Hypoxie et hyperventilation

selon un document de l'aviation civile canadienne

Les dangers de l'altitude sont devenus évidents pour l'homme dès qu'il s'est mis à naviguer dans la nacelle d'une montgolfière. Cependant, les missionnaires des régions montagneuses soupçonnaient l'existence de ces dangers depuis déjà fort longtemps. Dès 1590, le jésuite Acosta faisait l'observation suivante : « Je suis convaincu que l'élément aérien est à cet endroit si mince et délicat qu'il n'est pas propre à la respiration humaine, laquelle exige un air abondant et plus tempéré. »

En 1862, Glaisher et Coxwell sont devenus inconscients après avoir grimpé pratiquement à 29 000 pi en ballon. Heureusement, l'un d'entre eux, les mains gelées, a été en mesure de soulever suffisamment la tête pour saisir la corde de soupape entre ses dents avant de s'évanouir, permettant ainsi à l'hydrogène de s'échapper et au ballon de redescendre. Vers la fin des années 1860, Paul Bert a construit un caisson à décompression et parvint à la conclusion que, quelle que soit la pression barométrique, l'air ne suffisait pas à assurer la vie lorsque la pression partielle de l'oxygène atteignait 45 mmHg. En avril 1875, Crocce Spinelli, Sivel et Tissandier effectuaient le premier vol en ballon avec apport d'oxygène. Bert les avait cependant avertis que leur réserve d'oxygène était nettement insuffisante. Un seul des trois aérostiers survécut, les deux autres mourant d'hypoxie.

Physiologie respiratoire
Pour assurer la vie, l'oxygène doit être inspiré, diffusé à travers la membrane alvéolo-capillaire, transporté par l'hémoglobine aux tissus puis transféré à chacune des cellules pour assurer le métabolisme aérobie. Selon la loi de Dalton, la pression partielle d'un gaz dans un mélange gazeux est égale à la pression qu'exercerait ce gaz s'il occupait seul l'espace occupé par le mélange. Chacun des gaz qui composent le mélange exerce donc une pression proportionnelle à la fraction du mélange qu'il représente. L'oxygène, qui constitue 20,9 % (21 %) des gaz de notre atmosphère exerce une pression partielle de 160 mmHg dans l'air sec au niveau de la mer. Cependant, il n'en est pas ainsi lorsque l'oxygène est inspiré. Dans le nasopharynx, l'air est exposé à la vapeur d'eau et en devient saturé à la température du corps humain (37 ºC). La pression de la vapeur d'eau est de 47 mmHg. Dans la trachée, par conséquent, la pression partielle de l'oxygène sera de (760?47) x 0,21 ou d'environ 150 mmHg. Passant de la trachée aux alvéoles, l'oxygène se mélange au dioxyde de carbone ou gaz carbonique . De plus, à partir des bronchioles respiratoires, l'oxygène diffuse dans les tissus, de sorte que lorsqu'il atteint les alvéoles, sa pression partielle est beaucoup plus basse. La pression partielle du gaz carbonique est de 40 mmHg environ; ainsi, au niveau du sol, la pression partielle de l'oxygène alvéolaire, compte tenu du quotient respiratoire, est de 103 mmHg. (Pour ceux qui ont l'esprit mathématique, les formules pertinentes sont données à la fin du présent chapitre.) On appelle cascade des réactions respiratoires ce phénomène de diminution progressive de la pression partielle de l'oxygène.

La diffusion de l'oxygène (et du gaz carbonique en sens inverse) se fait au niveau des bronchioles respiratoires et plus bas. La diffusion se produit surtout dans les alvéoles pulmonaires où le réseau sanguin capillaire est très dense. La superficie de l'interface alvéolo?capillaire est étonnante, atteignant entre 90 et 100 mètres carrés. La surface totale des alvéoles correspond en effet à celle d'un court de tennis double.

Dans l'alvéole, la diffusion suit le gradient de pression et la plupart de l'oxygène est saisi par l'hémoglobine pour être transféré aux tissus. Le taux de diffusion d'un gaz est proportionnel à sa solubilité et au gradient de pression. Étant plus soluble que l'oxygène, le dioxyde de carbone diffuse plus rapidement. Dans les tissus, la pression de l'oxygène diminue en proportion de l'éloignement du réseau capillaire et elle est la plus faible entre deux capillaires. Si la pression partielle de l'oxygène tombe au-dessous de 3 mmHg dans les tissus, le métabolisme anaérobie intervient. Dans des conditions normales, une élévation de la pression partielle de l'oxygène et la formation d'acide lactique dans les tissus entraînent une dilatation des capillaires. Dans les muscles, le nombre des capillaires ouverts peut augmenter de 200 fois, mais dans le cerveau, la plupart des capillaires sont dilatés, même au repos, de sorte que, même en présence d'une hypoxie imminente, le nombre de capillaires cérébraux ne peut augmenter que par un facteur de quatre. C'est la raison pour laquelle l'hypoxie affecte d'abord le cerveau.

