HISTORIQUE DES MODELES DE DECOMPRESSION (Part II)
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(suite)
| HISTORIQUES DES MODELES DE DECOMPRESSION |
Mémoire pour le Diplôme InterUniversitaire de Médecine Subaquatique et Hyperbare
Université d'Angers.
Année 2001-2002
Dr LOISEAU Stéphane
IV - CRITIQUE DU MODELE DE HALDANE :
Le modèle de HALDANE constitue la première approche de modélisation mathématique de la décompression. Mais il repose sur certaines hypothèses simplificatrices qui peuvent être discutées.
- Le coefficient de sursaturation (hypothèse 1) est mis en défaut par sa validité limitée à un domaine dapplication extrêmement étroit. Le fait quil soit inapplicable dans les décompressions de saturation en est la démonstration.
- Lhypothèse 2 décrit les échanges pulmonaires de gaz inertes selon un modèle à perfusion limité. Or des expérimentations permettent démettre des réserves sur ce modèle.
De plus, la somme des pressions partielles des gaz inertes dissous devient de façon transitoire supérieure à la pression atmosphérique ambiante, et donc à la somme de la pression partielle des gaz alvéolaires. Le calcul montre que cette sursaturation isobare ne peut être expliquée par linégalité des rapports ventilation/perfusion, ni par lexistence de shunts intra pulmonaires. On est donc conduit à envisager une limitation par diffusion des échanges alvéolo-capillaires de gaz inertes (10), ce qui revient à dire que contrairement à ce que pensait HALDANE, les échanges gazeux ne sont pas complets en un seul passage, et que le sang artériel nest pas en équilibre à la sortie des poumons, avec le gaz alvéolaire.
- Il en est de même pour les échanges capillaro-tissulaire (hypothèse 4).
- Lhypothèse 3 qui pose lhomogénéité dun compartiment tissulaire est contredite par les expérimentations de LIGHTFOOT et Coll. (1986) qui démontre que, quelle que soit la plus petite fraction de tissu vivant que lon considère, il nest pas possible de décrire les échanges de gaz inertes en son sein avec moins de deux exponentielles. Elles correspondent en fait à la solubilisation des gaz dans la fraction aqueuse et dans la fraction lipidique du tissu.
- Lhypothèse 5 ne peut non plus se justifier sur le plan anatomophysiologique il nexiste aucune raison pour quun compartiment de lorganisme soit isolé de manière étanche des compartiments qui lentourent. Leau du milieu interstitiel suffit à elle seule pour assurer la continuité matérielle
- Lhypothèse 6, que le taux de perfusion reste fixe pendant toute la durée de la plongée et de la décompression est une approximation qui ne peut se justifier que pour des plongées suivies de décompressions de courte durée (pas ou peu de palier).
- Lhypothèse 7, illustre le caractère arbitraire du modèle construit par HALDANE. Le nombre de compartiments na en effet aucune signification anatomophysiologique.
En conclusion, cette discussion aboutit à mettre en question un certain nombre didées toutes faites qui semblent sêtre perpétuées de génération en génération de plongeur.
La première réalité est que le modèle de HALDANE est biologiquement faux :
il est en effet incapable, quelles que soient les triturations quon lui fasse subir,
de décrire les phénomènes tels quils sont enregistrés chez lêtre vivant.
il est en effet incapable, quelles que soient les triturations quon lui fasse subir,
de décrire les phénomènes tels quils sont enregistrés chez lêtre vivant.
Ne pas tenir compte de certains faits : diffusion, hétérogénéité des tissus, mauvaise vascularisation de certains tissus
ne signifie pas que HALDANE les méconnaissait. Mais les considérant comme négligeables ou du moins bien approximés par son modèle, la détermination des paramètres comme la sursaturation critique suffisait à gommer les difficultés.
Le travail de HALDANE ne doit être considéré ni comme un modèle, ni comme une théorie, mais beaucoup plus simplement comme une technique de calcul.
Malgré tout ceci, la méthode de HALDANE reste loutil le plus employé pour le calcul des décompressions. Aucune autre méthode de calcul nest arrivée à la détrôner, ni à faire la preuve de sa supériorité.
