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Oxygène et phénomènes gazeux en Plongée

 Oxygène et phénomènes gazeux en Plongée

Oxygène et phénomènes gazeux en Plongée

 

La Plongée sous-marine est une activité passionnante et accessible que l'on peut pratiquer sans crainte...à condition de réaliser que celle-ci  requiert non seulement des connaissances pratiques "incontournables" mais aussi un minimum impératif de théorie. Palmes et cerveau ne sont pas incompatibles. Le but de ces quelques lignes est de laisser au lecteur des idées simples sur des phénomènes complexes. Cette simplification poussée à l' extrême écarte volontairement toute formule mathématique ou terme trop savant !

L'oxygène (O2), nous le savons tous, est un gaz indispensable à la vie de l'organisme humain et en toutes circonstances normales des échanges se font entre l' O2 de l'air respiré et les cellules. Cet oxygène suit un circuit classique à travers les voies aériennes supérieures vers les poumons où celui-ci traverse la paroi des alvéoles pulmonaires pour être véhiculé par l'hémoglobine des globules rouges afin de rejoindre par l'intermédiaire du sang les cellules où se produisent les différentes réactions du métabolisme de l'oxygène. L'air contient environ 20% d'oxygène et 80 % d'azote. Ce dernier, contrairement à l'oxygène, est un gaz inerte qui n'est pas "consommé" (métabolisé) par l'organisme, se comportant seulement comme un gaz diluant pour éviter une trop forte concentration d'oxygène dans l'air. L' O2 est indispensable mais pour des concentrations ni trop faibles ni trop fortes. Dans une bouteille de plongée la composition de l'air est évidement la même et le plongeur inhale  20 % d'O2 et 80 % d'azote délivré à travers le 2eme étage du détendeur à la pression ambiante (variable selon la profondeur). Le devenir de ces 2 gaz s'avère très différent. L'O2 pour sa part aura la possibilité d'être consommé par l'organisme alors que l'azote restera extérieur aux phénomènes biochimiques de la combustion cellulaire. N'oublions pas que nous sommes en plongée et que la pression ambiante va jouer un rôle primordial dans le devenir des gaz inhalés. L'azote n'étant pas brûlé dans l'organisme, à la différence de l'O2, va demeurer dans les tissus, intact et finira par s'accumuler de manière encombrante soumis toutefois aux phénomènes hyperbares locaux. Ce gaz possède la propriété d'être soluble dans le sang .  Selon la profondeur à laquelle on se situe, la pression ambiante exerce sur l'azote une force capable de l'obliger à "pénétrer" les liquides physiologiques. De l'état gazeux, l'azote sera "comprimé" dans le sang sous sa forme soluble, tel un ressort bandé qui ne demandera qu'à retrouver son état initial dès que la pression exercée sur lui faiblira. Tant que la pression ambiante est suffisante, l'azote gardera sa forme soluble mais lors de la remontée cette pression va diminuer permettant à ce gaz de repasser de la phase soluble à la phase gazeuse. Ce phénomène se traduira par la naissance de micro-bulles ou de bulles plus importantes selon l'intensité et la vitesse de la diminution de la pression ambiante. L'importance de ce lâcher de bulles, véritable "embolie gazeuse", sera donc directement lié à la vitesse de remontée mais aussi à la quantité d'azote accumulé sous sa forme dissoute dans les tissus, elle-même proportionnelle à la durée d'exposition à la pression du fond. Pendant ce temps l'O2 sera toujours le bienvenu au sein des tissus où il pourra être directement utilisé tel un carburant précieux, abandonnant donc l'azote à son sort. Nous voici donc lors de la remontée avec un excédent d'azote dans le sang, soit sous forme encore soluble soit déjà en phase gazeuse. Dès lors la priorité pour l'organisme sera de se débarrasser de ce gaz diluant et de l'évacuer à l'extérieur le plus vite possible afin d'éviter au maximum une concentration trop élevée de bulles susceptibles de grossir en se "nourrissant" de l'azote local encore solubl e ou venant de bulles voisines plus petites .

