Physiopathologie de la plongée sous-marine

1 – Relation pression – volume

Dans l’eau, la pression ambiante augmente d’une atmosphère (un bar) tous les 10 mètres.

(PpO2 : pression partielle en oxygène, PpN2 : pression partielle en azote)

Le volume d’un gaz donné change de façon inversement proportionnel à la pression :

  • lors de la descente, la pression augmente, ainsi un gaz donné aura son volume diminué et sa densité augmentée.
  • lors de la montée, la pression diminue, ainsi un gaz donné aura son volume augmenté et sa densité diminuée.

Le gaz dans les cavités du corps comme les poumons, les sinus, l’oreille moyenne et l’intestin est comprimé pendant la descente et se dilate pendant la remontée. Cela peut conduire à des lésions tissulaires (barotraumatisme) d’où l’importance d’une remontée lente et contrôlée et de ne jamais arrêter de respirer afin de toujours permettre à l’air de s’échapper.

Par exemple : un volume de gaz intra-thoracique de 6 litres serait comprimé à 2 litres à 20 mètres de profondeur (3 bars) et 1,5 litres à 30 mètres de profondeur (4 bars). Un pneumothorax de 1 litre développé à 30 mètres de profondeur se dilaterait pour occuper un volume de 4 litres à la surface (1 bar), ce qui pourrait constituer une menace vitale.

Un plongeur respirant dans une bouteille d’air (principalement de l’oxygène à environ 21% et de l’azote 79%, avec < 1% d’autre gaz), à l’aide d’un détendeur sous l’eau, a besoin de respirer une masse de gaz beaucoup plus grande pour un même volume sous pression (5,8).

 

2 – Effet sur la densité d’un gaz

La densité des gaz inhalés augmente avec la pression, gênant la respiration.

En effet, l’augmentation de la pression ambiante entraîne une augmentation de la densité du gaz qui de ce fait, entraîne une augmentation du travail respiratoire et une diminution des débits expiratoires (VEMS : volume expiratoire maximal par seconde) et inspiratoires, proportionnelle à la profondeur à laquelle se trouve le sujet.
Par exemple, à une profondeur simulée de 30 mètres dans une chambre hyperbare, la ventilation volontaire maximale est réduite de plus de 50 % à partir des valeurs de surface (5,8).

 

3 – La pression partielle d’un gaz

La pression partielle d’un gaz est proportionnelle à l’augmentation de la pression ambiante. En surface, la pression partielle de l’azote (PpN2) est de 0,78 bar et l’oxygène (PpO2) est de 0,209 bar avec de petites contributions d’autres gaz. Si le plongeur descend à 10 mètres (2 bars) d’air respirable, la PpN2 monte à 1,56 bar et la PpO2 à 0,418 bar.

De ce fait, avec la pression en profondeur, des quantités plus grandes de gaz, principalement l’azote, se dissolvent dans les tissus et se solubilisent lors de la remontée.

Ainsi, si le plongeur monte à une vitesse qui dépasse la capacité du corps à éliminer cet excès de gaz, des bulles de gaz peuvent se former (dans les tissus, les articulations, les vaisseaux) et provoquer une maladie de décompression (5,8).

 

4 – Utilisation d’appareils respiratoires

Les appareils (le détendeur principalement) permettant la respiration sous l’eau entrainent une augmentation de l’espace mort (espace compris dans les voies aériennes qui ne participent pas aux échanges respiratoire : bouche, trachée, bronches, bronchioles) et une augmentation de la résistance inspiratoire et expiratoire.

L’équipement provoque donc une augmentation du travail respiratoire, une diminution des débits expiratoires (VEMS) et inspiratoire, ainsi qu’une diminution de la fréquence ventilatoire (5).

 

5 – L’immersion dans l’eau

L’immersion dans l’eau entraine une augmentation de la pression hydrostatique, ce qui a plusieurs conséquences  :
– Compression thoracique et abdominale à l’origine d’une augmentation du travail respiratoire et d’une diminution de la compliance pulmonaire.
– La pression hydrostatique supplémentaire sur les membres (principalement en position verticale) ce qui déplace le sang de la périphérie vers le thorax augmentant le volume sanguin intra-thoracique (d’environ 700 ml chez l’adulte), diminuant également la compliance pulmonaire ainsi que la capacité vitale pulmonaire (l’exposition au froid produit un effet similaire).
– L’augmentation consécutive de la pression cardiaque droite provoque une augmentation réflexe de la diurèse et une perte de volume de plasma.
– La relation perfusion – ventilation pulmonaire peut être affectée ainsi qu’une altération des échanges gazeux suite aux contraintes mécaniques.

 

Le travail respiratoire augmente du fait d’une combinaison entre l’augmentation de la densité des gaz, l’augmentation de la pression hydrostatique et l’altération de la mécanique respiratoire (augmentation des résistances aériennes par le fait de respirer dans un détendeur) (5).

 

Ainsi, l’augmentation du travail respiratoire, la diminution des débits (inspiratoires et expiratoires), la diminution de la fréquence ventilatoire, la diminution de la compliance et de la capacité vitale pulmonaire, sont à l’origine chez le plongeur, d’une diminution de sa capacité respiratoire.

 

Conséquences d’un milieu hyperbare et de l’utilisation d’un détendeur sur la fonction respiratoire

 

6 – Effets à long terme sur les poumons

Il a été montré que les plongeurs avaient des volumes pulmonaires plus importants que les populations de référence standard, avec une augmentation plus importante de la CVF (capacité vitale forcée) que du VEMS, entraînant ainsi une réduction du rapport VEMS / CVF. Cela peut être attribué, partiellement, aux effets de la respiration répétée de gaz denses à travers des résistances augmentées (9).

Les plongeurs peuvent avoir des débits expiratoires réduits à bas volume pulmonaire.

La capacité vitale des plongeurs pourrait donc diminuer à un rythme plus rapide avec l’âge (5).

Une étude norvégienne publiée en 2000 de 87 plongeurs suivis au cours des trois premières années de leur carrière de plongée commerciale, a montré que le VEMS moyen a diminué de 1,8 % (10).

L’exposition à la plongée (respiration répétée de gaz dense, froid et sec) peut contribuer à des changements de la fonction pulmonaire, affectant principalement la conductance des petites voies respiratoires (8,10). Cependant, d’autres études plus récentes ont montré des résultats différents. D’autre études sont nécessaires à ce sujet (11).

 

7 – Mélanges gazeux (Nitrox, Héliox, Trimix) et recycleur

 

  • La plongée aux mélanges gazeux, Nitrox, Héliox et Trimix:

Ces dernières années, des mélanges gazeux contenant des concentrations variables d’oxygène et d’azote (plongée Nitrox) et, dans certains cas, de l’hélium (plongée Héliox, Trimix) ont été introduits dans la plongée.

L’intérêt est de pouvoir effectuer des plongées plus longues à une profondeur donnée en repoussant la limite de décompression (limite à partir de laquelle le risque d’accident de décompression devient élevé) et de réduire certains effets néfastes comme la toxicité à l’azote (narcose) ou la toxicité à l’oxygène en fonction du mélange utilisé.

 

  • La plongée au recycleur :

Le recycleur est un équipement permettant de réutiliser l’oxygène que nous n’utilisons pas et que nous rejetons à chaque expiration (environ 16% d’O2 contre 21% à l’inspiration).