Dans l’industrie de la plongée, la performance des appareils respiratoires est souvent appelée travail respiratoire. Dans ce contexte, cela signifie généralement le travail d’une seule respiration moyenne prise à travers l’appareil spécifié pour des conditions données de pression ambiante, d’environnement sous-marin, de débit pendant le cycle respiratoire et de mélange gazeux – les plongeurs sous-marins peuvent respirer un gaz respiratoire riche en oxygène pour réduire le risque de mal de décompression, ou des gaz contenant de l’hélium pour réduire les effets narcotiques. L’hélium a également pour effet de réduire le travail de respiration en réduisant la densité du mélange, bien que la viscosité de l’hélium soit fractionnellement supérieure à celle de l’azote. Des normes pour ces conditions existent et pour faire des comparaisons utiles entre les appareils respiratoires, elles doivent être testées selon la même norme.
Normes pour tester les appareils de respiration sous-marinmodiFier
- EN 250:2014. Équipement respiratoire – Appareil de plongée à air comprimé autonome à circuit ouvert – Exigences, tests, marquage.
- EN 14143:2013. Équipement respiratoire. EN 15333 -1:2008 COR 2009 – Appareils respiratoires – Appareils de Plongée à Gaz Comprimé Alimentés Par Ombilic à Circuit Ouvert – Partie 1: Appareil de Demande.
- La norme BS 8547:2016 définit les exigences relatives aux régulateurs de demande à utiliser à des profondeurs supérieures à 50 m.
Variations et gestion du travail de respirationmodifier
Les facteurs qui influencent le travail de respiration d’un appareil respiratoire sous-marin comprennent la densité et la viscosité du gaz, les débits, la pression de fissuration (la différence de pression requise pour ouvrir la soupape de demande) et la contre-pression sur les soupapes d’échappement.
Le travail de respiration d’un plongeur a une composante physiologique ainsi que la composante d’équipement. pour un mélange de gaz respiratoire donné, la densité augmentera avec une augmentation de la profondeur. Une densité de gaz plus élevée nécessite plus d’efforts pour accélérer le gaz dans la transition entre l’inhalation et l’expiration. Pour minimiser le travail de respiration, la vitesse d’écoulement peut être réduite, mais cela réduira le RMV à moins que la profondeur de respiration ne soit augmentée pour compenser. La respiration profonde lente améliore l’efficacité de la respiration en augmentant le renouvellement des gaz dans les alvéoles, et l’effort doit être limité pour correspondre au transfert de gaz possible du RMV qui peut être maintenu confortablement sur de longues périodes. Le dépassement de cet effort continu maximal peut entraîner une accumulation de dioxyde de carbone, ce qui peut entraîner une accélération de la fréquence respiratoire, avec une turbulence accrue, entraînant une efficacité moindre, une réduction de la RMV et un travail de respiration plus important dans une boucle de rétroaction positive. À des profondeurs extrêmes, cela peut se produire même à des niveaux d’effort relativement faibles, et il peut être difficile ou impossible de rompre le cycle. Le stress qui en résulte peut être une cause de panique car la perception est d’un approvisionnement en gaz insuffisant en raison de l’accumulation de dioxyde de carbone bien que l’oxygénation puisse être adéquate.
Une charge pulmonaire statique négative augmente le travail respiratoire et peut varier en fonction de la profondeur relative du diaphragme régulateur par rapport aux poumons dans un équipement en circuit ouvert et de la profondeur relative de la contre-jambe par rapport aux poumons dans un recycleur.
La densité de gaz à la pression ambiante est un facteur limitant la capacité d’un plongeur à éliminer efficacement le dioxyde de carbone en profondeur pour un travail de respiration donné. À une pression ambiante accrue, l’augmentation de la densité des gaz respiratoires entraîne une plus grande résistance des voies respiratoires. La ventilation maximale d’exercice et la ventilation volontaire maximale sont réduites en fonction de la densité, qui pour un mélange gazeux donné est proportionnelle à la pression. La ventilation volontaire maximale est approchée par une fonction racine carrée de la densité du gaz. Le débit d’expiration est limité par un écoulement turbulent indépendant de l’effort. Une fois que cela se produit, de nouvelles tentatives d’augmentation du débit sont activement contre-productives et contribuent à une accumulation supplémentaire de dioxyde de carbone. Les effets de la charge pulmonaire statique négative sont amplifiés par une densité de gaz accrue.
Pour réduire le risque d’hypercapnie, les plongeurs peuvent adopter une respiration plus lente et plus profonde que la normale plutôt que rapide et peu profonde, car cela donne un échange de gaz maximal par unité d’effort en minimisant les effets de turbulence et d’espace mort.
Rétention et toxicité du dioxyde de carbonemodifier
Le dioxyde de carbone est un produit du métabolisme cellulaire qui est éliminé par échange de gaz dans les poumons pendant la respiration. Le taux de production est variable avec l’effort, mais il y a un minimum de base. Si le taux d’élimination est inférieur au taux de production, les niveaux augmenteront et produiront des symptômes de toxicité tels que maux de tête, essoufflement et déficience mentale, éventuellement perte de conscience, pouvant entraîner une noyade. En plongée, il existe des facteurs qui augmentent la production de dioxyde de carbone (effort) et des facteurs qui peuvent nuire à l’élimination, ce qui rend les plongeurs particulièrement vulnérables à la toxicité du dioxyde de carbone.
L’oxygène est consommé et le dioxyde de carbone produit dans les mêmes quantités sous l’eau qu’à la surface pour la même quantité de travail, mais la respiration nécessite du travail, et le travail de respiration peut être beaucoup plus important sous l’eau, et le travail de respiration est similaire à d’autres formes de travail dans la production de dioxyde de carbone.
La capacité d’un plongeur à répondre à l’augmentation du travail respiratoire est limitée. À mesure que le travail de respiration augmente, le dioxyde de carbone supplémentaire produit lors de ce travail augmente la nécessité d’un taux d’élimination plus élevé, proportionnel à la ventilation, dans le cas de dioxyde de carbone négligeable dans l’air inspiré.
La production de dioxyde de carbone par les tissus est une fonction simple du métabolisme tissulaire et de la consommation d’oxygène. Plus le travail effectué dans un tissu sera important, plus l’oxygène sera consommé et plus le dioxyde de carbone sera produit. L’élimination du dioxyde de carbone dans les alvéoles dépend du gradient de pression partielle pour la diffusion du dioxyde de carbone entre le sang et le gaz alvéolaire. Ce gradient est maintenu en évacuant le dioxyde de carbone des alvéoles pendant la respiration, ce qui dépend du remplacement de l’air dans les alvéoles par plus de dioxyde de carbone par de l’air avec moins de dioxyde de carbone. Plus l’air entre et sort des alvéoles pendant la respiration, plus le dioxyde de carbone est évacué et plus le gradient de pression entre le sang veineux et le gaz alvéolaire qui entraîne la diffusion du dioxyde de carbone dans le sang est important. Le maintien des niveaux corrects de dioxyde de carbone dépend de manière critique d’une ventilation pulmonaire adéquate, et de nombreux aspects de la plongée peuvent interférer avec une ventilation adéquate des poumons.
Mesure des performances des appareils respiratoires sous-marinesmodiFier
La machine ANSTI est utilisée pour les tests automatisés des appareils respiratoires sous-marins.