 

 

 

Tous ces mouvements gazeux et ces échanges ne se font pas au hasard. A chaque instant les paramètres pression, concentration et temps, entre autres, régissent la complexité de ces échanges selon des lois bien connues évoquant par exemple les noms de Boyle-Mariotte, Henry, Dalton , Haldane, Bohr,  etc... Mais plutôt que de rappeler ces lois toujours quelque peu austères, essayons d'en approcher la philosophie et l'idée globale. En fait tout se passe dans l'organisme comme si la règle essentielle était la recherche d'un état d'équilibre dans la répartition des gaz, que ce soit en concentration, pression, volume ou mélanges, tel que pourrait le représenter l'image des vases communicants.L'être humain n'est pas cloisonné en différents secteurs anatomiques. En fait tout communique par l'intermédiaire de parois cellulaires, alvéolaires, vasculaires, interstices,  etc... Il s'agit bien d'un immense ensemble de vases communicants. Le principal moteur qui est à l'origine des échanges gazeux est constitué par la différence de "pression" ou de  "tension" d'un même gaz de part et d'autre d'une paroi (gradient). Cette recherche d'équilibre engendrera des passages de gaz du versant "haute pression" vers le versant "basse pression". Il va de soi que la caricature est ici extrême et que la complexité de ces phénomènes dépasserait très largement le cadre de la vulgarisation! Chaque gaz, en l'occurrence Azote et O2, ont des propriétés différentes concernant leur affinité pour tel ou tel moyen de transport en fonction de leur solubilité et de leur devenir cellulaire. L'O2 sera peu dilué et préférera la compagnie de l'hémoglobine. L'azote pour sa part préfère se dissoudre dans les liquides. Le CO2 enfin sera capable de combiner plusieurs moyens pour gagner la "sortie" avant d'être expiré. Il est aisé de comprendre que ces phé nomènes, à la pression atmosphérique, seront beaucoup plus simples à étudier que dans le cas  d'un milieu sous pression tel que nous le rencontrons en plongée. Rappelons à cette occasion que l'on doit réserver le terme de tissus à des ensembles anatomiques (tissu osseux, musculaire, nerveux, sanguin, etc...) et que nous considérerons que le terme decompartiment représente un ensemble ou des fractions de tissus possédant des propriétés communes face aux phénomènes hyperbares (par exemple la capacité à se saturer ou se désaturer en azote en un laps de temps déterminé). De plus un même tissu anatomique s'avère capable de changer de compartiment selon les conditions du moment ! Reprenons maintenant le fil des événements au moment où nous entamons notre remontée à partir du fond. L'O2 a été en partie consommé, du gaz carbonique s'est formé, aussitôt pris en charge par des systèmes d'évacuation efficaces alors que l'azote s'est concentré sous sa forme dilué dans les liquides de l'organisme. Le plongeur est alors "piloté" dans sa remontée par une méthode de décompression, matérialisée par une table de plongée ou un décompressimètre électronique ("ordinateur") dont le seul but est de permettre un meilleur contrôle de l'évacuation de l'azote. L'idéal est de se débarrasser de ce gaz encombrant en évitant au maximum la formation de bulles. Pour ce faire on remontera lentement en limitant la pression ambiante à chaque instant, flirtant de ce fait avec la saturation maximale du sang  vis à vis de l' azote sans que jamais nous ne dépassions un seuil critique où de l'état soluble l'azote passerait à l'état gazeux. Il s'agit bien ici de contrôler le débouchage de la classique bouteille de Champagne en contrôlant la tenue du bouchon. Il faut retenir le bouchon qui ne demande qu' à sauter en prenant le temps de laisser fuir lentement le gaz hors de la bouteille pour éviter la mousse! Si tout se passe bien, c'est à dire s i nous respectons une méthode de décompression fiable avec sa vitesse de remonté et ses paliers, l'azote parviendra au niveau de la paroi alvéolocapillaire avec une tension ("pression interne") très supérieure à celle de ce même gaz coté opposé, permettant ainsi une évacuation en douceur sans franchir le seuil de sursaturation critique. Cela est évidemment le meilleur des cas sans doute très loin de la réalité! Tout plongeur devrait savoir en effet qu'un contrôle parfait de la décompression relève bien souvent de l'impossible pour ne pas dire de la naïveté! De très nombreux facteurs sont susceptibles de modifier le mécanisme idéal de "dégazage" tels qu'efforts, température, état physique, entraînement, âge, stress...bref tout ce qui est répertorié sous la rubrique des très nombreuxfacteurs de risque . La formation de bulles est donc beaucoup plus fréquente qu'on ne le croit pour ne pas dire omniprésente! Tant que leur nombre et leur taille ne dépassent pas un certain seuil, l'organisme sera capable de "traiter" ces intruses. Cette tolérance n'est cependant pas sans limites. Au de la d'un certain niveau admissible ces bulles pourront porter atteinte à l'intégrité des tissus anatomiques. Selon l'importance de ce "dépassement" nous arriverons à la situation d' accident de décompression potentiel ou constitué. Comment limiter ce dégazage intempestif et sauvage que le plongeur n'a pas su contrôler pour une raison ou une autre, malgré les aides mises à sa disposition ? En vertu du grand principe des vases communicants il apparaît évident que plus vite on éliminera l'azote en excès, moins celui-ci sera susceptible  de se transformer en bulles. Pour ce faire, l'échange sera d'autant plus important avec l' extérieur que la différence de "tension" sera plus importante de part et d'autre de la paroi alvéolocapillaire pour le gaz concerné. Si le taux d'azote de l'air inspiré est très faible, cela "attirera" l'azote arrivant au poumon en forte conc entration , véhiculé par un sang veineux de retour saturé par celui-ci, pour ne pas dire souvent sursaturé. Vase communicant oblige, le passage se fera de l'intérieur vers l'extérieur. Pour réaliser ce cas de figure dans sa meilleure configuration, il suffit de faire inspirer au plongeur un mélange le moins riche possible en azote...donc de l' O2 pur . Il s'agit bien là de la méthode la meilleure pour favoriser l'évacuation de l'azote, a fortiori dans le cadre des premiers secours des accidents de décompression. Cette "dénitrogénation" accélérée trouve d'abord  sa place dans les secours mais peut être proposée aussi dans le cadre de paliers à l' O2. Mais à ce stade de la réflexion surgit l'obligation de respecter une loi formelle qui est de ne pas respirer de l'Oxygène pur au-delà d' une profondeur de 6 mètres, sous peine de mettre sa vie en danger. Il est indispensable de savoir que l'O2 reste synonyme de bienfait lorsqu'il est utilisé  à pression atmosphérique mais qu'en pression il devient toxique et synonyme de mort potentielle s'il est inhalé à plus de 1.7 ATA environ. Voici donc  deux versants de l'utilisation de l'O2, à ne pas confondre. Il sera utile également de parler d'une utilisation de plus en plus récente qui n'est autre que les Nitrox.

