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Les modèles de décompression

Les modèles de décompression. Emmanuel Bernier. Plan. La « préhistoire » Notion de modèle Le modèle de Haldane Les modèles post-haldaniens Thèmes de déco MF2. La préhistoire (1). 1670 : R. Boyle observe un ADD sur une vipère brutalement dépressurisée (présence de bulles de « gaz »)

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Presentation Transcript

  1. Les modèles de décompression Emmanuel Bernier Approfondissement théorie MF2

  2. Plan • La « préhistoire » • Notion de modèle • Le modèle de Haldane • Les modèles post-haldaniens • Thèmes de déco MF2 Approfondissement théorie MF2

  3. La préhistoire (1) • 1670 : R. Boyle observe un ADD sur une vipère brutalement dépressurisée (présence de bulles de « gaz ») • XIXe siècle : travail au sec en milieu hyperbare (piles de ponts, mines)  « mal des caissons », bends (traitement à l’alcool : frictions et ingestion !...) • 1854 : la recompression soulage les symptômes • 1861 : Bucquoy formule l’hypothèse que le gaz dissous dans le sang repasse en phase gazeuse quand la pression ambiante chute Approfondissement théorie MF2

  4. La préhistoire (2) • Paul Bert (physiologiste et homme politique français) : • Physiologie de la respiration : effets de l’altitude et de la plongée  rôle de la pression partielle d’oxygène • 1878 : « La pression barométrique » • Rôle des bulles d’azote dans l’ADD : • Décompression lente (fonction de la prof.) • Respiration d’O2 pour améliorer la déco Approfondissement théorie MF2

  5. La préhistoire (3) • John Scott Haldane (physiologiste écossais) : • Rôle du CO2 sanguin dans la respiration • 1906 : chargé par l’amirauté britannique d’établir un protocole de déco • expérimentation animale  modélisation • 1908 : premières tables de déco basées sur un modèle Approfondissement théorie MF2

  6. Notion de « modèle » • Représentation simplifiée de la réalité : • Hypothèses (simplificatrices)  théorie • Limites d’utilisation (validité des hypothèses) • Validation expérimentale • Simulation (plus facile et moins dangereux à mettre en œuvre que la réalité) Approfondissement théorie MF2

  7. Structure d’un modèle de déco(d’après JP. Imbert) Profil de remontée Données plongée Échanges gazeux Critère de sécurité de la remontée Paramètres échanges Paramètres sécurité Approfondissement théorie MF2

  8. Hypothèses de Haldane • Équilibre alvéolaire instantané (diffusion) • Équilibre tissulaire instantané (diffusion) • Tissus anatomiques représentés par des compartiments indépendants (pas de transferts entre eux) • Charge et décharge symétriques • Taux de perfusion constant • Tout le gaz est dissout, les bulles sont pathogènes • Perfusion limitante Approfondissement théorie MF2

  9. Aparté : perfusion / diffusion Diffusion (cinétique de dissolution) Perfusion (cinétique de remplissage d’un tissu) Approfondissement théorie MF2

  10. Paramètres en jeu • Diffusion : • Surface de contact • Taille des molécules • Gradient • Taux de perfusion : Solubilité gaz-sang x débit sanguin Solubilité gaz-tissu x volume tissu Approfondissement théorie MF2

  11. Que nous dit le modèle de Haldane ? • Tissus représentés par des compartiments (5) • Chaque compartiment caractérisé par sa période représentative de sa perfusion (5, 10, 20, 40, 75min) vitesse de charge et de décharge • En 1 période, le compartiment échange la moitié du gradient (pression partielle – tension) charge et décharge exponentielles • Remontée possible si P2 / P1≤ 2 (Sc = 1,58 pour tous les compartiments) critère imposant les paliers (tous les 10ft) Approfondissement théorie MF2

  12. Méthodologie de calcul • Tension initiale (Ti) • Pression partielle d’azote respirée= PpN2 • Gradient : G = PpN2 – Ti • Durée  nombre de périodes  pourcentage de saturation (%sat) • Tension finale :Tf = Ti + %sat x G Approfondissement théorie MF2

  13. Stratégie de décompression • Minimiser la durée de déco • Maximiser le gradient d’azote • Remonter à la profondeur minimale admissible pour effectuer un palier : • Accélère la décharge des tissus courts • Minimise la charge des tissus longs Approfondissement théorie MF2

  14. Application : les tables MN90 • 12 compartiments 5 à 120min • 13ème compartiment 240min pour la respiration d’O2 en surface • 1 Sc par compartiment : TN2 / Sc ≤ Pabs • Population test : 1095 plongeurs d’âge moyen de 32 ans Approfondissement théorie MF2

