Télécharger le fichier pdf d’un mémoire de fin d’études
Modifications de la mécanique ventilatoire en plongée
Les contraintes de la plongée sous-marine sur la mécanique ventilatoire du plongeur portent sur des modifications de l’écoulement du mélange gazeux dans les bronches et la modification de l’équilibre des pressions liées aux modifications de la pression hydrostatique ambiante s’exerçant sur la cage thoracique.
En ambiance hyperbare, la pression ambiante augmente avec la profondeur. La pression des gaz respirés doit donc augmenter de manière proportionnelle, afin d’éviter un phénomène de pression inspiratoire négative, conséquence d’une pression intrapulmonaire supérieure à celle du gaz inspiré avec l’impossibilité pour le plongeur de faire pénétrer le mélange gazeux dans les poumons. Si cette pression transmurale négative dépasse 150cm H20 alors l’inspiration devient impossible, en pratique au-delà d’une profondeur de 1,5m de colonne d’eau (1). Dans l’équipement du plongeur, le rôle du détendeur de plongée est de fournir une pression de gaz inspiré égale à la pression ambiante afin de permettre l’inspiration.
L’augmentation de pression du mélange gazeux a pour conséquence d’augmenter sa masse volumique et de modifier le régime de l’écoulement au sein de l’arbre pulmonaire du fait de l’augmentation des résistances intra-pulmonaires. En environnement normobare, l’écoulement de l’air dans les voies aériennes de diamètre inférieur à 2 mm est laminaire ; c’est-à-dire que le flux d’air se déplace en couches parallèles avec une vitesse plus élevée au centre qu’en périphérie. Pour les bronches de calibre supérieur à 2 mm de diamètre, l’écoulement s’effectue en régime de type turbulent, c’est-à-dire sans organisation. Or il existe un phénomène de perte de charge (ou chute de pression) lié à l’écoulement de l’air dans les bronches. Quand l’écoulement est laminaire, la perte de charge dépend de la viscosité du gaz, qui est une caractéristique intrinsèque et ne varie pas avec la pression. En revanche, dans un système turbulent, cette perte de charge est proportionnelle à la masse volumique du gaz, qui elle augmente proportionnellement à la pression. Les résistances sont donc augmentées au niveau des grosses bronches au cours de l’inspiration et de l’expiration (4), avec un aplatissement des courbes débit-volume sur les spirométries réalisées en ambiance hyperbare (2).
De plus, en ambiance normobare, il existe une limitation de l’expiration liée à la compression des voies aériennes par l’augmentation de la pression intrathoracique en particulier dans les petites bronches distales de petit calibre en raison de la moindre rigidité de leur paroi. Il y a donc une limitation physiologique, appelé point d’égale pression, à partir duquel une augmentation de la pression intrathoracique ne permet plus de majorer le débit expiratoire.
L’expiration est donc un phénomène effort-indépendant. On peut donc supposer qu’avec un mélange gazeux plus dense, et connaissant le phénomène de perte de charge, le point d’égale pression est atteint à une plus faible pression intrathoracique, et donc crée une plus grande limitation du flux expiratoire (5) (6). Une adaptation physiologique de ce phénomène est retrouvée chez des sujets sains qui ventilent un mélange gazeux dont la masse volumique est plus importante en ambiance hyperbare. Cette adaptation consiste à augmenter le volume de réserve expiratoire (VRE) afin de retrouver le niveau de distension thoracique où la compliance pulmonaire est plus favorable à l’expiration (7).
En théorie, l’inspiration n’est pas soumise à ce phénomène, puisque l’inspiration diminue les résistances en augmentant le débit d’air. En effet, lors de l’inspiration, l’augmentation du volume thoracique par la traction des muscles respiratoire cause une augmentation du diamètre des bronches. En ambiance hyperbare, il semblerait qu’il existe une diminution du débit inspiratoire maximal avec augmentation du travail respiratoire lié à l’augmentation des résistances ventilatoire à l’écoulement. De plus, le volume pulmonaire étant augmenté par celle du VRE, l’inspiration est rendue plus difficile par la moindre compliance pulmonaire d’un thorax déjà distendu, majorant encore le travail des muscles respiratoires.
