Evolutions récentes en theorie de la décompression
Francois MICHEL - Médecin Fédéral FFESSM - 06 mars 2000
1. Histoire de la décompression et présentation du problème
Dèjà en 1670, en Irlande, Robert BOYLE observait des bulles énormes dans le corps de vipères brutalement décomprimées. Ces animaux étaient auparavent prises de convulsions et soubresauts impressionnants.
Ces expériences sont abandonnées jusqu'au XIXème siècle. Elles sont alors reprises apres des accidents souvent graves concernant des "pieds lourds" immortalisés par Jules VERNE ou HERGE, ou des "tubistes". Ces derniers personnels sont notamment employés à la construction d'ouvrages portuaires ou de ponts.
En 1854, POL et WATELLE donnent la première description d'un accident de décompression. Ils constatent également qu'un retour en surpression permettait de soulager certains symptomes.
En 1861, le physiologiste BUCQUOY émet l'hypothèse que "les gaz du sang repassent à l'étât libre sous l'influence de la décompression et occasionnent des accidents".
L'idée dominante à cette époque est que le principal facteur de risque est la durée de l'exposition à la pression.
En 1879, Paul BERT propose un temps de décompression fonction de la pression subie au travail. C'est la première table, ancêtre de toutes nos tables modernes. ( Lors de ce travail, Paul BERT propose la respiration d'oxygène pur, dès le retour en surface)
Les physiologistes conseillent aux ingénieurs une dépressurisation lente.
En 1907, le physiologiste indo- britannique John Scott HALDANE établit pour la Royal Navy des procédures de décompression pour la plongée à l'air jusqu'à 200 pieds. (65 mètres). Son hypothèse, s'appuyant sur la Loi de Henry et la proposition de coefficients de saturation intéressant les tissus de l'organisme est matérialisée par la formule:
TN2 = To + (Tf -To) (1-0,5^(dT/T))
Cette hypothèse de HALDANE est à la base de toutes les tables actuelles, y compris dans leur principe, les algorythmes de nos actuels "ordinateurs de plongée".
Dès 1915, des plongeurs américains de l'US NAVY plongent sur des tables adoptant les principes de Haldane et atteignent 100 mètres.
En 1937, ils atteignent 183 m en utilisant l'hélium.
En 1948, la Marine Nationale équipe ses plongeurs d'un matériel de plongée autonome. Elle utilise les tables de plongées de l'US Navy. La vitesse de remontée est fixée à 7,5 m/sec; et parait rapidement inutilement lente.
En 1959, apparaissent les tables GERS, calculées sur 3 tissus et avec une vitesse de remontée initiale de 15 m/ sec. A la suite d'accidents avec les tables GERS 59, la modélisation est reprise , la vitesse de remontée est portée à 17m/sec. Ce sont les tables GERS 1965.
A la suite de nouveaux accidents, la Marine Nationale Française mène une enquête statistique sur 250 000 plongées. Ces études aboutissent à la mise au point de nouvelles tables , construites sur le même modèle théorique que les GERS 65.
Ces tables sont connues sous le nom de tables Marine nationale 1990 ou MN 90. Ces tables sont régulièrement corrigées. Elles sont utilisées par la FFESSM dans le cadre de la formation des plongeurs.
L'évolution actuelle des conceptions intégre les avancées de la physiologie de la décompression , les nouvelles modélisations mathématiques des phénomènes et aussi l'exploration pragmatique par les plongeurs des nouveaux profils de plongée à l'aide d' "ordinateurs de plongée".
2. L'évolution des conceptions théoriques
2.1. Des approximations , des pratiques nouvelles et le retour d'expériences
La quasi totalité des modèles théoriques de décompression sont construits à partir de l'hypothèse de HALDANE.
Les actuels "ordinateurs de plongée" sont construits autour d'algorythmes dérivés de la formule de HALDANE.
Les differents modéles mis en avant par les fabricants, ( WORKMANN et surtout BUHLMANN) , sont construits autour de variations sur le nombre de compartiments, sur le spectre des périodes considérées ou encore sur les coefficients Sc, fixes dans les tables Mn90, variables suivant la profondeur dans d'autres comme les tables de BUHLMANN.
