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Plongée : le dioxyde de carbone (CO2)

juin 18, 2012

Nous avons vu dans un billet précédent que le dioxyde de carbone (CO2)

  • était produit naturellement par notre organisme
  • voyait ses quantité dissoutes augmenter avec la profondeur (loi de Henry)
  • devenait pathologique à 0,03 bar (maux de tête) mais que les symptômes majeurs apparaissent à 0,15 bar.

Variations du CO2 dans le tractus respiratoire

Si l’air que nous inspirons ne contient que des traces de CO2, il n’en n’est pas de même dans notre corps. L’air inspiré est humidifié par l’endothélium du tractus respiratoire. Dans les alvéoles, un taux de CO2 de 40 millimètres de mercure est observé ce qui équivaut à 5,3% ou 0,053 bars en surface. Ce taux est similaire à celui observé dans le sang artériel. Dans le sang veineux, le taux atteint 45 mm Hg, soit presque 6% ou 0,06 bars. La pression partielle en CO2 étant plus élevée dans le sang veineux que dans l’alvéole, le dioxyde de carbone va diffuser du sang vers l’alvéole et être expiré. Son taux va redescendre à 40 mm Hg, l’équilibre entre l’alvéole et le sang artériel.

Le CO2 dans le sang

Dans le sang, le CO2 est transporté

  • majoritairement (87%) sous forme de HCO3- (H2O + CO2 <=> H2CO3);
  • 7% est lié à l’hémoglobine (combinaison du CO2 avec les groupements NH2 terminaux des protéines, en particulier de la globine de l’hémoglobine : Hb-NH2 + CO2 <=> Hb-NHCOOH <=> Hb-NHCOO- + H+ mais également avec les groupement NH2 des acides aminés dans le sang) ;
  • 6% est dissous dans le plasma et les globules rouges.

Transport du CO2 dans le sang

Dans l’organisme humain, le CO2 est surveillé de près. Dès la plus petite augmentation de la pression de CO2, notre organisme va augmenter le débit cardiaque et la ventilation pulmonaire pour éliminer ce CO2. Chimiquement, l’augmentation de CO2 va être tamponnée par la production de H2CO3. Cette réaction est lente dans le plasma mais beaucoup plus rapide (1000 x) dans les globules rouges grâce à la présence d’anhydrase carbonique. Le H2CO3 se dissocie rapidement en HCO3- + H+. Attention donc pour les plongeurs prenant des inhibiteurs de cette anhydrase carbonique (thiazides et acétazolamide).

L’augmentation de H2CO3 conduit donc à une augmentation d’une part de HCO3-, et d’autre part des ions H+ dans le plasma et les tissus. Une acidose (pH<7,38) peut apparaître. Elle est compensée car ces ions H+ sont normalement éliminés par le rein, sous forme de phosphates (H2PO4-) et d’ammoniaque (NH4+) mais cette élimination est vite saturée, l’acidose devenant non compensée.

L’hypercapnie et l’acidose compliquent gravement les choses pour le plongeurs car elles

  • diminuent la tolérance nerveuse à l’hyperoxie,
  • potentialisent la narcose à l’azote,
  • favorisent les accidents de décompression.

Plus simplement, l’augmentation du CO2 augmente le risque de maladie de décompression et de narcose des profondeurs. Pour les plongeurs Nitrox, elle augmente le risque de crise hyperoxique.

Les symptômes

Les symptômes de l’hypercapnie sont

  • hyperventilation : polypnée superficielle  (l’essoufflement du plongeur), tirage, voire ventilation de Cheyne-Stokes ;
  • hyper tension artérielle et tachycardie ;
  • vasodilatation périphérique, turgescence jugulaire, stase vasculaire au fond d’oeil ;
  • céphalées ; sueurs profuses, hypersialorrhée ;
  • encéphalopathie hypercapnique : troubles du comportement, excitation, somnolence, coma et mort.

Les causes

L’augmentation de CO2 n’a que 2 causes :

  1. Un apport inhalé trop riche en CO2 (bouteille mal gonflée, recycleur avec chaux saturée, espace mort trop grand,…)
  2. Une production accrue de CO2 par l’organisme consécutive à un effort.

Un effort supplémentaire peut être dû à une nage contre le courant mais aussi à toute une série de causes comme trop de lest, un palmage peu efficace, un manque de condition physique, une mauvaise position dans l’eau, des apnées durant la plongée, un détendeur mal réglé, une combi ou une stab trop serrée, le stress en général, le froid pour lequel l’organisme va produire plus de chaleur, donc plus d’effort,…

Extrait du cours N2 de la FFESSM, Hippocampe Club

En cas d’augmentation du CO2, nous allons respirer plus vite. Cette hyperventilation peut devenir incontrôlable. En plongée, nous parlons d’essoufflement. Le plongeur n’arrive plus à éliminer assez rapidement le CO2, la fréquence respiratoire augmente mais devient de plus en plus superficielle. Dès lors l’élimination est encore moins bonne et le CO2 augmente encore augmentant encore l’hyperventilation qui elle même augmente également la production de CO2.