La méthode de HALDANE, grâce à son approximation et lindéterminisme de ses paramètres, permet de sadapter à toutes les situations.
V - LE CONCEPT DE HEMPLEMAN :
En vue de la préparation des nouvelles tables Royal Navy, un développement nouveau et intéressant fut introduit par HEMPLEMAN en 1952.
Celui-ci suggéra quune simple approche mono-tissulaire puisse donner une solution satisfaisante aux problèmes de la décompression.
Il avait remarqué que les ADD (les bends) survenaient après des plongées profondes de courtes durées ou des plongées à faible profondeur, mais longues. Il en conclut quun seul tissu était incriminé dans les bends : le cartilage articulaire peu vascularisé, et que celui-ci ne pouvait supporter quune quantité critique de gaz sans avoir apparition de la douleur.
Il supposa alors que les capillaires étaient rangés en nappes et parallèlement autour des cartilages. Afin dexprimer la diffusion des molécules de gaz à travers le tissu cartilagineux (avasculaire), il considéra que le tissu était irrigué par une mince couche de sang entouré par des couches de tissus infiniment épaisses. Ce modèle basé sur la diffusion, donna en travaillant sur léquation de FICK la formule :
Le travail de HALDANE ne doit être considéré ni comme un modèle, ni comme une théorie, mais beaucoup plus simplement comme une technique de calcul.
Malgré tout ceci, la méthode de HALDANE reste loutil le plus employé pour le calcul des décompressions. Aucune autre méthode de calcul nest arrivée à la détrôner, ni à faire la preuve de sa supériorité.
La méthode de HALDANE, grâce à son approximation et lindéterminisme de ses paramètres, permet de sadapter à toutes les situations.
V - LE CONCEPT DE HEMPLEMAN :
En vue de la préparation des nouvelles tables Royal Navy, un développement nouveau et intéressant fut introduit par HEMPLEMAN en 1952.
Celui-ci suggéra quune simple approche mono-tissulaire puisse donner une solution satisfaisante aux problèmes de la décompression.
Il avait remarqué que les ADD (les bends) survenaient après des plongées profondes de courtes durées ou des plongées à faible profondeur, mais longues. Il en conclut quun seul tissu était incriminé dans les bends : le cartilage articulaire peu vascularisé, et que celui-ci ne pouvait supporter quune quantité critique de gaz sans avoir apparition de la douleur.
Il supposa alors que les capillaires étaient rangés en nappes et parallèlement autour des cartilages. Afin dexprimer la diffusion des molécules de gaz à travers le tissu cartilagineux (avasculaire), il considéra que le tissu était irrigué par une mince couche de sang entouré par des couches de tissus infiniment épaisses. Ce modèle basé sur la diffusion, donna en travaillant sur léquation de FICK la formule :
Q = P . t1/2
- Q : quantité de gaz dans le tissu
- P : pression ambiante
- t : temps dexposition
Cs = Profondeur (=P). t1/2
En comparant la courbe avec celle de lUS Navy, on peut remarquer des temps en minutes assez similaires.
| profondeur (mètres) | profondeur (pieds) | US Navy (min) | Q=500 (min) |
| 15 | 50 | 100 | 100 |
| 18 | 60 | 60 | 69 |
| 21 | 70 | 50 | 51 |
| 24 | 80 | 40 | 39 |
| 27 | 90 | 30 | 31 |
| 30 | 100 | 25 | 25 |
| 33 | 110 | 20 | 21 |
| 36 | 120 | 15 | 17 |
| 45 | 190 | 5 | 7 |
A linverse de HALDANE qui supposait la symétrie entre labsorption et lélimination du gaz inerte par le corps, HEMPLEMAN considérait que lélimination du gaz était une fois et demi plus lente que labsorption.
Ce modèle sharmonisait bien avec la compréhension de la charge et décharge dans les tissus cartilagineux, mais certaines hypothèses simplificatrices dans lapplication des lois de la diffusion soulevaient au moins autant de questions que le modèle haldanien.
Il apparaissait inconcevable dassimiler un organisme humain à un feuilletage uniforme, tranche infiniment fine entourée de deux couches infiniment épaisses !
