La pression atmosphérique diminue avec l’altitude. La pression saturante de vapeur d’eau à 37°C est de 47 Torr.

Calculez, pour ces 4 altitudes, la pression partielle en oxygène de l’air sec (pression de vapeur d’eau nulle) et la pression partielle en oxygène de l’air inspiré.
 

La proportion d’oxygène dans l’air sec est de 21%. La pression partielle en oxygène dans l’air sec est donc 21% de la pression atmosphérique.

Dans l’air inspiré, la pression partielle en vapeur d’eau est égale à la pression de vapeur saturante, soit 47 mm Hg. La pression partielle en air est donc la pression atmosphérique moins 47 mm Hg, et la pression partielle en O₂ est 21 % de cette pression.

Les résultats sont donc les suivants :
 

altitude	P. air sec (Torr)	PO2 (Torr)	PI air  (Torr)	PIO2 (Torr)
0	760	160	713	150
3144	506	106	459	97
5500	380	80	333	70
8848	247	52	200	42

PACO₂ = (V°CO₂ /V°A)K            PAO₂ = PIO₂ – (PACO₂/R) + F

V°CO₂ : production de CO₂      V°A : ventilation alvéolaire

R : quotient respiratoire            F : facteur de correction (F = 0 lorsque R = 1)

La PACO₂ normale chez l’homme est de 40 mmHg. ans ces conditions, quelle serait la PAO₂ d’un alpiniste au sommet de l’Everest ? (on prendra R = 1)

lorsque R = 1, alors PAO₂ = PIO₂ – PACO₂

La PIO₂ a été calculée dans l’exercie précécent : 42 mm Hg

Donc la PAO₂ serait égale à 42 – 40 = 2 mm Hg

si la ventilation de l’alpiniste est multipliée par 4, quelles seront alors des valeurs de la PAO₂ et de la PACO₂ (en admettant que la production de CO₂ demeure constante) ?

si la ventilation est multipliée par 4, la PACO₂ est divisée par 4 (cf. 1^re équation). elle devient égale à 10 mm Hg, et la PO₂ est alors égale à 42-10 = 32 mm Hg.

Quel effet cela aura-t-il :

• sur la PO₂ artérielle ?

• la PCO₂ artérielle ?

• sur le pH sanguin ?

• La concentration moyenne en hémoglobine (Hb) est de 15 g/100 ml.

• On rappelle que la concentration en O₂ du sang (en ml/100ml) est donnée par la formule :

À partir de la courbe de saturation de l’hémoglobine et de la concentration en hémoglobine du sang, calculez la concentration en oxygène du sang dans ces conditions.

La PO₂ moyenne est de 90 à 100 mm Hg. (On prendra 100 mm Hg pour la suite des calculs)

pour cette pression, le % de saturation est près de 100 % (on prendra 100% pour les calculs).

La concentration en O₂ du sang artériel est donc :

[O₂] = (1,39 x 15 x 1) + (0,003 x 100) = 20,85 + 0,3 = 21,15 ml/100ml de sang.

À 4600 m, la PaO₂ chez l’homme est de 45 mmHg. Calculez alors la concentration en oxygène dans le sang.

Pour une telle pression, le % de saturation est de l’ordre de 75 %. La concentration en oxygène dans le sang est alors de :

[O₂] = (1,39 x 15 x 0,75) + (0,003 x 45) = 15,63 + 0,14 = 15,8 ml/100ml de sang.

En tenant compte de ce qui a été calculé précédemment, calculez la concentration en O₂ lors de polyglobulie.

Comparez aux valeurs de [O₂] trouvées lors de l’exercice précédent. Commentez.

[O₂] = (1,39 x 20 x 0,75) + (0,003 x 45) = 20,85 + 0,14 = 21 ml/100ml de sang.

L’augmentation de la concentration en hémoglobine due à l’hyperglobulie ramène la valeur de la concentration en oxygène dans le sang à celle correspondant aux conditions normoxique. Il s’agit d’une réponse adaptée – même si le choix adaptatif n’est pas forcément le meilleure.

