Densité et résistance en milieu hyperbare

Publié par Gonin X.. Publié dans Principes physiques

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La densité gazeuse s'accroît avec la pression absolue. Ceci joue donc sur les résistances lors d'efforts inspiratoires et expiratoires.

La pression respiratoire à délivrer par les muscles respiratoires comporte deux composantes : la composante statique et la composante dynamique.

 

La composante statique

Ce sont les résistances élastiques et visqueuses des tissus de la cage thoracique et des poumons. Ces résistances sont indépendantes de la densité des gaz.

La composante dynamique

La composante dynamique résistive est liée à la mise en mouvement des molécules de gaz dans les voies aériennes du sujet ainsi que dans les canalisations de l'appareil de plongée. Ces résistances sont dépendantes de la densité des gaz.

Ainsi, à 30 mètres de profondeur, soit à une pression de 4 bars, les résistances dynamiques doublent par rapport à la surface. La résistance inspiratoire est légèrement plus faible que l'expiratoire.

Une résistance est égale à une perte de charge en fonction du débit instantané :

R = DP / V
R : résistance
DP : perte de charge
V : débit instantané

La perte de charge est influencée par la nature de l'écoulement : écoulement laminaire dans les voies aériennes de petit calibre et écoulement turbulent dans les grosses bronches et les bifurcations. Les résistances turbulentes augmentent avec la vitesse d'écoulement et avec la masse volumique spécifique (densité) du fluide elle-même fonction de la pression. 

DP = K1V1 + K2V2
 
DP : perte de charge
K1 : dépend de la viscosité, il ne varie quasiment pas avec la pression
K2 : dépend de la densité
V1 : débit du courant gazeux laminaire
V2 : débit du courant gazeux turbulent

L'augmentation de la densité du gaz avec la profondeur est à l'origine de la baisse des débits ventilatoires, surtout sensibles pour les débits expiratoires. La réduction est plus importante sur les débits élevés que sur les bas débits. L'augmentation de la pression intrathoracique nécessaire pour vaincre les fortes résistances va écraser les voies aériennes et venir limiter un peu plus les débits.

Ces phénomènes induisent une limitation ventilatoire à l'effort en hyperbarie. Pour un effort trop long, on verra apparaître une fatigue des muscles respiratoires inspiratoires et expiratoires entraînant une dyspnée. Pour un effort trop important, la surcharge de travail des muscles respiratoires ne pourra être assumée, apparaîtra alors une rétention alvéolaire de CO2, une augmentation de la fréquence respiratoire et une diminution du volume courant. Cette polypnée superficielle s'auto-entretient et s'aggrave si l'effort et la profondeur sont maintenus.

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