Le modèle haldanien pu être mis en défaut dès 1942. En effet, BEHNKE, aux Etats Unis, mettait en évidence lexistence de bulles asymptomatiques dans toute situation de décompression, y compris les décompressions « indemnes ». Ainsi les échanges gazeux sont perturbés pendant la décompression ; la phase gazeuse nobéit plus au modèle haldanien et modifie lévolution de la décharge de lazote encore dissoute.
Lexistence de ces bulles « silencieuses » devait connaître son heure de gloire avec SPENCER.
VI - LE MODELE DE SPENCER :
Dans les années 1970, le Dr M. SPENCER, aux Etats Unis, observa la présence de bulles détectées par lintermédiaire dun doppler dans le sang des plongeurs après quils avaient effectué des plongées nayant produit aucun symptôme de décompression.
Plus précisément cette détection par ultrason mettait laccent sur des embolies de gaz veineuses (appelées « venous gas emboli » ou VGE) et que celle-ci étaient en complète corrélation avec lapparition des bends. Aucun bends ne se développait sans une détection antérieure de VGE.
Le concept actuel des US Navy qui voulait quil ny ait aucun problème lors de la remontée pour un temps illimité passé à 9 mètres était loin dêtre confirmé.
Diverses expériences de plongées exécutées en mer démontrèrent une augmentation dapparition de VGE et de bends sensibles par rapport à celles exécutées en atmosphères sèche (caisson). Ce qui revient à penser quune table développée à partir dun caisson est moins sécurisante quune table établie à laide dexpérimentation in situ.
En utilisant le modèle de décompression de HALDANE, on exposa à diverses pressions des plongeurs humains et on observa à laide du doppler lapparition et le pourcentage des VGE développés.
En comparant ces données (donnant des bends et des VGE) avec dautres tables (US Navy, British Navy, HEMPLEMAN ), on saperçut que la relation :
P . t1/2 = Cs notée par HEMPLEMAN semblait correspondre à la banque de données SPENCER. Les courbes se ressemblaient approximativement.
On considéra que 20 % dapparition de bulles et moins de 5 % de douleurs articulaires faibles (qui se résolvent avec labsorption de 2 aspirines) représentaient un compromis raisonnable.
En extrapolant ces données expérimentales de 20 % de VGE, on déduisit une courbe limite de décompression entre 6 et 60 mètres définie par léquation :
Ce modèle sharmonisait bien avec la compréhension de la charge et décharge dans les tissus cartilagineux, mais certaines hypothèses simplificatrices dans lapplication des lois de la diffusion soulevaient au moins autant de questions que le modèle haldanien.
Il apparaissait inconcevable dassimiler un organisme humain à un feuilletage uniforme, tranche infiniment fine entourée de deux couches infiniment épaisses !
Le modèle haldanien pu être mis en défaut dès 1942. En effet, BEHNKE, aux Etats Unis, mettait en évidence lexistence de bulles asymptomatiques dans toute situation de décompression, y compris les décompressions « indemnes ». Ainsi les échanges gazeux sont perturbés pendant la décompression ; la phase gazeuse nobéit plus au modèle haldanien et modifie lévolution de la décharge de lazote encore dissoute.
Lexistence de ces bulles « silencieuses » devait connaître son heure de gloire avec SPENCER.
VI - LE MODELE DE SPENCER :
Dans les années 1970, le Dr M. SPENCER, aux Etats Unis, observa la présence de bulles détectées par lintermédiaire dun doppler dans le sang des plongeurs après quils avaient effectué des plongées nayant produit aucun symptôme de décompression.
Plus précisément cette détection par ultrason mettait laccent sur des embolies de gaz veineuses (appelées « venous gas emboli » ou VGE) et que celle-ci étaient en complète corrélation avec lapparition des bends. Aucun bends ne se développait sans une détection antérieure de VGE.
Le concept actuel des US Navy qui voulait quil ny ait aucun problème lors de la remontée pour un temps illimité passé à 9 mètres était loin dêtre confirmé.
Diverses expériences de plongées exécutées en mer démontrèrent une augmentation dapparition de VGE et de bends sensibles par rapport à celles exécutées en atmosphères sèche (caisson). Ce qui revient à penser quune table développée à partir dun caisson est moins sécurisante quune table établie à laide dexpérimentation in situ.
