HISTORIQUE DES MODELES DE DECOMPRESSION (Part III)

HISTORIQUES DES MODELES DE DECOMPRESSION

(suite)

LES TABLES DE DECOMPRESSION

Mémoire pour le Diplôme InterUniversitaire de Médecine Subaquatique et Hyperbare
Université d'Angers.
Année 2001-2002

Dr LOISEAU Stéphane

IX - LE MODELE DE BÜHLMANN :

            De même, en Suisse cette fois, le Pr. BÜHLMANN choisit des seuils variables comme critère de remontée à partir d’un modèle haldanien Chaque compartiment étant muni de 2 coefficients a et b déterminés expérimentalement, le seuil est défini par la pression absolue minimum admissible à la remontée :

Padmissible = (PN2 – a).b

(PN2 : tension d’azote dans le compartiment considéré).

        Mais l’apport essentiel de BÜHLMANN concerne la plongée en altitude. En effet, il prit l’air alvéolaire comme référence de gaz respiré ; or en altitude le pourcentage d’azote dans l’air alvéolaire s’éloigne nettement du pourcentage usuel reconnu dans l’air (79 % environ) :

• d’une part la pression de vapeur d’eau reste à peu près fixe malgré la modification d’altitude.
• d’autre part la pression partielle de gaz carbonique n’évolue que très peu (et si elle varie en altitude, c’est à cause de l’hyperventilation générée par l’hypoxie).

    Par complémentarité, la pression partielle d’azote n’est pas celle que fournit la loi de DALTON appliquée à l’air respiré.
           A partir de ses travaux, BÜHLMANN produisit des jeux de tables mer / altitude utilisés en Suisse, Allemagne et largement dans les algorithmes d’ordinateurs de plongée du marché actuel.
           Notons toutefois que certains auteurs tels LE PECHON (16) signalent qu’en haute altitude, l’hypoxie de fait est un facteur favorisant et aggravant de l’accident de décompression, ce qui devrait conduire à rendre nettement plus sévères les tables de plongée en altitude, option que ne retient pas BÜHLMANN.


X - LE CONCEPT DU VOLUME CRITIQUE DES BULLES :

        Le modèle de HALDANE ainsi que les modèles dérivés s’intéressait à la quantification de la charge et de la décharge des tissus en azote, mais pas du tout à la genèse des bulles apparaissant de façon asymptomatique. A partir des années 70 les études portèrent davantage sur les bulles elles-mêmes.
        Dès 1966 HILLS en Australie s’intéressa à la thermodynamique des bulles. Une publication de HILLS en 1971 mettait en lumière une distinction jusque là peu développée : l’accident de type articulaire d’une part, l’accident neurologique d’autre part.
        En effet par simple modification du profil de remontée HILLS démontra qu’il pouvait au choix induire chez le cobaye animal un accident de type articulaire ou neurologique ! La distinction trouvait dès lors toute son importance et chez les auteurs modernes on classe désormais les ADD en deux catégories : le type I (douleurs articulaires ou bends) et le type II (accident neurologique).
        En fait les travaux de HILLS suggéraient que si les accidents de type I sont reliés à la charge d’azote reçue, donc aux modèles déterministes de type haldaniens, en revanche les accidents de type II relèvent des mauvais profils de plongée et de la production d’un surcroît de bulles artérielles.

        Des études sur les conditions d’équilibre des bulles intravasculaires furent menées, notamment par CLEMENT au Laboratoire de Mathématiques Appliquées de l’Ecole Centrale en France, puis YOUNT à Hawaï à partir de 1980, et conduisirent au modèle dit VP (perméabilité variable des bulles).
        S’il n’a pas engendré de tables de plongée utilisables, ce modèle mit l’accent sur la notion de noyau gazeux, par opposition aux bulles, et sur le rôle de ces noyaux dans la production de bulles circulantes asymptomatiques ou pathogènes :

• une bulle ou un noyau gazeux est une phase gazeuse limitée par une interface gaz/tissu ou gaz/liquide. Mais :
• une bulle suit la loi de MARIOTTE. De diamètre allant de quelques dizaines de microns jusqu’au millimètres, elle est sphérique (du moins en milieu liquide et isotrope).
• un noyau gazeux est de diamètre très faible (le micron). Ses variations de volume n’obéissent pas à la loi de MARIOTTE, de même que la perméabilité au gaz ne suit pas les lois de diffusion. En particulier, pour éliminer un noyau gazeux, il faut une pression nettement supérieure à celle envisagée habituellement pour réduire les bulles.

    La théorie du volume critique des bulles fut énoncée à peu près à la même époque par HEMPLEMAN et HENNESSY, et reprise d’ailleurs plus tard en France par IMBERT pour évaluer l’influence des profils de plongée, à l’occasion de la conception des Tables du Ministère du Travail, dites MT92.

