Niveau 4 ApnéeNiveau 4 ApnéeMandelieu décembre 2011Mandelieu décembre 2011

Fabrice DUPRATFabrice DUPRAT

Anatomie, Physiologie et Physique

appliquées à la plongée libre

Niveau 4 ApnéeNiveau 4 ApnéeMandelieu décembre 2011Mandelieu décembre 2011

PHYSIOLOGIE ET PHYSIOLOGIE ET ANATOMIEANATOMIE

L’oreille.L’oreille.

L’oreilleL’oreille L’oreille externeL’oreille externe : pavillon et conduit : pavillon et conduit

auditif.auditif. L’oreille moyenneL’oreille moyenne : comprise entre le : comprise entre le

tympan et la fenêtre ovale (ou l’on trouve tympan et la fenêtre ovale (ou l’on trouve les osselets Marteau-Enclume-Etrier). Les les osselets Marteau-Enclume-Etrier). Les sons sont transmis par leur intermédiaire sons sont transmis par leur intermédiaire à l’oreille interne.à l’oreille interne.

L’oreille interneL’oreille interne : cavité creusée dans la : cavité creusée dans la boîte crânienne, 2 fonctions. Équilibration boîte crânienne, 2 fonctions. Équilibration (par les trois canaux semi-circulaires) et (par les trois canaux semi-circulaires) et audition (par la cochlée ou limaçon). audition (par la cochlée ou limaçon).

Les sinus.Les sinus.

Les sinus.Les sinus.

Les os de la face sont creusés de Les os de la face sont creusés de cavités : les sinus.cavités : les sinus.

Ils sont naturellement ouverts et Ils sont naturellement ouverts et perméables. perméables.

Dans les cas de rhume, sinusite, Dans les cas de rhume, sinusite, angine, allergie, il existe un angine, allergie, il existe un gonflement de la muqueuse nasale gonflement de la muqueuse nasale qui peut obstruer ces canaux et qui peut obstruer ces canaux et l’équilibre de pression ne se fait l’équilibre de pression ne se fait plus. plus.

Les voies aériennes.Les voies aériennes.

Les Voies Aériennes Les Voies Aériennes Supérieures.Supérieures.

Fosses nasales :Fosses nasales :1.1. Filtrent l’air (poils et Filtrent l’air (poils et

muqueuse).muqueuse).2.2. Réchauffent l’air.Réchauffent l’air.3.3. Humidifient l’air. Humidifient l’air.

Pharynx :Pharynx :1.1. Rôle de défense de Rôle de défense de

l’organisme (amygdales l’organisme (amygdales et végétations).et végétations).

2.2. Tri entre l’air et les Tri entre l’air et les aliments (luette et de aliments (luette et de l’épiglotte).l’épiglotte).

Larynx :Larynx : les cordes vocales.les cordes vocales.

Les voies aériennes Les voies aériennes inférieures.inférieures.

Trachée :Trachée :1.1. Conduit rigide.Conduit rigide.2.2. Muqueuse avec des Muqueuse avec des

cils et du mucus.cils et du mucus.

Bronches et Bronches et bronchioles :bronchioles :

1.1. Deux bronches Deux bronches souchessouches..

2.2. Division de deux en Division de deux en deux pour donner des deux pour donner des ramifications de plus ramifications de plus en plus étroites : en plus étroites : bronchioles.bronchioles.

3.3. L’ensemble constitue L’ensemble constitue la partie non la partie non fonctionnelle de fonctionnelle de l’appareil respiratoire l’appareil respiratoire soit soit l’espace mortl’espace mort. .

Les voies aériennes Les voies aériennes inférieures.inférieures.

Les alvéolesLes alvéoles : :Lieu des échanges gazeux entre l’air alvéolaire Lieu des échanges gazeux entre l’air alvéolaire

et le sang.et le sang.

Les poumonsLes poumons : :Entourés d’une double Entourés d’une double

enveloppe : la plèvre.enveloppe : la plèvre.

Mécanique ventilatoire.Mécanique ventilatoire.

Les muscles ventilatoiresLes muscles ventilatoires : : trois groupes trois groupes

définis par la direction de leur fibresdéfinis par la direction de leur fibres..1.1. Muscles transverses Muscles transverses : perpendiculaires à : perpendiculaires à

l’axe du rachis, il s’agit du l’axe du rachis, il s’agit du diaphragme,diaphragme, principal muscle inspirateurprincipal muscle inspirateur..

2.2. MusclesMuscles obliques obliques : les fibres croissent en : les fibres croissent en haut et en bas le rachis. Ce sont les haut et en bas le rachis. Ce sont les intercostaux inspirateurs et expirateurs.intercostaux inspirateurs et expirateurs.