 

Nous comprenons maintenant l'intérêt d'inhaler un mélange contenant le moins possible d'azote pour créer un gradient de pression favorable à l'évacuation de ce gaz. L'O2 pur demeure le gaz idéal pour le secours. Tous les bateaux de Clubs (on l'espère!) possèdent un équipement de secours à base d'O2 mais il faut savoir que si la présence d'O2 à bord est louable, il n'en est pas moins vrai que son utilisation implique un minimum de connaissances. Il ne suffit pas de brandir une bouteille d'O2 pour débuter un traitement sur site d'un accident de décompression, digne de ce nom. Quelques règles sont à respecter : capacité suffisante pour assurer le transport, obtention d'un mélange avec un t aux d'O2 le plus élevé possible, rapidité de mise en oeuvre, simplicité d'utilisation, encombrement acceptable... Trop souvent de nombreuses erreurs sont commises. Après avoir déniché la bouteille dans un endroit peu accessible, on éprouve des difficultés à l'ouvrir (graisse interdite!!), sans parler de la bouteille à moitié vide non contrôlée ou de capacité ridicule. Si nous parlons masque, la panoplie de masques inadaptés est impressionnante: taille unique, caoutchouc cuit par le temps et les embruns, modèle archaïque, non étanche...Que dire de la qualité du mélange inhalé souvent très proche de la concentration de l'O2 de l'air (20 %). Obtenir du 50% relève de la prouesse, d'avantage nécessite un débit maximum, vidant la bouteille en quelques minutes ! Autant dire que l'équipement d'oxygénothérapie relève trop souvent de la bonne conscience ou du talisman !! Il serait hautement souhaitable que les utilisateurs potentiels n'hésitent pas à demander conseil auprès de professionnels tels que médecins réanimateurs ou autre personnel ayant l' habitude de l' oxygénothérapie. Il est nécessaire d'adapter le choix de l'équipement aux circonstances éventuelles d'utilisation telles que proximité et rapidité des secours disponibles. Un débit de 15 litres/minute implique une capacité bouteille d'au moins 15 l  pour avoir une efficacité autre que symbolique...et encore en étant très proche de la côte ! L'investissement ne devrait pas être limitatif. Les modèles tels que AMBU avec ballons sont à préférer au simple masque qui n'apporte au plongeur accidenté qu' un mélange dont la plus grande fraction d'O2 est gaspillée. Le choix des matériels dépend également des compétences des futurs utilisateurs. Il existe des systèmes à circuit fermé de faible encombrement et de grande efficacité mais impliquant une connaissance parfaite de son utilisation. Entre l'exercice illégal de la Médecine et la non-assistance à personne en danger se situe un vrai débat qui est loi n d'être clos! Quoiqu'il en soit l 'administration d'O2 normobare ( à la pression atmosphérique) reste la priorité absolue en cas d' accident ou de suspicion d'accident de décompression. Elle doit être instaurée dès que possible et poursuiviesans interruption  durant tout le transport vers le centre hospitalier . Malgré son efficacité, l'administration d'O2 normobare ne peut se substituer à la prise en charge en milieu spécialisé, voire au caisson. La prise de l'aspirine (250 à 500 mg et si pas de contre-indication) et la réhydratation seront  complémentaires.