Enfin, l’immersion est à l’origine d’une augmentation du volume sanguin intra-thoracique par un phénomène de redistribution sanguin depuis les extrémités vers le thorax (8). Les causes de ce phénomène sont multiples et sont liées à la poussée d’Archimède, le port du vêtement de protection thermique en néoprène, qui rajoute une pression ainsi qu’à la vasoconstriction périphérique en réaction au froid. La conséquence est une diminution de la capacité vitale (CV) du fait du remplacement de l’air par un volume de sang. De plus la compliance pulmonaire est diminuée de 30 à 50% et est associée à une augmentation du travail inspiratoire (9) qui a pour conséquence de limiter l’effort pendant la plongée.
En plus des effets sur la mécanique ventilatoire du plongeur, la toxicité des gaz inhalés en ambiance hyperbare va être à l’origine d’une toxicité pulmonaire en particulier liée aux effets de l’hyperoxie sur le poumon.
Toxicité pulmonaire de l’oxygène hyperbare en plongée
La toxicité pulmonaire de l’oxygène est un sujet bien connu et apparait à partir d’une pression partielle de 50kPa. Cette toxicité est liée à la pression partielle en O2 respirée (PIO2) ainsi qu’à la durée d’exposition (10,11). On parle d’effet Lorrain-Smith ou de toxicité pulmonaire chronique de l’oxygène hyperbare. Selon la sévérité de l’exposition, le tableau clinique associe une irritation trachéale, une toux, une oppression thoracique et parfois même une gêne respiratoire avec une dyspnée.
Sur le plan anatomo-pathologique, les lésions débutent par une phase initiale exsudative réversible avec oedème pulmonaire apparaissant après entre 4 et 5 jours pour une ventilation à 100% de FIO2. Puis, on passe à un stade prolifératif irréversible avec un remplacement des cellules alvéolaires de type 1 par des cellules de type 2, responsable d’une modification de structurale et épaississement de la membrane basale avec apparition d’un exsudat alvéolaire composé de fibroblastes et de collagène. Puis une phase finale apparait, caractérisée par une fibrose interstitielle et de l’emphysème (12). Toutefois ces études ont été réalisées en phase post-mortem chez des patients ayant bénéficié d’une ventilation invasive avec l’aide d’un respirateur .
Un marqueur de cette toxicité pulmonaire de l’oxygène est la mesure de la capacité vitale (CV) par spirométrie (13). Mais l’enregistrement de ce paramètre peut être affecté par la douleur, gênant l’inspiration complète et ne permet pas d’identifier de minimes variations (<5%) et donc non informatif pour des expositions de courte durée. La mesure de la diffusion libre du monoxyde de carbone (DLCO) pourrait être un marqueur plus sensible pour des expositions lors de plongées ou de séjour en enceinte hyperbare sans immersion de longue durée (14)
Enfin, il semblerait que l’évolution des lésions se poursuivent vers l’aggravation après l’arrêt de l’exposition du fait de la réaction inflammatoire locale. La durée de récupération serait ainsi de l’ordre de quelques jours (15). Lors de plongées expérimentales à certains niveau et durée d’expositions hyperbare, des auteurs ont montré une majoration de la diminution des débits expiratoires maximum (DEM 25-75) et de la DLCO lorsque les plongées successives étaient réalisées avec un intervalle de temps rapproché (20h) et avec des efforts physiques soutenus (19). Il existe donc un effet cumulatif de cette toxicité pulmonaire de l’oxygène hyperbare et l’évolution des lésions va dépendre de l’intervalle de temps entre 2 plongées en mode successif (16).
Effets sur le contrôle ventilatoire
Le contrôle ventilatoire en hyperbarie est affecté par plusieurs éléments : l’effet direct de la pression ambiante sur le système nerveux (système nerveux des hautes pressions, SNHP) et sur la paroi thoracique, ainsi que l’augmentation de charge interne liée à la densité des mélanges gazeux respirés.
En effet des études ont montré une modification de la respiration lors de plongées à l’hélium avec une hyperventilation caractérisée par l’augmentation du volume courant et une diminution de la fréquence respiratoire (17).
Par ailleurs, il existe une fatigabilité des muscles respiratoires d’origine non métabolique au cours de la plongée.