3.3. MusclesMuscles verticaux verticaux : les muscles : les muscles paravertébraux et les grands droits de paravertébraux et les grands droits de l’abdomen.l’abdomen.

Mécanique ventilatoire.Mécanique ventilatoire.

Mécanique ventilatoire.Mécanique ventilatoire. Temps inspiratoire :Temps inspiratoire :

1.1. Le diaphragme Le diaphragme s’abaisse.s’abaisse.

2.2. Les côtes se Les côtes se soulèvent.soulèvent.

3.3. Augmentation du Augmentation du volume pulmonaire.volume pulmonaire.

4.4. Soit 16 à 20 Soit 16 à 20 inspirations par inspirations par minute avec ½ litre.minute avec ½ litre.

Temps expiratoire :Temps expiratoire :

1.1. Réaction consécutive Réaction consécutive à l’inspiration.à l’inspiration.

2.2. Relèvement du Relèvement du diaphragme et diaphragme et abaissement des abaissement des côtescôtes

3.3. Mouvement passif.Mouvement passif.

4.4. Il est rejeté Il est rejeté 79% 79% d’azoted’azote saturé en saturé en vapeur d’eau, vapeur d’eau, 17%17% d’O2d’O2 et et 4% de CO24% de CO2..

Les volumes Les volumes pulmonaires.pulmonaires.

Le volume courantLe volume courant : est celui de l’inspiration : est celui de l’inspiration ou de l’expiration courante soit VC=0,5 litre.ou de l’expiration courante soit VC=0,5 litre.

Le volume de réserve expiratoireLe volume de réserve expiratoire : est le : est le volume d’une expiration forcée pratiquée à la volume d’une expiration forcée pratiquée à la fin d’une expiration courante soit VRE=1,2 fin d’une expiration courante soit VRE=1,2 litre.litre.

Le volume de réserve inspiratoireLe volume de réserve inspiratoire : est le : est le volume d’une inspiration forcée pratiquée à la volume d’une inspiration forcée pratiquée à la fin d’une inspiration courante soit VRI=2,5 à fin d’une inspiration courante soit VRI=2,5 à 3,5 litres.3,5 litres.

Le volume résiduelLe volume résiduel : est le volume que l’on ne : est le volume que l’on ne peut rejeter des poumons soit VR=1,3 litres.peut rejeter des poumons soit VR=1,3 litres.

Les volumes Les volumes pulmonaires.pulmonaires.

Capacité pulmonaireCapacité pulmonaire totaletotale : VC+VRE+VRI+VR. : VC+VRE+VRI+VR. Capacité vitaleCapacité vitale: VC+VRE+VRI.: VC+VRE+VRI. Capacité inspiratoireCapacité inspiratoire : VC+VRI. : VC+VRI. Capacité résiduelle fonctionnelleCapacité résiduelle fonctionnelle : VRE + VR. : VRE + VR.

Etirements spécifiques à Etirements spécifiques à l'apnéel'apnée

http://www.club-orca.fr rubrique "Infos membres/Formations" rubrique "Infos membres/Formations"

Régulation de la Régulation de la ventilation.ventilation.

Le circuit d’exécutionLe circuit d’exécution : il entretient et assure : il entretient et assure la périodicité des cycles ventilatoires en la périodicité des cycles ventilatoires en fonction des ordres reçus.fonction des ordres reçus.

1.1. Le centre nerveux : le bulbe rachidien (centre Le centre nerveux : le bulbe rachidien (centre réflexe).réflexe).

2.2. Les nerfs moteurs : partant du bulbe vers le Les nerfs moteurs : partant du bulbe vers le diaphragme et les muscles élévateurs des côtes.diaphragme et les muscles élévateurs des côtes.

3.3. Les nerfs sensitifs : nerfs sensitifs de la paroi des Les nerfs sensitifs : nerfs sensitifs de la paroi des alvéoles pulmonaires, par la voie des nerfs alvéoles pulmonaires, par la voie des nerfs pneumogastriquespneumogastriques. . Il est ainsi constitué un circuit nerveux dont Il est ainsi constitué un circuit nerveux dont le fonctionnement rythmique provoque le fonctionnement rythmique provoque l’alternance inspiration-expiration.l’alternance inspiration-expiration.

Application: Importance de la position Application: Importance de la position de la têtede la tête

Régulation de la Régulation de la ventilation 2.ventilation 2.

Le deuxième circuit de commande :Le deuxième circuit de commande :

1.1. Supra-bulbaire, c’est le cerveau.Supra-bulbaire, c’est le cerveau.

2.2. Stimuli nerveux réflexes : récepteurs Stimuli nerveux réflexes : récepteurs cutanés et les capteurs des muqueuses.cutanés et les capteurs des muqueuses.