  15. MN90 : Compartiment directeur(ex : 30 min à 30m, palier 9 min) Approfondissement théorie MF2

  16. MN90 : Compartiment directeur(ex : 30 min à 30m, palier 9 min) Approfondissement théorie MF2

  17. Un modèle à succès • Flexibilité : • Nb compartiments (6 à 16) • Périodes choisies (3min à 700min) • Coefficients Sc (fixes ou variables) • Simplicité : un seul paramètre, facile à mesurer = pression • Facilité de mise en œuvre : ordinateurs Approfondissement théorie MF2

  18. Mais aussi des limites !... • Équilibre alvéolaire ralenti par les µ-bulles « silencieuses » • Équilibre tissulaire non instantané dans les tissus lents (cartilages articulaires) • Taux de perfusion variable à effort (augmentation de la température et de la perfusion) • Décharge plus lente que la charge du fait des micro-bulles ( modèle sigmoïde, modèle à décharge linéaire) • Présence de µ-bulles circulantes à la décharge (gaz gazeux) • Composition du gaz alvéolaire différente de celle du gaz respiré (H2O et CO2 indépendants de la pression) • Développé pour des plongées « carrées » (yoyo, remontée rapide,…) • Approfondissement de la recherche (militaires, plongée tek) • Utilisation d’He (plus diffusible que l’N2, 2 gaz neutres) • Nouveaux modèles Approfondissement théorie MF2

  19. Hempleman (1952) • Bends consécutifs aux plongées courtes et profondes ou longues et peu profondes • Cartilage : tissu non vascularisé entouré d’une membrane synoviale très vascularisée diffusion limitante • TN2 = k . prof . t (Fick) • NDL : prof . t ≤ 500 ft.min1/2 • Critère de remontée : TN2 – Pabs ≤ 30 fsw • Tables BSAC (adaptation Hennessy) Approfondissement théorie MF2

  20. Workman(1965) – Bühlmann(1983) • Généralisation Haldane incluant l’He (US Navy) • Le seuil de tension d’N2 dépend du compartiment et de la profondeur : M = M0 + ΔM . Prof • M  valeur Maxi d’azote tolérable • Bühlmann : composition de l’air alvéolaire (ppCO2 et ppH2O constantes)  altitude • M-values de surface = plongées sans déco (PADI) Approfondissement théorie MF2

  21. Spencer (1971) • Bulles circulantes détectées par doppler : veinous gas emboli (VGE) • Corrélation VGE / bends • Déco humide ≠ déco sèche  validation • Modèle d’échanges gazeux haldanien • Critère de remontée sans déco inspiré d’Hempleman (objectif 20% de VGE) : prof . t ≤ 465 ft.min1/2 Approfondissement théorie MF2

  22. Volume critique de bulle (1977) • Hemplemann, Hennessy : • Compression à saturation • Décompression jusqu’à l’apparition de bends • Relation linéaire entre les 2 profondeurs  Mariotte !… • La taille des bulles est responsable des bends • Calcul de la croissance des bulles (pression, tension superficielle, échanges bulle-tissu) critère de remontée type Workmann (M-values) • Application aux modèles haldaniens : • MT92 (JP. Imbert), base statistique COMEX • ZH-L8 ADT (Buhlmann) Approfondissement théorie MF2

  23. DCIEM (1979) • Kidd & Stubbs (1962-1967) durcissent la table US Navy • Hypothèse des compartiments en série • 5000 plongées expérimentales de validation • Réévaluation du modèle K&S sous surveillance doppler • NDL proche MN90 Approfondissement théorie MF2

  24. Thalmann (1985) • Projet US Navy d’ordinateur de déco • Test : 850 plongées humides, exercice modéré • Nécessité d’augmenter jusqu’à 3x la déco donnée par la table US navy • Thalmann propose une décharge linéaire plus lente Approfondissement théorie MF2

  25. VPM (1986) • Modélisation du comportement des µ-bulles (tension superficielle, effet du surfactant, forces électrostatiques) : • les µ-bulles n’obéissent pas à Mariotte ! • la diffusion bulle-tissu n’est pas constante (perméabilité variable) • Pas de prévision de la taille des bulles, mais du nombre de bulles susceptibles de grossir et du volume global : facteur limitant de la remontée, dépend du gradient • Paliers profonds, vitesse lente : filtrage des bulles avant leur croissance, favorise l’élimination de l’He • Applications : • Ordinateurs plongée : RGBM (1991), V-planner live • Logiciels de déco : Z-plan, V-planner,… Approfondissement théorie MF2