Modifications des paramètres de l’exploration fonctionnelle respiratoire en plongée sous-marine
Plusieurs études se sont intéressées aux effets à long terme de la plongée sous-marine sur le poumon et la fonction ventilatoire en particulier dans le domaine de la plongée professionnelle. Les résultats de ces études ont montré une relation entre les modifications de la fonction ventilatoire et le nombre d’années de pratique de la plongée en particulier avec une diminution des valeurs du VEMS, DEM 50, DEM 25-75 et DLCO (18). Il semblerait que les valeurs de la DLCO et du DEM 25 soit modifiées à l’issue des 5 premières années de pratique, 10 ans pour le DEM 50 et 12 ans pour le DEM 25-75, en relation directe avec le nombre de plongées réalisées (19). Ainsi à long terme, ces modifications pourraient caractériser une atteinte prédominante sur les petites bronches. De plus, cette atteinte semble ne pas être liée à l’âge du plongeur ni au degré de sa consommation tabagique (20). En revanche, cette atteinte semblerait prédominante chez les plongeurs professionnels respirant en plongée de l’oxygène ou des mélanges suroxygénés en ambiance hyperbare. Sur le palan méthodologique, ces résultats sont le plus souvent issus d’études rétrospectives de cohorte sans groupe contrôle et qui présentent un faible niveau de preuve. Un autre biais méthodologique est lié à la réalisation de l’EFR et son interprétation en raison de la variabilité de ce type d’exploration qui reste opérateur-dépendant et des modifications physiologiques de fonction pulmonaire avec la sénescence et le vieillissement.
Une étude récente ne montre pas de différences significatives autres que celles en rapport avec le vieillissement de la population de plongeurs étudiée, (21) et les auteurs concluent à l’absence d’intérêt dans la réalisation régulière et systématique d’une EFR dans le cadre de la surveillance médicale des plongeurs professionnels asymptomatiques.
Même si de nombreuses études ont été réalisés chez les plongeurs professionnels, peu d’entre elles se sont intéressées aux plongeurs militaires.
Spécificités de la plongée militaire et de la surveillance médicale médicale
La plongée militaire s’est développée dans les années 1960 au sein de plusieurs unités dans lesquelles on retrouve : les plongeurs démineurs et nageurs de combat de la marine, les unités d’aide au franchissement du génie, les plongeurs sauveteurs de l’armée de l’air et les plongeurs de la gendarmerie nationale.
Sur le plan de l’aptitude médicale, les plongeurs militaires sont considérés comme des plongeurs professionnels et classés en 2 catégories distinctes selon leur niveau de formation et d’emploi. Les plongeurs de catégorie 1 (CAT1) regroupent les plongeurs de bord (PLB) aptes à faire des plongées n’excédant pas 35m et utilisant l’air en pression comme mélange gazeux respiré. Ils peuvent ensuite se spécialiser pour devenir soit plongeurs démineurs (PLD) réalisant des plongées jusqu’à 80 m de profondeur et utilisant des mélanges gazeux suroxygénés (Nitrox ou Trimix) soitnageurs de combat (NC) réalisant des plongées à faible profondeur (7 m environ) respirant de l’oxygène pur comme gaz avec l’aide d’un appareil à recyclage de gaz fonctionnant en circuit fermé (absence de bulles en surface et discrétion de la mission). L’ensemble des plongeurs PLD et NC sont regroupés dans la catégorie 2 (CAT2) des plongeurs militaires.
Le suivi médical de ces plongeurs passe par une première visite médicale initiale d’expertise et de sélection, des visites régulières et périodiques annuelles et enfin des visites quadriennales associant la réalisation d’examens complémentaires. Les visites périodiques annuelles de cette surveillance médicale sont réalisées par des médecins spécialisés en médecine générale et formés t en médecine de la plongée. Les visites initiales et quadriennales sont réalisées par un médecin expert au sein du service de médecine hyperbare et expertise plongée (SMHEP) de l’hôpital d’instruction, des armées St Anne à Toulon. Jusqu’en 2015, les examens complémentaires réalisés lors de ces visites périodiques associaient entre autre : une radiographie du thorax, une exploration fonctionnelle respiratoire (EFR), un bilan biologique standard . (22)
L’hypothèse de départ est la présence de contraintes sur le poumon en plongée militaire à l’origine de modifications des principaux paramètres de l’EFR. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce travail a été d’étudier l’évolution de ces paramètres chez des plongeurs militaires. Un objectif secondaire a été de comparer les résultats obtenus au sein de 2 populations distinctes de plongeur militaire : les plongeurs de catégorie 1 (PLB) avec ceux de catégorie 2 (PLD et NC) soumis à des contraintes différentes du fait de leur mission, du niveau de leur pratique et du matériel de plongée utilisé (appareil de plongée et mélange gazeux respiratoire).. Sur le plan méthodologique, ce travail reposera sur l’analyse du suivi longitudinal effectué dans le cadre de la surveillance médicale du personnel plongeur.