L’augmentation de l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène fait que pour une pression de 45 mm Hg, le % de saturation est près de 100 % (on prendra 95 % pour la calculs). La concentration sanguine en O₂ est alors de :

[O₂] = (1,39 x 15 x 0,95) + (0,003 x 45) = 19,80 + 0,14 = 19,84 ml/100ml de sang.

L’augmentation de l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène fait que, malgré la faible PO₂ et l’absence d’augmentation de la concentration sanguine en hémoglobine, la concentration sanguine en O₂ est à peu près identique à celle des animaux de plaine.

Au niveau de la mer, la concentration en oxygène dans le sang d’un lama sera quasiment identique à sa concentration en altitude :
[O₂] = (1,39 x 15 x 1) + (0,003 x 100) = 20,85 + 0,3 = 21,15 ml/100ml de sang.

Deux personnes natives du niveau de la mer ont l’intention d’effectuer l’ascension du Huascarán (6655 m). Avant de tenter l’ascension, elles décident d’effectuer une période d’acclimatation de 3 semaines.

Est-ce un bon choix ? Pour quelle(s) raison(s) ?

C’est à priori un bon choix, car ce séjour en altitude va induire une polyglobulie, l’hématocrite augmentant jusqu’à 55 %. Il en résulte une augmentation de la concentration en hémoglobine dans le sang, ce qui augmente les capacités de fixation de l’O2 dans le sang et l’apport tissulaire. Ceci n’exclut pas que des problèmes de tolérance à l’altitude puissent survenir

Après 1 semaine passée à 3500 m, elles décident d’installer leur camp à 5000 m d’altitude pour les 2 semaines restantes.

Est-ce un bon choix ? Pour quelle(s) raison(s) ?

Le choix d’une altitude aussi élevée n’est pas bon, pour au moins 2 raisons.
La stimulation de la production d’EPO va être plus importante, et la polyglobulie trop élevée deviendra pathologique. en effet, la viscosité du sang sera augmentée, entraînant des problèmes vasculaires.
D’autre part, l’hypoxie agit au niveau de la circulation artérielle pulmonaire et provoque une vasoconstriction hypoxique généralisée. Ceci va entraîner une augmentation de la pression artérielle pulmonaire, ce qui augmente la postcharge et donc le travail cardiaque, induisant à terme une hypertrophie ventriculaire droite.
 

Pourquoi un plongeur en profondeur ne peut pas respirer de l’air à pression atmosphérique ?

S’il respire de l’air à la pression atmosphérique, le poumon, qui est un organe creux, sera écrasé par la pression liée à la profondeur, et la respiration sera impossible.

Quelle doit être la pression du mélange gazeux inspiré par un plongeur ?

La pression du mélange gazeux respiré doit être égale à la pression de l’environnement, de manière à ce que les pressions s’équilibrent.

Pourquoi un plongeur doit-il expirer à fond lors de la remontée ? Que risque-t-il s’il remonte sans avoir expiré ?

Lors de la remontée, la diminution de pression va entraîner une augmentation de volume des gaz, qui peu entraîner une distension et une rupture du poumon.

Un plongeur descend à une profondeur de 50 m. Quelle est la pression partielle en O₂ et en N₂ dans l’air inspiré ?

À 50 m, la pression est multipliée par 6. Les pressions partielles en gaz sont multipliées dans les mêmes proportions.

PIO₂ = ((6 x 760) - 47) x 0,21= 948 mm Hg (cf. exercice 1)

PIN₂ = ((6 x 760) - 47) x 0,79 = 3565 mm Hg

Pourquoi respirer de l’air peut-il entraîner chez les plongeurs une toxicité due à l’oxygène ?

L’oxygène pur, c’est-à-dire un PO₂ égale à 760 mm Hg, est toxique, et on ne peut respirer de l’oxygène pur sans souffrir de troubles que pendant quelques heures. En plongée, l’augmentation globale de la pression fait que la pression partielle en oxygène peut atteindre voire dépasser 760 mm Hg, c’est-à-dire le seuil de toxicité de l’oxygène.

Avant une plongée en apnée, certains plongeurs hyperventilent volontairement. Pourquoi ? Quelles peuvent-être les conséquences néfastes d’une telle pratique ?

L’hyperventilation va entraîner d’une part une augmentation de la quantité d’oxygène dans le sang, d’autre part une hypocapnie. L’augmentation de la quantité d’oxygène dans le sang va augmenter la résistance à l’hypoxie induite par la plongée en apnée.