En utilisant le modèle de décompression de HALDANE, on exposa à diverses pressions des plongeurs humains et on observa à laide du doppler lapparition et le pourcentage des VGE développés.
En comparant ces données (donnant des bends et des VGE) avec dautres tables (US Navy, British Navy, HEMPLEMAN ), on saperçut que la relation :
P . t1/2 = Cs notée par HEMPLEMAN semblait correspondre à la banque de données SPENCER. Les courbes se ressemblaient approximativement.
On considéra que 20 % dapparition de bulles et moins de 5 % de douleurs articulaires faibles (qui se résolvent avec labsorption de 2 aspirines) représentaient un compromis raisonnable.
En extrapolant ces données expérimentales de 20 % de VGE, on déduisit une courbe limite de décompression entre 6 et 60 mètres définie par léquation :
P = 490 . t-0.51 ou bien t = (465 / P)2
Remarque :
VII - LE MODELE CANADIEN DU DCIEM :
Les progrès dans la précision de la détection des bulles circulantes par effet doppler ont ouvert de nouveaux champs dinvestigations : dune part il nest plus utile daller avec le cobaye observé jusquà laccident, ensuite cette technique permet dévaluer lefficacité dune table de plongée, enfin en abandonnant tout modèle déterminisme on peut construire des tables à partir de la seule observation de leffet doppler. Par exemple, NISHI au Canada pour les tables DCIEM, entre 1983 et 1986, tous les profils de plongées testés furent contrôlées par un microprocesseur. Les plongées successives furent testées jusquà trois plongées mais par contre, la correction due à laltitude ne fut pas vérifiée.
Ce modèle a loriginalité davoir lié leffet de perfusion dun tissu par un gaz inerte introduit par HALDANE, avec leffet de la diffusion décrit par HEMPLEMAN.
De plus à linverse de nombreux modèles, celui-ci a servi réellement à lélaboration de tables utilisées encore aujourdhui. On peut même dire quactuellement, cest la table qui a été la plus testée parmi celles utilisées dans le monde, et est encore plus conservatrice que les tables de lUS Navy, de la Royal Navy et les tables BÜHLMANN (cf. après).
VIII - LES MODELES NEO-HALDANIENS :
Le modèle de HALDANE fut remanié maintes et maintes fois par modification du nombre de compartiments, des périodes et des paramètres de remontée.
Pour lUS Navy, YARBROUGH (21) en 1937 établissait des tables sur les « tissus » 20, 40 et 75 minutes seulement.
En 1956, DWYER (18) réintroduisit les tissus courts et un tissu de 120 minutes ainsi quune notion de coefficient de sursaturation variable pour un même tissu en fonction de la profondeur.
En France, les tables GERS 65 sont calculées sur un modèle haldanien à trois et quatre tissus (selon les tranches de profondeurs) avec deux jeux de coefficients de sursaturations constants pendant toute la remontée. Une évaluation statistique de la sécurité des tables GERS 65, entre 1966 et 1987, a été effectuée. Un nombre non négligeable daccidents étaient survenu avec respect des tables. Ceci constitue, en fait, une des raisons qui ont conduit à létablissement de nouvelles tables : les tables de la Marine Nationale de 1990 (MN 90).
Les tables MN 90 ont été calculées selon la méthode haldanienne classique à 12 compartiments avec coefficients constants.
La variabilité des seuils de sursaturation critique en fonction de la profondeur fut définitivement structurée en 1965 par WORKMAN (20) aux Etats Unis.
Plutôt que dassocier à chaque compartiment un seul coefficient de sursaturation critique comme dans le modèle haldanien dorigine, WORKMAN attribua à chaque plage de profondeur son propre seuil, appelé M-value .
Une M-value, ou valeur maximum, est pour une profondeur donnée et un compartiment donné, la tension maximum admissible dazote à cette profondeur.
- pour HEMPLEMAN, t max = (500 / P)2
- Pour SPENCER, t max = (465 / P)2
- t : durée maximale en min au fond (sans faire de palier).
- P : profondeur en pied.