Certains utilisent des paliers fixes, d'autres proposent des profondeurs plafonds à ne pas dépasser, bien connues des utilisateurs d'appareils SUUNTO.
Or, un certain nombre de limites existent, en premier lieu l'approximation qui consiste à concevoir l'organisme , très hétérogène, comme une somme de compartiments régulièrement soumis à l'action de la pression sur une sorte d'interface lisse. Les premières tables à plusieurs compartiments n'admettaient comme seul critère variable que la période. Le Sc était 2 pour chaque compartiment.
Dès 1940, les médecins navals américains, mettent en évidence la présence de bulles "silencieuses". Ces bulles quasi-constantes, y compris lors des plongées dites "dans la courbe de sécurité" seront banalisées dans les années 70-80 par les mesures Doppler. Certains ordinateurs actuels , intègrent des tables admettant dans leur algorythme un "taux acceptable de bulles" ( SPENCER)
Il apparait à l'usage que les plongeurs , utilisant des ordinateurs explorent pragmatiquement des profils de plongée éloignés de la plongée "carrée" des tables.
Le modèle de Haldane n'a rien à dire sur la vitesse de remontée qui est donc très variable . Il n'existe plus , cependant, de protocole de décompression , dans lequel la vitesse de remontée dépasserait 20m/ sec. Dans l'ensemble , la vitesse de remontée est à la baisse.
Le retour d'expérience des accidents de décompression amène désormais la certitude que le profil de la plongée, notamment les enchainements rapides de remontées et de descente, a autant d'importance que la simple quantification de la plongée en termes de profondeur et de durée.
Les tables sont validées statistiquement sur des centaines de milliers de plongées, mais effectuées par des groupes de plongeurs homogène, différents de la population des "plongeurs- loisirs".
Dans une optique de prévention des accidents, il est donc particulièrement important que se mette en place un réseau d'alerte concernant tous les incidents ou accidents affectant la population tres hétérogène des plongeurs.
2. 2. Les bulles et les noyaux gazeux
Les médecins classent actuellementles accidents de décompression en deux catégories:
- les accidents de type 1 ( cutanés et ostéo articulaires): ces accidents se prêtent bien dans leur explication au modèle profondeur/ durée et à la charge d'azote.
- les accidents de type 2 ( neurologiques),- autrefois un peu rapidement appelés accidents de tissus courts.- Les accidents dits "immérités" se retrouvent parmi ces accidents de type 2.
Il est depuis quelques années fortement suggéré que ces accidents relèvent de profils de plongée particuliers et du dépassement d'un taux de bulles acceptable ou plus exactement de la quantité de bulles neutralisées par le filtre pulmonaire. On se rappelle le mécanisme des ADD par engorgement rétrograde, par ouverture de shunts artério-veineux pulmonaires et finalement par injection directe.
Selon certaines théories récentes , la circulation de fluides engendrerait des "germes" de bulles: les noyaux gazeux. Ces "germes" sont constants en relation avec la cavitation et les frottements ( ces germes ou noyaux gazeux sont par exemple un véritable problème pour les acousticiens sous mariniers militaires) , avec la présence de CO2 relaché par les organes périphériques, avec l'effort qui accèlère le débit circulatoire.
Dans certaines conditions, ils se "nourrissent " d'azote et forment des bulle soumises à la Loi de Mariotte. ( travaux de Imbert sur la taille critique des bulles)
Si les bulles apparaissent dans les tissus de soutien de l'organisme: c'est l'accident de type 1 et les bends.
Si les bulles apparaissent dans les capillaires, elles arrivent au filtre pulmonaire qu'elles engorgent,deviennent un facteur supplémentaire à l'ouverture de shunts . La voie est alors libre vers les tissus nerveux d'aval et l'accident de type 2.
Ces avancées théoriques et expérimentales expliquent enfin l'importance des mauvais profils de plongée: remontées trop rapides, "yo-yos", successives rapprochées, profils "inverses" ou en enchainements remontées-descentes.