Dissociation de l'hémoglobine
Sur un graphique, les points d'intersection du pourcentage de la saturation d'oxygène et de la pression partielle de l'oxygène donnent une courbe en S (voir la figure 6), qui illustre la dissociation de l'oxyhémoglobine (HbO2). Les caractéristiques de cette courbe sont importantes. Jusqu'à une pression partielle de 60 mm, la saturation demeure supérieure à 90 %. En deçà de ce point, la saturation baisse rapidement : elle est déjà inférieure à 80 % lorsque la pression partielle baisse à 45 mmHg. La forte pente de la courbe correspond à un déchargement rapide de l'oxyhémoglobine dans des tissus relativement hypoxiques et reflète également l'absorption rapide d'oxygène par l'hémoglobine réduite aux gradient de diffusion normaux. L'hypoxie donne lieu à la formation d'acide lactique dans les tissus. L'acidose relative qui en découle déplace la courbe vers la droite, ce qui accroît l'absorption et la libération d'oxygène. Lorsqu'il y a alcalose, en cas d'hyperventilation par exemple, la courbe se déplace vers la gauche et la quantité d'oxygène disponible pour les tissus est réduite.

À 10 000 pi, la pression de l'oxygène dans les alvéoles (PAO2) atteint 60 mmHg et, à partir de là, la saturation de l'hémoglobine se met à baisser rapidement. Au?delà de cette altitude, une hypoxie tissulaire se développe et c'est pour cette raison qu'il faut un apport d'oxygène pour les vols à plus de 10 000 pi d'altitude. Cependant, si le pilote respire de l'oxygène à 100 %, la pression partielle de l'oxygène est beaucoup plus élevée partout dans l'organisme. Le niveau critique de 60 mm dans l'alvéole, par exemple, n'est alors atteint qu'à 40 000 pi. On parle dans ce cas de « niveau d'équivalence de l'oxygène ».

Hypoxie
L'hypoxie est d'autant plus dangereuse que ses signes et symptômes sont trompeurs. En effet, la détérioration de la motricité et des capacités de raisonnement est le plus souvent accompagnée d'un état euphorique. Il arrive donc souvent que le pilote atteint d'hypoxie grave ne se rende pas compte qu'il existe un problème. La tachypnée, la cyanose, la confusion mentale et la perte de coordination musculaire seraient évidentes pour l'observateur. Cependant, pour le pilote, les symptômes peuvent se limiter à une légère dyspnée, à un étourdissement, à la fatigue, à des troubles de la vision et, enfin, à la perte de contrôle musculaire. Même à 5 000 pi, la vision nocturne est réduite. La tolérance à l'hypoxie varie d'un individu à l'autre et d'un moment à l'autre. Elle peut être accrue par l'exposition continue à de hautes altitudes et varie selon le taux d'hémoglobine et la capacité de transport de l'oxygène du sang. La fatigue, le froid et une mauvaise forme physique font diminuer la tolérance à l'hypoxie.

Types
On classifie généralement l'hypoxie en quatre catégories:

L'hypoxie hypoxique est due à une diminution de la disponibilité d'oxygène pour le métabolisme, phénomène typique en altitude.

L'hypoxie anémique est causée par une réduction de la capacité du sang à transporter l'oxygène, quelle qu'en soit la cause. Ce type d'hypoxie se produit également lorsque l'hémoglobine est saturée par des gaz pour lesquels elle a une plus grande affinité, le plus commun de ceux-ci étant l'oxyde de carbone. Le phénomène peut être causé non seulement par des fuites de gaz d'échappement dans le poste de pilotage mais aussi par la fumée de cigarette. L'oxyde de carbone est le produit d'une combustion incomplète et sa concentration dans le sang peut atteindre 6?8 % chez une personne qui fume beaucoup. Les gros fumeurs peuvent manifester des signes d'hypoxie grave à des altitudes inférieures à 10 000 pi.
 

L'hypoxie d'origine circulatoire, plus rare, est causée par une diminution du débit cardiaque total, une accumulation de la masse sanguine ou une insuffisance circulatoire. Une insuffisance cardiaque, un état de choc, une respiration continue sous pression positive et les forces G peuvent occasionner ce type d'hypoxie. Une hypoxie locale d'origine circulatoire peut résulter du port de vêtements ajustés et contraignants ou survenir au niveau de la circulation cérébrale, en association avec la vasoconstriction résultant d'une alcalose respiratoire causée par l'hyperventilation.

L'hypoxie histotoxique résulte de l'empoisonnement du système des cytochromes respiratoires par des produits chimiques comme le cyanure ou l'oxyde de carbone, mais elle peut également être causée par les effets de l'alcool. Il va donc sans dire que le pilote en mauvaise condition physique qui se remet de sa gueule de bois et qui fume une cigarette aux commandes de son appareil risque à brève échéance de venir gonfler les statistiques.