  26. Modèle sigmoïdal (1992) • Expérimentation sur des lapins à 4 ATA • Observation d’un retard de dégazage : • Stabilité des micro-bulles • Réinjection dans le versant artériel • Impact sur la majoration (successives) Approfondissement théorie MF2

  27. Approche probabiliste • Pas de modèle déterministe : les valeurs des Sc (ou autres critères) ne sont pas valides dans 100% des cas • Analyse statistique des profils et des accidents (bases de données) • L’ADD est un événement aléatoire dont on quantifie la probabilité Approfondissement théorie MF2

  28. Validation statistique d’unmodèle • BDD de référence (profils) • Analyse statistique sur la BDD de référence • Extrapolation probabiliste avec un intervalle de confiance (indépendant de la BDD de réf.) :« Pour une plongée sans palier de 20 min à 40 m, il y a 95% de chances que le risque d’accident soit compris entre 1,57% et 6,43%. » • Compromis risque accepté / durée déco Approfondissement théorie MF2

  29. Synthèse • Haldaniens : • Workman - Bülhmann (M-values) • Spencer (bulles silencieuses) • Thalmann • Autres : • Hempleman - Hennessy (diffusion) • Modèle sigmoïdal • DCIEM • VPM, RGBM • Probabilistes • Critères de sécurité : • Théories classiques : gestion de la quantité de gaz neutre • Nouvelles théories : gestion des bulles Approfondissement théorie MF2

  30. Comparaison NDL (min) Approfondissement théorie MF2

  31. Thèmes d’examen MF2 • Utilisation des tables, planification • Plongée en altitude (montée brusque ou lente de la mer vers un lac) • Utilisation de l’oxygène (altitude) • Plongée aux mélanges (altitude) • Manipulation du modèle de Haldane (mélanges, altitude) • Limites du modèle de Haldane • Connaissance des autres modèles Approfondissement théorie MF2

  32. Niolon – septembre 2004 • Vous désirez approfondir les connaissances de vos stagiaires pédagogiques sur les différents modèles de décompression.Afin de diversifier leurs connaissances, citez trois modèles de décompression en donnant brièvement leurs caractéristiques.(2 points) • Votre stagiaire MF1 désire affiner son cours sur la décompression. Il vous demande quels sont les paramètres pris en compte pendant l'immersion : • au cours d'une plongée avec utilisation d'une table. • une plongée avec utilisation d'un ordinateur. • les facteurs non pris en compte par les deux procédures de décompression ? Rédigez vos réponses ? (2 points) • Listez les arguments qui permettent d'affirmer que l'organisme ne se comporte pas comme le modèle de Haldane. (3 points) Approfondissement théorie MF2

  33. Niolon – septembre 2007 • Très souvent, les termes de tissu et de compartiment sont confondus et utilisés l'un pour l'autre quand il s'agit de traiter des notions liées au calcul des tables.Etablissez la différence entre ces deux termes et justifiez pourquoi ils ne doivent en aucun cas être confondus. • Listez les différents paramètres physiologiques qui peuvent varier au cours d'une plongée, ou d'une plongée à l'autre, susceptibles de modifier la quantité d'azote fixée dans différentes parties de l'organisme et qui rendent celui-ci très hétérogène, donc en réalité très complexe. • Construisez un tableau comparatif entre les paramètres de plongée utilisés par la table MN 90 et ceux qui sont pris en compte dans l'utilisation des ordinateurs. • Dans quelques cas particuliers, les ordinateurs sont susceptibles de fournir des indications qu'on doit pourtant considérer comme peu fiables.Citez deux cas possibles et justifiez les raisons pour lesquelles vous évaluez les indications fournies par l'appareil avec circonspection. • En pareil cas, quel comportement adoptez-vous ? • L'utilisation des tables serait-elle pour autant une meilleure garantie ? Approfondissement théorie MF2

  34. Références documentaires Bibliographie : • La plongée sous-marine à l’air – Ph. Foster – PUG (1993) • Dossiers de CTN Info – FFESSM (1994 et 1995) • Modèles de décompression : une présentation des concepts – JL. Blanchard – Actualités Sport et Médecine n°50 (mai 1996) • Éléments de calcul de tables – M. Goret (avril 2000) • Plongée plaisir niveau 4 – A. Foret, P. Torres – Gap (2002) • Les dessous de la décompression – JM. Belin (juin 2002) • Contenu des connaissances en physique dans le cursus fédéral – L. Savariello (octobre 2003) • Physiologie et médecine de la plongée – B. Broussolle – Ellipse (2006) Web : • http://perso.orange.fr/aresub/ • http://citizen.jp/cyber/qa/eng/ans/dciem_e.htm • ftp://ftp.decompression.org/ Approfondissement théorie MF2

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