1. Les remontées trop rapides provoquent l'engorgement du filtre pulmonaire, l'accumulation rétrograde et l'ouverture des shunts.
2. Les recompressions rapides (Loi de Mariotte) diminuent le volume des bulles et favorisent donc le passage à travers les shunts versla circulation gauche.
3. La remontée suivante entraine une nouvelle production de bulles venant s'accumuler à la précédente décharge.
Actuellement, les derniers modèles d'ordinateurs intègrent le mariage du modèle compartimental de Haldane et de la théorie du volume critique des bulles. Ce dernier modèle physiologique est très lié à la personnalisation. Dans l'avenir, on peut penser que les algorythmes, grâce à des capteurs physiologiques et environnementaux, agissant en temps réel, améneront à une proposition de décompression de plus en plus personnalisée.
Dernières évolutions de la décompression Plongeurs : Tous bulleurs
Sources : Océans N° 269 & 270, Octopus N°41, Alain Delmas, JP Imbert, Dr Stéphane Besnard, Dr Ph Camus Et le livre « Les dessous de la décompression » de JM Belin
Article Franck Gentili MF1 12492 février 2003
Justification
La nécessité de contrôler la remontée pour laisser échapper l’azote accumulé dans l’organisme durant une plongée est connu depuis le 19éme siècle, (Paul Bert, JS Haldane), les méthodes de décompressions utilisées ont évolué au fil du temps, des expériences et des connaissances. Cependant les mécanismes intimes qui régissent la dessaturation sont beaucoup plus complexes que ne le laissent supposer les travaux d’Haldane et surtout que son modèle encore enseigné pour le niveau 4. Les processus de décompression n’ont donc cessé d’évoluer en remettant même parfois complètement en cause ce qui était précédemment admis. L’évolution des connaissances dans ce domaine encore très expérimental, est de nature à perturber le plongeur qui est en quête de sécurité, surtout si on l’a habitué à avoir des certitudes.
Ceux qui pensent encore que « une bulle = un accident » se trompent et plusieurs expériences ont montrés que chaque plongée génère des bulles de petits diamètres qui circulent dans l’organisme sans créer d’accident. Ce qui soulève des questions :
- Qu’est-ce qui fait que parfois, ces bulles de faible diamètre vont finir par créer des accidents et dans la majorité des autres cas vont être éliminées par l’organisme ?
- Quels sont les comportements à éviter pour limiter leur formation ?
- Comment les éliminer de la meilleure façon ?
Ces 3 questions ne trouvent pour l’instant que des réponses partielles. Elles génèrent des hypothèses qui sont la clef des évolutions futures de la décompression.
1. La création des bulles
L’élément déclencheur principal est bien sur le différentiel entre tension d’azote et pression ambiante qui diminue à la remontée, mais les réactions chimiques qui président à la création de la bulle sont encore un peu flous. Pendant longtemps, on a cru que les bulles se créaient uniquement dans le système veineux, on sait aujourd’hui qu’il s’en forment également directement dans le système artériel. De plus on sait que des bulles circulantes de très petit diamètre (micro bulles) peuvent traverser le filtre pulmonaire et évoluer dans la circulation artérielle (cérébrale et membres inférieurs) sans déclencher d’accidents. Des micros bulle circulantes sont donc présentes systématiquement à la remontée.
2. Les comportements qui favorisent les micros bulle
La présence de ces micros bulle est physiologiquement normale, c’est leur devenir qui peut devenir pathologique. La taille et le nombre de ces bulles circulantes varient en nombres et tailles en fonction des individus et du type de plongée. Si elles sont peu nombreuses et de faible diamètre, l’organisme les éliminera facilement sans causer d’ADD. Les études récentes confortent les principes enseignés traditionnellement comme facteurs favorisant le nombre et la taille des bulles: plongées très saturantes (profondes ou longues), effort, froid, stress, remontée rapide, yo-yo, non respect des paliers. Des études récentes du DAN (1999) montrent également qu’un plongeur présente 2 fois plus de bulles circulantes dans le cas de plongées successives (67% contre 37%).
