'une apnée analogue réalisée sur terre.
Lemaître, F. (2007). L'apnée, de la théorie à la pratique. Presses Universitaires de Rennes.
Après quelques heures d'immersion tête hors de l'eau, l'absence de pesanteur (comme c'est le cas pour les cosmonautes) fait s'accumuler dans la partie céphalique de l'organisme près de 2 litres de sang, entraînant, notamment, une bouffissure du visage, alors que les membres postérieurs prennent l'aspect dit «en jambes de poulet». Les mécanismes correcteurs entrent en jeu, pour diminuer la masse sanguine et soulager le cœur droit; ils provoquent une diurèse d'apesanteur, dans notre cas une diurèse d'immersion. Cet effet était connu des médecins du siècle dernier, qui utilisaient des bains complets et prolongés (plusieurs heures) d'eau tiède ou chaude pour soulager leurs malades «pléthoriques », et lutter ainsi contre l'œdème des membres inférieurs. Pour les vieux auteurs, la température du bain jouait le rôle essentiel, les bains chauds étant seuls réputés efficaces; en fait, on sait actuellement que la température n'intervient que pour assurer le confort thermique. La diurèse d'immersion ne doit pas être confondue avec la diurèse de la lutte contre le froid, dont le déterminisme et le mécanisme sont très différents.
Corriol, J. H. (1996). La plongée en apnée : Physiologie et Médecine. Elsevier Masson.
Lors de la descente, le mécanisme de redistribution de la masse sanguine décrit plus haut va se trouver renforcé. Les membres subissent la pression hydrostatique, et même la région abdominale ne peut plus servir de vase d'expansion car elle subit la même contrainte mécanique. La région intrathoracique présente, pendant toute la descente, une zone de dépression relative par rapport au reste de l'organisme. La cage thoracique reste peu déformable, et le déplacement du diaphragme vers le haut est insuffisant pour compenser les variations importantes du volume pulmonaire. Cette zone va donc se comporter comme un véritable réservoir en aspirant progressivement une importante masse sanguine et en la stockant dans la seule zone circulatoire disponible: la circulation pulmonaire. Se constitue donc une séquestration sanguine pulmonaire, le blood shift, estimé à environ 1l à 30 m de profondeur (89). Ce phénomène contribue à augmenter la rigidité pulmonaire et explique l'absence d'écrasement de la cage thoracique, dont les seules caractéristiques mécaniques ne permettraient pas de résister à la pression hydrostatique (figure no 5). Les premières études échocardiographiques réalisées à 5 et 10 m de profondeur chez des plongeurs en apnée confirment la notion de diminution du débit cardiaque et montrent une contrainte cardiaque diastolique de type constrictif. Les cavités droites semblent peu dilatées et la surface de l'oreillette gauche diminue en raison de l'augmentation des pressions thoraciques avec la descente. Cet effet est déjà nettement présent à 5 m et progresse peu jusqu'à 10 m ce qui tendrait à prouver que la majorité du blood shift surviendrait dès les premiers mètres, beaucoup plus précocement que ce que l'on avait imaginé jusqu'à présent.
Lemaître, F. (2007). L'apnée, de la théorie à la pratique. Presses Universitaires de Rennes.
Scott, T., van Waart, H., Vrijdag, X. C. E., Mullins, D., Mesley, P., & Mitchell, S. J. (2021). Arterial blood gas measurements during deep open-water breath-hold dives. Journal of applied physiology (Bethesda, Md. : 1985), 130(5), 1490–1495. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00111.2021
Calcul des pressions partielles à 0, 10, 20, 40m.
Calcul de la solubilité des différents gaz.
À quelle profondeur le volume résiduel sera-t-il atteint ?
Et si on plonge poumons mi-vides ? Et poumons vides ?
Quels mots vous paraissent essentiels à connaître dans cette séance ?