Population étudiée
Les plongeurs militaires des 4 armées (Marine, Terre, Air et Gendarmerie) sont classés en 2 catégorie comme rappelé précédemment : le groupe des plongeurs de catégorie 1 (CAT1) est constitué par les plongeurs de bord qui plongent à l’air en circuit ouvert limités à 30 mètres de profondeur et le groupe des plongeurs de catégorie 2 (CAT2) composé des plongeurs démineurs (PLD) et des nageurs de combat (NC) qui plongent avec des appareils à recyclage et des mélanges gazeux suroxygénés.
Variables étudiées
Lors de chaque visite médicale effectuée dans le cadre de la surveillance médicale des plongeurs militaires, les éléments suivants sont relevés :
– Catégorie du plongeur (CAT 1et CAT 2),
– Biométrie (âge, taille, poids, statut tabagique, nombre d’années de pratique),
– Nombre annuel et type de plongées réalisées
L’âge, la taille et le poids sont notés sur la fiche d’observation médicale rédigée lors de la consultation. Le nombre de plongées effectuées au cours du dernier semestre et le début de pratique de la plongée font l’objet d’un recueil avec l’aide d’un questionnaire rempli par le plongeur lui-même avant la consultation..
Concernant les EFR réalisées, les paramètres recueillis sont le VEMS, la CVF, le coefficient de Tiffeneau, le DEM50 et le DEM25-75.
Critères d’inclusion des sujets et recueil des données
Les sujets inclus dans cette étude sont tous des plongeurs militaires qui ont fait l’objet d’une visite au SMHEP entre 2012 et 2015 dans le cadre de la surveillance médicale régulière. Tous étaient nés avant le 01/01/1977 en vue d’une période d’observation et de suivi longitudinal d’au moins 15 années..
Les critères d’exclusion étaient :
– la découverte d’une pathologie pulmonaire chronique au cours de la période,
– un accident de plongée à l’origine d’une inaptitude médicale temporaire ou définitive,
– une interruption dans le suivi médical supérieure à 6 ans,
Les données ont été collectées à partir des informations à l’intérieur des dossiers médicaux des sujets pour la période entre février 2016 et aout 2017.
Analyse statistique des données
Les statistiques ont été réalisées au moyen du logiciel OpenEpi version 3. Les tests de comparabilité entre les groupes ont été faits avec le test ANOVA qui analyse la variance, l’analyse des différents paramètres des EFR ont été réalisés avec le test T de Student en variance égale ou inégale après test d’égalité de variance. Il a été considéré une valeur de p<0,05 comme significative.
Population et catégories de plongeurs étudiés
Le nombre total de sujets de cette étude est de 103 plongeurs militaires. Le nombre de plongeurs de catégorie 1 (CAT 1) est de 59. Il est de 44 pour les plongeurs de catégorie 2 (CAT 2) avec 28 plongeurs démineur (PLD) et 16 nageurs de combat (NC). Tous les plongeurs de l’étude sont de sexe masculin.
Lors de la première visite effectuée (visite initiale d’aptitude), les résultats ne montrent pas de différence significative entre les plongeurs CAT 1 et CAT 2 concernant l’âge, la taille , le poids, l’indice de masse grasse (IMC)MC et le nombre d’années de pratique de la plongée. En revanche, les résultats montrent que les plongeurs CAT 2 effectuent un nombre annuel de plongées significativement plus élevé que les plongeurs CAT 1 (respectivement 70,2 plongées semestrielles pour les plongeurs CAT 2 vs 48,7 pour les plongeurs CAT 1 avec p=0,032). L’ensemble des résultats figurent dans le tableau 1.
Paramètres de l’Exploration Fonctionnelle Respiratoire (EFR)
Les résultats des différentes EFR réalisées chez l’ensemble des plongeurs de l’étude et dans les différentes catégories de plongeurs (CAT 1 et CAT 2) sont représentés dans le tableau 3.