3. Les effets des bulles circulantes
Plusieurs travaux récents prouvent l’existence d’une relation entre la présence des bulles et certaines modification sanguine (augmentation de la viscosité du sang, modifications humorales, immunologiques et hémostatique) par effet cumulatif, comme le début d’une maladie de décompression à minima sans signe immédiat. Les bulles circulantes ne seraient donc pas sans conséquence mais plutôt sans signes visibles de l’extérieur de l’organisme.
4. La gestion des bulles
Si les bulles sont trop nombreuses et de diamètre important on « paie l’addition en sortant » = ADD. Mais même si ce n’est pas le cas, il est évoqué aujourd’hui la possibilité de « payer la note beaucoup plus tard » car les modifications sanguines que j’évoquais ne se résorbent pas rapidement, il est même probable qu’elles perdurent bien au-delà de 12 heures après la sortie de l’eau (MN90). Les effets se cumulant avec l’enchaînement des plongées (stages…). Il existe des mécanismes de régulation locorégionale du flux sanguin qui s’activent en quelques secondes afin que le sang circule malgré ces petites bulles pour maintenir l’oxygénation des tissus. Pour preuve la présence dans une certaine proportion de ces micros bulle ne provoque pas de symptômes cliniques (visibles). Lorsque les capacités de régulation du flux sanguin sont dépassées c’est l’ADD. La durée de vie des micros bulle circulantes est estimée à quelques heures
5. L’inadaptation des modèles de décompression
Aujourd’hui les modèles Haldanien constituent les bases de nos tables et de nos ordinateurs. Ces modèles sont obsolètes, nous allons voir pourquoi. D’autres modèles plus proches de la réalité physiologique sont en train d’émerger (voir exemple VPM).
Un peu de physiologie
La charge et la décharge des tissus ne sont pas instantanées. Elle relève de 2 phénomènes : La Perfusion et la diffusion tout deux se combinent pour saturer & désaturer les tissus :
- Echange par Perfusion: Les gaz, après leur passage à travers la paroi alvéolaire, se dissolvent dans le sang. Ils sont alors transportés vers les tissus (idem pour le retour veineux). Les molécules de gaz sont « fixes » et c’est le milieu (le sang) qui se déplace. La quantité de molécules transportés dépend du débit sanguin (l’activité physique augmente la perfusion) et de la capacité des molécules à se dissoudre dans le sang (propre à chaque gaz). La relation est linéaire entre l’augmentation de la pression partielle et la quantité de gaz dissoute (loi de Henry)
- Echange par diffusion: Une fois arrivées aux tissus les molécules de gaz quittent le sang et pénètrent dans les tissus en diffusant à travers le liquide interstitiel et les cellules. Cette fois c’est le milieu qui est fixe et les molécules se déplacent à travers. Les molécules diffusent des hautes vers les faibles concentrations. Leur aptitude à diffuser est également propre à chaque gaz. Mais il est à noter que la quantité de gaz qui va diffuser dépend également de la quantité de molécule apportée par perfusion…
Perfusion et diffusion sont 2 phénomènes différent qui se combinent dans l’organisme pour saturer et désaturer les tissus.