D’autre part, l’hypocapnie et l’augmentation de pH qui en résulte vont inhiber la ventilation. Au cours de la plongée, la diminution de la pression partielle en oxygène – liée à l’hypoxie – va stimuler les centres respiratoires et provoquer un réflexe d’inspiration. En inhibant ce réflexe, le plongeur peut prolonger son temps d’apnée. Le risque est que l’anoxie cérébrale entraîner par l’hypoxie et aggravée par l’alcalose entraîne une perte de conscience avant que le réflexe d’inspiration n’oblige le plongeur à remonter reprendre sa respiration. Il y a alors risque de noyade.

La quantité de gaz dissous dans l’eau dépend principalement de la solubilité du gaz dans l’eau et de la pression partielle du gaz. La solubilité dépend de la nature du gaz et de la température (la solubilité diminue lorsque la température augmente). La solubilité dépend également des sels en solution dans l’eau – la solubilité de l’oxygène dans l’eau de mer est inférieure de 20% à sa solubilité dans l’eau douce.

La loi qui donne la concentration de gaz dissous en fonction de la pression partielle du gaz est la loi de Henry :

C_a = concentration en gaz dissous

P_a = pression partielle du gaz

K_H = coefficient de Henry pour le gaz en question

K_H dépend de la température. En général, il est donné pour la température standard (298,23 K)

Quelle est la conséquence d’une élévation de température sur l’oxygène disponible pour un poisson ?

La solubilité diminue avec la température. Une augmentation de la température entraîne une dminution de la quantité d’oxygène dissous dans l’eau, ce qui peut provoquer une asphyxie des poissons.

quantité d’oxygène dissous dans l’eau douce en équilibre avec l’air atmosphérique
 

température	quantité d’oxygène dissous dans l’eau douce (ml/l d’eau)
0	10,29
10	8,02
20	6,57
30	5,57

La grenouille du lac Titicaca (3800 m) Telmatobius culeus a une respiration aquatique cutanée. La quantité d’oxygène disponible pour cet Amphibien est-elle inférieure ou supérieure à celle disponible pour une salamandre de la famille des Pléthodontidés, également à respiration cutanée, mais vivant à basse altitude ?

À 3800 m , la pression atmosphérique est d’environ 450 mm Hg (chiffre approximatif), soit 0,59 atm. À température égale, Telmatobius culeus dispose de 59% de l’oxygène dont dispose les Pléthodontidés dans le milieu extérieur. Toutefois, la température étant plus élevée lorsque l’altitude est plus basse, la température joue à l’inverse de la pression barométrique sur la quantité d’oxygène dissous. La température du lac Titicaca est de quelques degrés. La quantité d’oxygène dissous est donc de 0,59 x 10 ml/l d’eau, soit 5,9 ml/l d’eau. elle est donc équivalente à la quantité d’oxygène dissous dans une eau douce à 25°C au niveau de la mer.

Lorsqu’on plongeur respirant de l’air comprimé descend à 50 m de profondeur, quelle est la quantité d’azote dissous dans le sang, par rapport à la quantité dissoute à la surface ?

La pression étant multipliée par 6, et la quantité de gaz dissous étant proportionnelle à la pression, la quantité d’azote dissous est 6 fois plus importante.

Que se passe-t-il lors de la remontée ?

lors de la remontée, la diminution de pression va entraîner une diminution de la quantité maximale d’azote dissous dans le sang. une partie de l’azote dissous va former des bulles de gaz. il y a donc risque d’embolie gazeuse, d’où la nécessité d’effectuer des paliers de décompression.

Pourquoi fait-on respirer aux plongeurs de grande profondeur un mélange hélium-oxygène plutôt que de l’air ?

L’hélium étant moins soluble dans le sang que l’azote, les risques d’embolie gazeuse sont plus faible, et les paliers de décompression plus rapides.

D’autre part, avec l’augmentation de la pression augmente la viscosité de l’air. À grandev profondeur, cette augmentation de viscosité perturbe la respiration. L’hélium étant un gaz moins dense que l’azote, l’augmentation de viscosité avec la pression est plus faible.