Enfin HENNNESY a proposé récemment une structuration du modèle. Il ressort de cette théorie que :

• les noyaux gazeux sont produits en permanence dans l’organisme par cavitation (niveau cardiaque) et par frottements (tribonucléation).
• sans exposition hyperbare ces noyaux demeurent des noyaux, mais s’ils apparaissent dans un contexte où la tension de gaz inerte environnante est plus élevée que la pression ambiante, les noyaux se transforment en bulles en se nourrissant de l’azote dissous voisin, du gaz carbonique tissulaire et de la vapeur d’eau due à la cavitation.
• si les bulles sont générées dans les tissus articulaires (tendons…) des douleurs locales apparaissent ; c’est l’accident de type I.
• si les bulles sont générées dans les capillaires, elles vont être transportées jusqu’au filtre pulmonaire. Et là l’accumulation des bulles entraîne une baisse de la performance du filtre pouvant aller jusqu’à des « shunts » pulmonaires.

    Or si une bulle est réinjectée dans la circulation artérielle, elle peut migrer en aval vers le système nerveux, lequel est déjà chargé en azote dissous à cause de sa richesse en lipides. Dans un tel site la bulle n’aura qu’à se nourrir d’azote, grossir, provoquer l’ischémie du tissu et enfin l’accident neurologique : le type II.
            Il faut ajouter les shunts cardiaques comme facteurs favorisants, avec le foramen ovale pour lequel il y aurait perméabilité. En effet des travaux en 1992 de CROSS, EVANS, THOMSON, LEE et SHIELDS font états que 30% environ de la population présente un foramen ovale plus ou moins perméable.

            L’importance des mauvais profils de plongée (remontées trop rapides, profils yo-yo, successives rapprochées, plongées en dents de scie) est enfin expliquée dans l’apparition des accidents de type II :

• d’une part les remontées trop rapides engorgent le filtre pulmonaire en bulles et donc peuvent entraîner des shunts pulmonaires et des passages vers la circulation artérielle puis le système nerveux.
• ensuite les recompressions intempestives réduisent, la loi de MARIOTTE oblige, le volume des bulles agglomérées dans le filtre pulmonaire, et favorisent le passage vers le système artériel. Se trouvent ainsi légitimés des conseils largement connus depuis longtemps des plongeurs, mais mal argumentés jusque là
• remonter lentement
• éviter les profils inversés, c’est-à-dire avec faible profondeur en début de plongée et profondeur plus importante en fin de plongée
• éviter les yo-yo, plongées en dents de scie, et les successives rapprochées.

XI - L'ALGORITHME "E-L" DE THALMAN :

    Dans les années 80, il fut décidé de tester à nouveau les US Navy dans le but de les incorporer dans un ordinateur.
    En 1984, 835 plongées tests « humides » furent effectuées afin de créer un algorithme qui calculerait en temps réel des profils de décompression à l’air. Les plongeurs travaillaient la moitié du temps de plongée à une VO2max de 1.4l/min dans une eau relativement froide (55-65° F), l’intervalle entre les deux plongées était au minimum de 36 heures.
    On observa dans la tranche de profondeur 15-57 mètres, la nécessité de tripler le temps total de décompression pour des plongées longues et peu profondes, et de doubler le temps total de décompression pour des plongées à plus grande profondeur mais plus courtes, si on désirait obtenir une décompression en toute sécurité.
    A partir de ces observations, THALMANN et le NEDU (Navy Experimental Dive Unit) développèrent un nouveau modèle de décompression incorporable dans un ordinateur. L’algorithme qu’ils utilisèrent fut le E-L Algorithm (E pour exponentiel et L pour linéaire : à opposer au E-E Algorithm : modèle de HALDANE avec absorption et élimination de l’azote sous forme exponentielle).
    Ce modèle décrit une absorption de l’azote par les compartiments de façon exponentielle, par contre l’élimination de l’azote se fait lentement de façon linéaire. Ce temps de décompression plus long induit un taux d’azote plus important dont il faudra tenir compte dans le cas des plongées successives.