- Modélisation: Haldane a défini et utilisé un modèle qui ne tient compte que de la perfusion et sa résolution donne les classiques exponentielles que l’on connaît. D’autres auteurs ne considèrent que la diffusion, la résolution de ces modèles donnent une équation différentielle du 2 émé degré qui est plus difficilement résolvable. Il existe bien quelques modèles qui combinent les 2 mais leur résolution mathématique n’est possible que dans des cas très simples. Devant la complexité de la réalité les auteurs de tables et d’ordinateur ont besoin de simplifier. La plupart utilise un modèle par perfusion car plus simple à résoudre. Mais quelle approximation par rapport à la réalité physiologique !!! Les modèles haldaniens utilisent un nombre variable de compartiments, entre 8 et 32 selon les modèles, et des périodes allant jusqu’à 600 minutes dans certains ordinateurs. Ce qui est complètement irréaliste d’un point de vue physiologique : Des études tendent à démontrer que le compartiment le plus lent de l’organisme (le liquide du globe oculaire) n’a qu’une période de 30 minutes !!! Encore une preuve navrante de la faiblesse des modèles actuels qui fonctionnent par approximation empirique. Qui a envie de confier sa santé à ces modèles hasardeux et approximatifs? Pour plus de réalisme, les modèles devraient se porter, sur les phénomènes de croissance des bulles et ce avec des constantes de temps plus réaliste, car dans la réalité les phénomènes de croissance de bulles prennent le pas sur les échanges gazeux…
6. Les pistes d’évolutions dans les procédures de décompression
- La plongée au nitrox : à condition de ne pas en profiter pour plonger plus longtemps aux même profondeurs qu’à l’air. La systématisation de l’utilisation de nitrox de décompression pour les paliers pourrait être envisagée.
- La limitation des plongées successives (nombres temps et profondeur). Plus de plongées de nuit en 3 éme plongée de la journée.
- L’organisation des plongées successives pourrait être repensée en ne raisonnant plus en terme de profondeur mais plutôt en terme de saturation. Ce qui pourrait permettre des organisations différentes et aurait pour conséquence l’inversion de certaines logiques actuelles. Ex d’organisation: le matin une 25/30m un peu longue et l’après-midi une plongée plus profonde mais brève. Ou bien exo technique à 20m le matin et immersion de quelques minutes à 40m l’après-midi.
- La réhydratation systématique des plongeurs avec au minimum 3 litre d’eau par journée de pratique afin de lutter contre les effets de l’augmentation de la viscosité sanguine.
- La modification des vitesses de remontée qui est linéaire avec les MN90. On pourrait se diriger vers une remontée à vitesse variable avec un fort ralentissement dans la zone de 20m à la surface (10m/min ou moins)
- La suppression du palier de 3 m : Délicat à réaliser , dans certains cas serait générateur de micro bulles (gradient d’azote élevé), Zone de souffrance pour les cellules les moins bien vascularisées
- La création de paliers profonds par exemple dès 16m, pourrait limiter les contraintes du gradient d’azote tout en augmentant le pourcentage d’O² disponible pour alimenter les tissus(Car PPO² plus importante à 16m qu’à 3m).
- L’utilisation de nouveaux modèle de décompression (Exemple: Les modèles VPM = Varying Perméability Model ou Modèle à perméabilité Variable (par Jean-Marc Belin). Ce modèle est maintenant très abouti, il nous vient des US et il ne se base pas sur un ratio sursaturation des tissus / Pression ambiante mais sur les volumes gazeux tolérables par l’organisme. Ce modèle admet et intègre la présence de bulles dans l’organisme au cours de la remontée. Au travers d’une théorie simple représentée par seulement 4 paramètres se cache une réalité mathématique complexe. Ce modèle est récent et donc encore perfectible. Je ne rentre pas dans les détails, mais il existe 2 logiciels (dont un gratuit) qui permettent de planifier une plongée selon ce modèle. Exemple: le "V planner" conçu sur la base de l’algorithme VPM Baker. Il est diffusé librement à l’adresse: http://www.v-planner.com/. Ce type de logiciel est largement utilisé en plongée Tech, il permet de planifier une plongée multi gaz. On l’utilise en planifiant à l’avance sa plongée (profondeur, temps, gaz (quantité et nature), une fois que le logiciel à fait le calcul le plongeur note les paliers sur une plaquette immergeable et les suit à la lettre. Par sécurité on notera également sur la plaquette les paramètres donnés par le logiciel en prévoyant un temps d’immersion plus long et une profondeur supérieure. Certains Ordi Tech calculent selon ce modèle en instantanée les paramètres de décompression.
7. Pédagogie et actualisation des connaissances
Depuis les années 80 les connaissances sont en perpétuel renouvellement:
- Jusqu’en 1980: Haldane: une bulle = un accident, les tables avaient pour objectif d’éviter de les créer.