Les résultats ne montrent pas de différence significative de la valeur moyenne du VEMS Capacité Vitale Fonctionnelle (CVF) à 16 ans d’intervalle pour l’ensemble des sujets de l’étude mais également chez les plongeurs CAT 1 et CAT 2 (tableau 3). De plus, il n’existe pas de différence significative entre les différentes catégories de plongeurs lors de la 1ère visite (aptitude médicale initiale) etla 5ème visite (aptitude révisionnelle) (Tableau 3).
Concernant le coefficient Tiffeneau, Les résultats montrent une diminution significative de la valeur moyenne de ce dernier entre la 1ère et la 5ème visite pour l’ensemble des sujets de l’étude (80,7 ±6,04 % lors de la 5ème visite vs 83,00 ±6,05% lors de la 1ère visite avec p=0,006). ). Cette diminution est significative pour les plongeurs CAT 1 (p=0,016). La diminution des valeurs moyennes du coefficient de Tiffeneau est plus importante chez les plongeurs CAT 1 (-2,78 points) que chez les plongeurs CAT2 (-1,7 points Enfin, les résultats ne montrent pas de différence significative des valeurs moyennes du Tiffeneau entre les 2 groupes de plongeurs lors de la 1ère visite mais il existe une différence entre les CAT 1 et CAT 2 lors de la 5ème visite une valeur moyenne du Tiffeneau plus basse chez les plongeurs CAT 1 (79,24% pour les plongeurs CAT 1 vs 82,61% pour les plongeurs CAT 2 avec p=0,005) (Tableau 3).
Concernant l’étude des débits distaux, les résultats montrent une baisse significative de la valeur moyenne du DEM50 pour l’ensemble des sujets de l’étude (4,56 ±1,21L/min lors de la visite révisionnelle vs 5,24 ±1,43L/min à la visite d’inclusion avec p=0,006) ainsi que dans le groupe des plongeurs CAT 1 (5,19L/min à 16 ans de suivi contre 5,20L/min à la visite d’inclusion, p=0,973). En revanche, les résultats ne montrent pas de différence significative des valeurs moyennes du DEM50 dans le groupe des plongeurs CAT 2 (5,19 ±1,39L/min à 16 ans de suivi contre 5,20 ±1,34 L/min à la visite d’inclusion, p=0,973) (Tableau 3).
Concernant le DEM25-75, les résultats montrent une diminution qui tend vers la significativité des valeurs moyennes pour l’ensemble des sujets de l’étude entre la 1ère et la 5ème visite (4,44 ±1,26 L/min lors de la 5ème visite vs 4,79 ±1,13L/min lors de la 1ère visite avec p=0,0502). Dans le groupe CAT1, l’évolution du DEM25-75 suit celle du DEM50 avec une perte de 0,49L/min en moyenne au cours du suivi. Cette différence entre V1 et V5 est significative (p=0,045) (Tableau 3). Cette diminution est significative dans le groupe des plongeurs CAT 1 mais non significatif dans le groupe CAT2, (p=0,102).
|
Table des matières
1. INTRODUCTION
2.1. Contraintes physiologique pulmonaire en plongée
2.1.1. Modifications de la mécanique ventilatoire en plongée
2.1.2. Toxicité pulmonaire de l’oxygène hyperbare en plongée
2.1.3. Effets sur le contrôle ventilatoire
2.2. Modifications des paramètres de l’exploration fonctionnelle respiratoire en plongée sous-marine
2.3. Spécificités de la plongée militaire et de la surveillance médicale médicale
3. MATERIEL ET METHODES
3.1. Protocole expérimental de l’étude
3.2. Population étudiée
3.3. Variables étudiées
3.4. Critères d’inclusion des sujets et recueil des données
3.5. Analyse statistique des données
4. RESULTATS
4.1. Population et catégories de plongeurs étudiés
4.2. Paramètres de l’Exploration Fonctionnelle Respiratoire (EFR)
4.3. Comparaison des valeurs obtenues de l’EFR avec les valeurs théoriques
5. DISCUSSION
5.1. Effets de l’entrainement physique et de la pratique régulière de la plongée sous-marine
5.2. Limites de l’étude et biais méthodologiques
5.3. Limites et biais liés à la réalisation de l’EFR
5.4. Analyse de la littérature scientifique
5.4.1. Etudes transversales
5.4.2. Etudes de cohorte
5.4.3. Etude des méta-analyses
5.5. Intérêt de la réalisation systématique des EFR chez les plongeurs militaires
6. CONCLUSION
7. BIBLIOGRAPHIE
Télécharger le rapport complet