XII - LES LIMITES ET LE DEVENIR DES MODELES DETERMINISTES :

    Si les modèles haldaniens ou Néo-haldaniens ont permis de comprendre et de limiter les accidents de type I, alors que les modèles sur les bulles permettaient de relier l’importance des profils de plongée aux accidents de type II, il n’en demeure pas moins que la maîtrise du phénomène n’est pas acquise. La faiblesse de certaines hypothèses du modèle par perfusion limitante, l’importance du phénomène de diffusion, la difficulté à quantifier le nombre de noyaux gazeux initiaux et à repérer leurs lieux d’apparition, la susceptibilité individuelle et la qualité variable du filtre pulmonaire, montrent que les modèles déterministes peuvent encore apporter à la compréhension globale.
    Actuellement le mariage entre modèles par perfusion et les modèles par diffusion est consommé, et on s’intéresse à des compartiments en série, ou bien à la diffusion à l’intérieur de chaque compartiment.
    De même le raisonnement hérité de la théorie du volume critique des bulles s’adapte bien aux modèles haldaniens : par exemple les derniers travaux de BÜHLMANN, ont conduit à l’algorithme ZH-L8 ADT présent sur certains ordinateurs de plongée de dernière génération. Dans cet algorithme, BÜHLMANN évalue le taux de bulles circulantes en fonction des profils de plongée, et déduit ainsi des procédures de décompression plus ou moins sévères.


XIII - LE MODELE SIGMOÏDAL DE 1971 A 1992 (prometteur) :

    Lors des mesures d’échanges alvéolo-capillaires pratiquées par spectrométrie de masse chez l’animal à 5 ata après changement de gaz diluants inhalés (N2 et He), il a été observé que ceux-ci ne suivaient pas une loi multi-exponentielle (modèle de HALDANE) mais pouvaient être simulés par l’utilisation d’équations sigmoïdales établies par WALD en 1971 : c’est-à-dire une courbe qui démarre tangentiellement à l’axe des temps, présentant un « pseudo-délai ».
    Ce modèle, établi par WALD pour rendre compte des transferts gazeux au travers d’une membrane de diffusion, décompose la structure étudiée en une série d’une infinité de compartiments en série : chaque compartiment de rang n se charge à partir du précédent n-1 et se vide dans le suivant n+1 uniquement par diffusion.
    Le « pseudo-délai » pourrait être interprété comme représentant les étapes de convection aérienne et sanguine entre les gaz inhalés et le compartiment (qui sont négligées dans le modèle haldanien) : la perfusion et la diffusion auraient chacune leur rôle dans ce modèle.
    Dans le modèle multi-exponentiel, tous les compartiments commencent à se charger dès les début de l’inhalation de gaz sous pression, alors que dans ce nouveau modèle, seuls se chargent les compartiments pour lesquels le délai imposé pour les échanges est en court ; à l’inverse, si le compartiment a un délai long, il ne commencera à se charger en gaz que lorsque le délai sera passé.
    La situation symétrique peut être prévue à la décompression. En effet, plus le compartiment est « lent », plus il présentera un long « retard » à la désaturation : celle-ci ne commencera qu’avec un délai.
    Dans les plongées successives, l’existence de ce délai implique, pour des plongées rapprochées, les compartiments les plus lents n’auront pas commencé à se désaturer. Ce phénomène permettrait d’expliquer pourquoi J.P. IMBERT   a dû tenir compte de majorations extrêmement importantes dans le cas de plongées successives à intervalles courts.
    Il faut donc admettre que les bulles intra-tissulaires provoquent un ralentissement des échanges du compartiment concerné et permet d’expliqué grâce au doppler un retard observé dans les flux maximaux de bulles circulantes.
    L’utilisation de ce type de modèle (ce n’est pas encore le cas aujourd’hui) pourrait permettre d’optimiser le calcul des tables, de tenir compte de la présence des bulles, et d’amener à des durées de décompression plus courtes pour des durées de séjour sur le fond faibles mais probablement plus longes pour des durées de séjour sur le fond longues ainsi que pour les plongées successives. A suivre…


XIV - LES MODELES PROBABILISTES :

    La mise au point de tables de plongées calculées sur des paramètres déterminés empiriquement est cependant peu satisfaisante : les statistiques rapportent toujours des accidents qui surviennent malgré le respect des tables de décompression.
    A l’évidence, les modèles utilisés ne correspondent que d’assez loin à la réalité, ne serait-ce qu’en raison des approximations nécessaires à leur établissement et à la difficulté de déterminer les vrais paramètres. C’est pourquoi, à la suite des travaux pour la conception de la nouvelle US Navy, il a été admis par la plupart des auteurs que le modèle mathématique n’a que peu d’importance. Ce qui compte, c’est l’étude statistique du risque. L’accident de décompression est alors considéré comme un événement aléatoire inéluctable. L’étude d’une base de données est la seule réalité sur laquelle se fonder pour en déterminer ses caractères.
    D’un point de vue conceptuel, il s’agit d’une révolution dans notre vision de ata Tous les modèles vus précédemment peuvent être qualifiés de déterministes en ce sens qu’ils reposent sur des paramètres figés, qu’il s’agisse des seuils Sc, des M-values de WORKMAN, du volume critique des bulles, du paramètres « 500 » de HEMPLEMAN, du paramètres « 465 » de SPENCER.