VII - LE MODELE CANADIEN DU DCIEM :
Les progrès dans la précision de la détection des bulles circulantes par effet doppler ont ouvert de nouveaux champs dinvestigations : dune part il nest plus utile daller avec le cobaye observé jusquà laccident, ensuite cette technique permet dévaluer lefficacité dune table de plongée, enfin en abandonnant tout modèle déterminisme on peut construire des tables à partir de la seule observation de leffet doppler. Par exemple, NISHI au Canada pour les tables DCIEM, entre 1983 et 1986, tous les profils de plongées testés furent contrôlées par un microprocesseur. Les plongées successives furent testées jusquà trois plongées mais par contre, la correction due à laltitude ne fut pas vérifiée.
Ce modèle a loriginalité davoir lié leffet de perfusion dun tissu par un gaz inerte introduit par HALDANE, avec leffet de la diffusion décrit par HEMPLEMAN.
De plus à linverse de nombreux modèles, celui-ci a servi réellement à lélaboration de tables utilisées encore aujourdhui. On peut même dire quactuellement, cest la table qui a été la plus testée parmi celles utilisées dans le monde, et est encore plus conservatrice que les tables de lUS Navy, de la Royal Navy et les tables BÜHLMANN (cf. après).
VIII - LES MODELES NEO-HALDANIENS :
Le modèle de HALDANE fut remanié maintes et maintes fois par modification du nombre de compartiments, des périodes et des paramètres de remontée.
Pour lUS Navy, YARBROUGH (21) en 1937 établissait des tables sur les « tissus » 20, 40 et 75 minutes seulement.
En 1956, DWYER (18) réintroduisit les tissus courts et un tissu de 120 minutes ainsi quune notion de coefficient de sursaturation variable pour un même tissu en fonction de la profondeur.
En France, les tables GERS 65 sont calculées sur un modèle haldanien à trois et quatre tissus (selon les tranches de profondeurs) avec deux jeux de coefficients de sursaturations constants pendant toute la remontée. Une évaluation statistique de la sécurité des tables GERS 65, entre 1966 et 1987, a été effectuée. Un nombre non négligeable daccidents étaient survenu avec respect des tables. Ceci constitue, en fait, une des raisons qui ont conduit à létablissement de nouvelles tables : les tables de la Marine Nationale de 1990 (MN 90).
Les tables MN 90 ont été calculées selon la méthode haldanienne classique à 12 compartiments avec coefficients constants.
La variabilité des seuils de sursaturation critique en fonction de la profondeur fut définitivement structurée en 1965 par WORKMAN (20) aux Etats Unis.
Plutôt que dassocier à chaque compartiment un seul coefficient de sursaturation critique comme dans le modèle haldanien dorigine, WORKMAN attribua à chaque plage de profondeur son propre seuil, appelé M-value .
Une M-value, ou valeur maximum, est pour une profondeur donnée et un compartiment donné, la tension maximum admissible dazote à cette profondeur.
M = Mo + a.D
Où
A partir de 1984, la COMEX a commencé une expérimentation, qui a duré trois ans, dont lobjectif était daméliorer les performances des tables officielles françaises de 1974.
Une étude statistique importante a été conduite par J.P. IMBERT. La COMEX disposait dune banque de données, informatisée, riche denviron 150000 rapports de plongée. La conception des nouvelles tables a été réalisée en cinq étapes :
- D est la profondeur.
- Mo est la tension maximum admissible quand D = 0.
- a est un coefficient déterminé expérimentalement.
A partir de 1984, la COMEX a commencé une expérimentation, qui a duré trois ans, dont lobjectif était daméliorer les performances des tables officielles françaises de 1974.
Une étude statistique importante a été conduite par J.P. IMBERT. La COMEX disposait dune banque de données, informatisée, riche denviron 150000 rapports de plongée. La conception des nouvelles tables a été réalisée en cinq étapes :
- Evaluation des tables existantes (incidence ADD 1 /1000)
- Calcul des nouvelles tables.
- Test des nouvelles tables sur certains sites de travaux sous-marins (avec pour certaines plongées à risque des surveillances écho-doppler).
- Réalisation des modifications requises en fonction des résultats sur les sites.
- Présentation des nouvelles tables aux autorités. Les actuelles MT 92 (Médecine du Travail).
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