- 1980/1990: publication des 1er travaux avec utilisation du Doppler = démonstration que des micro bulles circulent dans l’organisme sans pour autant générer systématiquement des accidents. On parle aussi beaucoup d’accident immérité… pas très rassurant pour le plongeur lambda.
- 1990/2000: grands bouleversements = omniprésence des micro bulles et 1ére théorie sur leur gestion. Découverte des effets du FOP et certitude qu’Haldane a du plomb dans l’aile.
- Le 21éme siècle devrait nous réserver son lot de surprise, l’évolution des connaissances aura dans un avenir proche d’inévitables effets sur les processus de décompressions (cf. paragraphe 6).
Nous, moniteurs, dispensons une formation théorique sur les mécanismes des perturbations physiologiques créés par la plongée, et les moyens d’y remédier, mais celle-ci est épurée, simplifiée et insuffisamment actualisée. Le caractère aléatoire et évolutif des données que nous enseignons assène des "vérités" qui seront infirmées un jour prochain… difficile de s’y retrouver pour le plongeur lambda surtout si on ne la pas préparé à cette évolution des connaissances… Pourtant il suffirait d’expliquer aux moniteurs, puis par leur intermédiaire aux plongeurs, que les connaissances transmises ne sont que celles de l’instant… et les préparer aux évolutions futures, tout en leur donnant le goût de l’actualisation des connaissances et les pistes pour se tenir informé…
8. Le Foramen Ovale Perméable
Le foramen ovale est une sorte de petit clapet qui assure une communication entre les 2 oreillettes du cœur pendant la vie foetale. A la naissance l’ouverture des alvéoles pulmonaires active la petite circulation ce qui fait chuter la pression sanguine dans le cœur droit : résultat le clapet se referme et se fibrose afin de se clore définitivement… jusqu’à ce qu’il se ré ouvre accidentellement. Il peut arriver dans certain cas que cette fibrose ne se fasse de façon complète, rendant le FO plus ou moins perméable… En temps normal la pression dans le cœur droit est légèrement inférieure à celle du cœur gauche, le FO reste fermé. La réouverture de ce clapet (qui devient alors perméable, d’où FOP) et due à une montée en pression dans le cœur droit.
On estime qu’environ 20% de la population (donc 20% des plongeurs) ont un bulles Ce FOP serait en cause dans près de 80 % des ADD. Mais il est la cause d’un ADD que si la pression augmente dans l’oreillette droite, permettant ainsi aux bulles de passer dans l’oreillette gauche. Certains comportements pendant ou après la plongée peuvent favoriser cette augmentation de pression dans le cœur droit:
- L’accumulation et la taille des bulles circulantes dans l’oreillette droite
- Les efforts à glotte fermée = blocage du lit alvéolaire + montée en pression.
Pendant la plongée: Valsalva, Vomissement, Toux et éternuement, Effort physique au palier
Après la plongée, les risques sont encore plus importants car le taux de bulles circulantes est le plus important entre 30’ et 60’ après la plongée: Effort à glotte fermée (relevage de l’ancre, remonter à l’échelle avec le bloc sur le dos. Il faut éviter ce genre d’effort si ce n’est pas possible NE JAMAIS LES FAIRE GLOTTE BLOQUEE MAIS EN SOUFFLANT), Vomissement (mal de mer), Jouer d’un instrument à vent (saxo, trompette…)
Le dépistage d’un FOP n’est pas une obligation (un doppler transcrânien coûte cher). Un FOP découvert suite à un ADD interdit définitivement toute plongée génératrice de bulles circulante, par contre l’apnée, la plongée à l’O² pur ou au mélange enrichi en O² peuvent être une solution pour continuer une activité subaquatique. Un FOP détecté en dehors de tout accident doit amener le plongeur à la prudence :
- Si le FOP est permanent : plonger à moins de 20 m sans paliers, nitrox ou recycleur où la saturation est limitée
- Si FOP s’ouvrant lors d’un effort à glotte fermée, être vigilant lors des plongées saturantes: Pas d’effort aux paliers et au moins 6 heures après la sortie de l’eau