    Un modèle probabiliste va proposer l’évaluation du nombre de risques d’apparition d’un ADD à partir d’un profil de plongée (par exemple, pour une plongée de 20 min à 40 m sans palier, on aura une probabilité ata de 1.5% ou 0.015). Il y a un mérite immédiat dans cette façon de voir les choses, même si c’est cruel : la table parfaite n’existe pas.
    Cette approche nouvelle est pour l’essentiel due à l’équipe oeuvrant aux USA pour la US Navy : HOMER, WEATHERSBY, WIENKE, THALMANN, TIKUISIS,…
    Les derniers travaux utilisent une technique probabiliste dite « analyse du temps de panne », avec étude de « fonctions de survie ». Entre autres avantages la souplesse de cette approche réside dans le fait qu’on peut s’appuyer sur un modèle déterministe, par exemple haldanien, pour en faire un modèle probabiliste.
    Le modèle probabiliste de décompression par analyse de « panne » a été utilisé pour :

• estimer les risques des tables US Navy standard en 1985.
• les tables à saturation, tables nitrox et air-héliox (1986-1991).
• comparer les tables US Navy, canadiennes (DCIEM) et Royal Navy (1986).

XV - LE FUTUR : GESTION DE LA DECOMPRESSION PERSONNALISEE :

    Bien que la compréhension globale du phénomène de décompression tendent à se réduire, grâce en particulier à la conjonction des modèles déterministes, des théories sur les bulles, de l’estimation statistique, il n’en demeure pas moins que la susceptibilité individuelle, voir la variabilité intra-individuelle d’un jour à l’autre échappent par essence même à toute loi générale.
    On peut donc penser qu’une technique capable de tenir compte de la spécificité de chaque individu pourra un jour apparaître.
    En ce sens l’avènement et l’utilisation récents de l’ordinateur de plongée immergeable sont prometteurs : les appareils les plus récents sont réglables (durcissement du protocole de décompression en cas de méforme, de plongée profonde,…) tiennent comptent de certains facteurs (température ambiante, ventilation accélérée pouvant indiquer un travail musculaire soutenu…) réputés favorisant l’accident de décompression, et adaptent le protocole de décompression in situ (exemple : l’algorithme ZH-L 8 ADT de BÜHLMANN).
    Si dans le futur des capteurs efficaces transmettent à l’ordinateur des paramètres tels que : taux de bulles circulantes dans le lit veineux, température périphérique, analyse sanguine,… et bien d’autres mesures qu’on n’ose imaginer, on aura alors une décompression personnalisée gérée par un algorithme adaptatif et instantanément évolutif.


XVI - CONCLUSION :

    Après la lecture des chapitres précédents, il est aisé de comprendre la difficulté de « modéliser » un être humain même avec l’aide des mathématiques, des statistiques, des probabilités et des connaissances biologiques.
    De plus cet être humain qui a servi bien souvent de modèle est plus proche du « superman » (homme jeune, sportif, en bonne santé, jamais fatigué, sobre, de taille mannequin, etc.) que de la population des plongeurs amateurs.
    En effet, cette population diffère grandement de celle ayant servi à valider les tables : âges divers (et de plus en plus extrêmes), sexe différents, aptitude physique très souvent insuffisamment explorée, manque de suivi de cette aptitude au cours de la saison, fatigue souvent associée à la consommation d’alcool et à l’insuffisance du sommeil pendant des périodes de plongées répétitives.

    Le comportement du plongeur amateur sera également bien différent de celui du militaire ou du professionnel :

• préparation insuffisante de la plongée, l’exploration l’amenant à dépasser le profil prévu,
• insuffisance du matériel de mesure des paramètres de la plongée,
• infrastructures aux paliers et en surface nulles ou très insuffisantes pour des plongées à l’air relativement profondes
• tendance à remonter « en optimisant le temps des paliers », opposée à celle des chefs de chantiers qui rajoutent régulièrement au temps passé au fond une majoration afin d’améliorer la sécurité

    La récupération d’un niveau de sécurité tolérable par l’essai empirique de protocoles que l’on sait imparfaits n’est donc pas transposable, sans risques, d’une population ciblée et calibrée, au tout venant à comportement aléatoire que représente trop souvent le plongeur sportif.

    Dans l’attente d’une évaluation réelle du risque individuel et de la mise au point de tables « plus physiologiques », le plongeur amateur devrait tenter de se rapprocher de celui ayant servi à valider ces tables… Une bonne condition physique est impérative (et pas seulement le jour de l’examen d’aptitude) de même que l’absence de fatigue excessive, d’abus d’alcool ou d’insomnie ! …

ASSOCIATION RÉUNIONNAISE DE MÉDECINE SUBAQUATIQUE ET HYPERBARE
Siège social : Groupe Hospitalier Sud Réunion, BP 350, 97448 Saint-Pierre cedex, Île de la Réunion
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