Extrait du NOAA Diving Manual

L’empoisonnement au CO2 se fait de façon progressive en fonction du taux de CO2.

  1. Zone A : à des concentrations entre 0.5 et 3.0 % (ou pression partielle de 0.005-0.03 ATA), pas d’effets perçus.
  2. Zone B : au dessus de 3% (= 0.03 ATA), l’organisme compense par le HCO3- et par l’augmentation de la fréquence respiratoire.
  3. Zone C : les premiers symptômes sont l’inconfort, de l’angoisse, des maux de tête, des vertiges et/ou nausées, un besoin de respirer et une diminution de l’acuité visuelle et/ou auditive. Ensuite, une détresse physique évidente, des vertiges et une incapacité à prendre soi-même des décisions (confusion mentale, incapacité de se concentrer, altération du raisonnement). Enfin, au delà d’une pression partielle de 0.15 ATA, des spasmes musculaires et de la rigidité musculaire apparaissent. Enfin une syncope et la mort peut s’en suivre.

Effort et masse volumique inspirée

Au delà de 40 mètres, une autre forme d’essoufflement peut apparaître : l’essoufflement profond. Les causes sont les mêmes mais aggravée par la profondeur. Avec la profondeur, la masse d’air inspirée augmente. Comme la masse d’air augmente, l’effort inspiratoire pour inhaler augmente lui aussi. Ainsi à 40 mètres, la masse d’air inspirée sera 5 fois plus grande qu’à la surface.

Augmentation de la masse volumique de l’air en fonction de la profondeur

Un essoufflement en profondeur sera d’autant plus difficile à rattraper. Pour atténuer ce phénomène, les plongeurs TEK remplacent une partie de l’air par de l’hélium donc la masse volumique est 7 fois moindre que l’azote. Bien entendu, remplacer l’azote par un gaz inerte limite le risque de narcose à l’azote mais le choix d’un gaz inerte et de masse volumique faible limite le risque d’essoufflement profond.

Monoxide de carbone

Enfin, chez les fumeurs, outre l’augmentation du risque de maladie de décompression dûe à l’action de la nicotine et du monoxide de carbone sur les  plaquettes, le monoxide de carbone inhalé produit jusqu’à 10% de carboxyhémoglobine (HbCO) pour un niveau physiologique de 0,5% maximum. Même pour un fumeur léger, ce taux reste élevé jusque 8 heures après avoir fumé une cigarette. Le fumeur passif verra son taux de HbCO augmenter jusqu’à 5%. L’hémoglobine liée au monoxide de carbone n’est plus disponible pour transporter l’O2 ou le CO2 ni tamponner un éventuel excès de CO2.

Conclusion

Voilà pour le moment où j’en suis dans l’étude de ce gaz redoutable pour le plongeur, son pire ennemi : le CO2. Dans le prochain article, nous nous attaquerons à ce qui semble pour beaucoup de plongeurs leur principal ennemi : l’azote, cause de la narcose des profondeurs. Parler du N2, ce sera l’occasion d’aborder les phénomènes de décompression et les modèles qui les décrivent.

Fini pour le CO2, dans le prochain billet, nous passons à l’azote, la narcose et surtout son effet sur la décompression.

Sources

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From → Plongée

4 commentaires
  1. Très bon article de synthèse sur cet enfoiré de dioxyde de carbone.

    Désolé de faire l’en…eur de mouche mon bon Jean-Loup, mais dans le chapitre « effort et masse volumique expirée » tu gagnerais à reformuler cette phrase qui est approximative « Avec la profondeur, le volume d’air inspiré augmente et donc l’effort à fournir pour inhalé la masse d’air est multiplié par la pression absolue. Ainsi à 40 mètres, le volume et le poids seront 5 fois plus grand. »

    Je suppose que tu veux dire que la masse d’air inspiré varie avec la profondeur (et pas le volume qui lui ne varie pas). Comme la masse d’air augmente l’effort inspiratoire pour inhaleR augmente lui aussi.

    Ce serait intéressant de savoir si l’effort inspiratoire augmente de façon directement proportionnelle à l’augmentation de pression.
    Je vais aller jeter un oeil dans le Broussole.& Meliet.

    Amicalement.

  2. la masse d’air inspiréE, pardon.

  3. jeanloupcastaigne permalink

    Merci Marco. Le volume d’air est en effet à remplacer par la masse (ou en précisant volume ramené à un ATA mais cela complique encore la phrase). J’attends de voir ce que tu trouves dans le Broussolle, Meliet & Coulange.

    Le schéma pour le CO2 dont je te parlais dans le post précédent, c’est le tout premier. Je suis toujours surpris de retrouver une saturation en CO2 alvéolaire mais en y réfléchissant, c’est tout à fait logique.

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  1. Plongée : les gaz de l’air et la profondeur | Idées et expériences

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