3.3. Stimuli humoraux : par la circulation Stimuli humoraux : par la circulation sanguine qui véhicule des éléments sanguine qui véhicule des éléments chimiques tels que le CO2, des chimiques tels que le CO2, des hormones… la variation de PH.hormones… la variation de PH.

La La circulationcirculation

Les vaisseaux Les vaisseaux sanguins.sanguins.

Le sang.Le sang. La circulation La circulation

sanguine sanguine Le cœur.Le cœur.

Les vaisseaux sanguins.Les vaisseaux sanguins. Artères : vaisseaux élastiques, Artères : vaisseaux élastiques,

contractiles. Le sang circule du cœur aux contractiles. Le sang circule du cœur aux organes. organes.

Capillaires : artères et veines, lieux des Capillaires : artères et veines, lieux des échanges entre les tissus et le sang. échanges entre les tissus et le sang.

Les veines : vaisseaux peu élastiques, Les veines : vaisseaux peu élastiques, avec des valvules anti-retour. Progression avec des valvules anti-retour. Progression du sang des organes vers le cœur.du sang des organes vers le cœur.

Composition.Composition.

Globules rouges (ou hématies) : fixent Globules rouges (ou hématies) : fixent de manière réversible l’Ode manière réversible l’O22 et le CO et le CO22..

Globules blancs (ou leucocytes) : Globules blancs (ou leucocytes) : défense de l’organisme.défense de l’organisme.

Plaquettes (ou thrombocytes) : rôle Plaquettes (ou thrombocytes) : rôle dans la coagulation.dans la coagulation.

Plasma : élément liquide (92% d’eau).Plasma : élément liquide (92% d’eau). Le volume sanguin total est égal à 7 à Le volume sanguin total est égal à 7 à

8% du poids corporel (soit 1/13).8% du poids corporel (soit 1/13).

Fonction du coeur.Fonction du coeur.

Pompe aspirante et refoulante.Pompe aspirante et refoulante.

Les contractions rythmiques Les contractions rythmiques chassent le sang dans les artères. chassent le sang dans les artères.

Au repos, le rythme est de 60 à 75/ Au repos, le rythme est de 60 à 75/ minute, ce qui met en circulation 6 l minute, ce qui met en circulation 6 l de sang /minute.de sang /minute.

NOTIONS DE PHYSIQUE NOTIONS DE PHYSIQUE ET APNEEET APNEE

Notion de pressionNotion de pression

La Pression = Force / SurfaceLa Pression = Force / Surface

La pression atmosphérique (P.atm) varie La pression atmosphérique (P.atm) varie avec l’altitude.avec l’altitude.

Au niveau de l’eau 760 mmHg ou 1 bar.Au niveau de l’eau 760 mmHg ou 1 bar.

Les variations de pression Les variations de pression en plongée.en plongée.

Les variations de Les variations de pression en milieu pression en milieu aérien sont très aérien sont très faibles.faibles.

Le milieu liquide est Le milieu liquide est incompressible, une incompressible, une augmentation de augmentation de pression enregistrée pression enregistrée sera directement sera directement proportionnelle.proportionnelle.

À la surface, une À la surface, une colonne d’eau de 10 m colonne d’eau de 10 m exerce une pression exerce une pression égale à 1 bar. C’est la égale à 1 bar. C’est la pression atmosphérique.pression atmosphérique.

La conséquence :La conséquence : un un plongeur supporte tous plongeur supporte tous les 10 mètres une les 10 mètres une pression supplémentaire pression supplémentaire de 1 bar qui s’ajoutera à de 1 bar qui s’ajoutera à la pression la pression atmosphérique. atmosphérique.

La flottabilité La flottabilité Le principe d’ARCHIMEDE: tout corps plongé tout corps plongé

dans un liquide reçoit une poussée de bas en dans un liquide reçoit une poussée de bas en haut égale au poids du liquide déplacé.haut égale au poids du liquide déplacé.

La notion de poids est remplacée dans et sous La notion de poids est remplacée dans et sous l’eau par celle de poids apparent ce qui donne :l’eau par celle de poids apparent ce qui donne :

Poids apparent = Poids réel – Poussée Poids apparent = Poids réel – Poussée

d’Archimèded’Archimède

Toujours ARCHIMEDEToujours ARCHIMEDE Poids réel > poussée archimède :Poids réel > poussée archimède :

poids apparent Positif poids apparent Positif = flottabilité négative.= flottabilité négative.

On coule….On coule….

Poids réel = poussée archimède :Poids réel = poussée archimède :

poids apparent Nul poids apparent Nul = flottabilité neutre.= flottabilité neutre.