Ainsi l'Oxygène , à la pression atmosphérique, doit rester synonyme de Vie ou de Secours. Mais si celui-ci est considéré comme un médicament ce n'est pas par hasard. Il faut savoir impérativement que l'O2 peut devenir toxique dans certaines circonstances très précises. Chaque fois que sa "pression" dans l'organisme atteint 1.6 à 1.7 ATA (pression absolue), il est capable de déclencher un phénomène toxique neurologique encore appelécrise hyperoxique . Le tableau présenté par un tel patient est celui d'une sorte de crise d'épilepsie se produisant sous l'eau. Si cette crise n'est pas mortelle en soi, le milieu dans lequel elle se produit entraîne la noyade. Malheureusement pour le plongeur cette crise peut survenir de façon brutale sans le moindre signe précurseur. Elle est totalement incontrôlable. Il arrive dans les meilleurs des cas que le plongeur puisse noter des crampes musculaires même minimes, autour des lèvres par exemple, ou une accélération du pouls. D'autres signes peuvent se rencontrer mais n'y comptez pas ! Evitez plutôt de connaître ce genre de situations ! Cette mise en garde concerne l'utilisation de l' O2 pur à une profondeur supérieure à 6 m,  par exemple lors de paliers à l' O2 trop profonds... mais aussi lors de l'utilisation des NITROX de manière inadaptée. Nous n' évoquerons pas ici les appareils de plongée à circuit fermé utilisés par l' Armée.  Sous le terme de Nitrox nous regroupons des mélanges suroxygénés permettant au plongeur de moins saturer ses tissus en azote et donc de pouvoir rester plus longtemps en plongée ou d'avoir moins de paliers à effectuer...mais au dépend de la profondeur ! Plus la concentration en O2 est importante plus vite sera atteinte la profondeur critique. Surveiller sa profondeur doit devenir pour le plongeur au Nitrox une véritable obsession: gare aux contrevenants, la sanction sera sévère. Plonger au Nitrox s'avère donc impensable sans une éducation spécifique et de qualité.

 

Au terme de ces quelques lignes l' Oxygène du Docteur Jekkyl vous apparaîtra comme un allié indispensable, utilisé à la pression atmosphérique, mais peut très vite devenir un véritable Mr Hyde passé les 6 mètres . La Nature fait bien les choses mais il ne faut pas transgresser ses lois. Nous ne le répéterons jamais assez, l'accident de décompression ne doit pas se produire si le plongeur respecte scrupuleusement les consignes tant de fois énoncées, mais trop de fois bafouées !

La Plongée n'est pas un sport dangereux...mais emmenez toujours avec vous l' Oxygène bienfaiteur ! Qu'on se le dise !

 

 

Dr Michel STRUYE

 

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