On se maintient à la surface… On se maintient à la surface…

Poids réel < poussée archimède :Poids réel < poussée archimède :

poids apparent Négatif poids apparent Négatif = Flottabilité Positive.= Flottabilité Positive.

On a du mal à faire le canard… On a du mal à faire le canard…

Le poids apparent dans l’eau dépend du volume de l’apnéisteLe poids apparent dans l’eau dépend du volume de l’apnéiste La combinaison augmente le volume donc la flottabilitéLa combinaison augmente le volume donc la flottabilité Le lest compense ou non la flottabilité de la combinaisonLe lest compense ou non la flottabilité de la combinaison Les variations de pression (de profondeur) modifient le volume Les variations de pression (de profondeur) modifient le volume

de l’apnéiste donc son poids apparentde l’apnéiste donc son poids apparent

Application: le lestageApplication: le lestage

La compressibilité des La compressibilité des gazgaz

La loi de BOYLE MARIOTTELa loi de BOYLE MARIOTTE : :

A température constante, le volume A température constante, le volume d’un gaz est inversement d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il proportionnel à la pression qu’il reçoit.reçoit.

Le produit de la pression par le Le produit de la pression par le volume est constant : P*V = volume est constant : P*V = Constante.Constante.

Conséquences de Boyle Conséquences de Boyle et Mariotteet Mariotte

Quand la pression augmente, le Quand la pression augmente, le volume de gaz diminue.volume de gaz diminue.

Lestage.Lestage. Les accidents barotraumatiques.Les accidents barotraumatiques.

Composition de l’airComposition de l’air

20,90 % d’oxygène (O20,90 % d’oxygène (O22).).

79,00 % d’azote (N79,00 % d’azote (N22).).

0,03 % de dioxyde de carbone (CO0,03 % de dioxyde de carbone (CO22).). 0,07 % de gaz rares0,07 % de gaz rares

On retiendra 21% d’OOn retiendra 21% d’O22 et 79 % de et 79 % de NN22..

L’oxygène est le gaz vital :c’est un L’oxygène est le gaz vital :c’est un carburant.carburant.

L’azote est l’agent de transport, il L’azote est l’agent de transport, il est neutre : c’est un diluant.est neutre : c’est un diluant.

Le dioxyde de carbone (toxique à Le dioxyde de carbone (toxique à grande dose) : c’est l’excitant des grande dose) : c’est l’excitant des centres respiratoires.centres respiratoires.

La dissolution des gaz dans La dissolution des gaz dans les liquides.les liquides.

La loi de HENRYLa loi de HENRY : la quantité d’un gaz : la quantité d’un gaz dissout dans un liquide est directement dissout dans un liquide est directement proportionnelle à la pression que le gaz proportionnelle à la pression que le gaz exerce sur le liquide et ce à température exerce sur le liquide et ce à température donnée. donnée.

La conséquence est le risque de TARAVANA La conséquence est le risque de TARAVANA qui est l’accident de décompression. Pour qui est l’accident de décompression. Pour éviter cela, il est important de limiter le éviter cela, il est important de limiter le nombre de descentes soit en réduisant la nombre de descentes soit en réduisant la fréquence soit en limitant la profondeur. fréquence soit en limitant la profondeur.

Application: pression artérielle partielle en Application: pression artérielle partielle en OO22 et CO et CO22

paO2paCO2

Temps

Seuil d'hypoxie (syncôpe)

Seuil de rupture d'apnée

0,21

Les pressions partielles et la loi de Les pressions partielles et la loi de HenryHenry

Loi de Henry:Dissolution d'un gaz = fonction (Ppartielle, t°)

L’optique et le sonL’optique et le son La vision :La vision : En dehors du masque En dehors du masque

(qui engendre des (qui engendre des déformations)déformations)

Champ visuel rétréci.Champ visuel rétréci. Les objets semblent Les objets semblent

rapprochés (3/4 rapprochés (3/4 d.réelle).d.réelle).

Les objets sont Les objets sont grossis (*4/3). grossis (*4/3).

L’audition :L’audition :

Le sons se propagent Le sons se propagent plus vite dans l’eau plus vite dans l’eau que dans l’air que dans l’air

Son et lumière dans l’eauSon et lumière dans l’eau La vision :La vision :

Champ visuel rétréci par le masqueChamp visuel rétréci par le masque Les objets semblent rapprochés (3/4 distance réelle)Les objets semblent rapprochés (3/4 distance réelle) Les objets sont grossis (4/3 de la taille réelle). Les objets sont grossis (4/3 de la taille réelle).

L’audition :L’audition :

Le sons se propagent plus vite (1500 m/s) (dans l’air Le sons se propagent plus vite (1500 m/s) (dans l’air 330m/s)330m/s)