toxicité de L’oxygène-comment se produit-il?

par Dr. K. David Sawatzky

initialement publié dans Diver Magazine, numéro de décembre 2008 / janvier 2009, cet article est la première partie d’un article en deux parties sur la toxicité de l’oxygène.

un problème courant en plongée est une trop grande quantité d’oxygène (hyperoxie). Dans cet article, je vais revoir le mécanisme de toxicité de l’oxygène, et dans un article, je vais examiner les signes et les symptômes de toxicité de l’oxygène.

L’air est composé de 21% d’oxygène (O2). Nous avons besoin D’O2 pour survivre et sans O2, nous mourrons très rapidement., Notre corps ne se soucie pas réellement du pourcentage D’O2 que nous respirons, ils répondent à la pression partielle D’O2 (pO2).

en surface, la pression partielle D’O2 dans l’air est de 0,21 ATA (0,21 * 1,0 ATA = 0,21 ATA). Comme nous l’avons vu dans la dernière colonne, si nous sommes jeunes et en bonne santé, notre corps fonctionne parfaitement bien à des pressions partielles D’O2 jusqu’à 0,16 ATA et nous pouvons facilement tolérer un pO2 de 0,12 ATA au repos. Avec une exposition chronique, nous pouvons nous adapter à des po2 encore plus faibles.

cependant, lorsque nous plongeons, nous sommes généralement exposés à des po2 plus élevés., Le corps humain est capable de tolérer des pressions partielles accrues d’oxygène, jusqu’à environ 0,45 ATA, sans problème. Lorsque le pO2 s’élève au-dessus de ce niveau, des effets toxiques finiront par apparaître. L’effet toxique de l’oxygène sur les poumons est principalement un problème d’expositions longues (plusieurs heures, voire plusieurs jours) à des po2 compris entre 0,45 et 1,6 ATA. À pO2s au-dessus de 1,6 ATA, les effets toxiques de l’oxygène sur le cerveau se produisent (quelques minutes à quelques heures) avant les effets toxiques sur les poumons.,

de nombreux plongeurs récréatifs n’auront pas à s’inquiéter de la toxicité de l’oxygène car lors de la plongée dans l’air, le pO2 ne sera jamais assez haut, assez longtemps, pour causer des problèmes. L’effet narcotique de l’azote amène les plongeurs à limiter leur profondeur à un maximum de 130 fsw (40 msw). À cette profondeur, le pO2 est un peu plus de 1,0 ATA, trop faible pour s’inquiéter de la toxicité du SNC. La taille limitée de nos réserves d’air maintient les temps de fond suffisamment courts pour que nous n’ayons généralement pas à nous soucier de la toxicité pulmonaire.,

cependant, de nombreux plongeurs récréatifs plongent maintenant du Nitrox avec jusqu’à 40% d’oxygène et certains utilisent des niveaux d’oxygène plus élevés ou même de l’oxygène pur pour la décompression. Lorsque vous respirez des pourcentages plus élevés d’oxygène, des effets toxiques sont observés à des profondeurs moins profondes. L’O2 dans l’air n’atteint pas une pression partielle de 1,6 ATA jusqu’à une profondeur de 218 fsw (66 msw), bien plus profonde qu’un plongeur récréatif. Cependant, L’O2 dans Nitrox40 atteindra un pO2 de 1,6 ATA à une profondeur de seulement 99 fsw (30 msw), une profondeur que la plupart des plongeurs récréatifs plongeront aussi régulièrement., De plus, L’utilisation de Nitrox vous permet de plonger plus longtemps avant d’avoir besoin d’arrêts de décompression, et de faire des arrêts de décompression plus courts si vous entrez en décompression. En conséquence, les plongeurs récréatifs utilisent des réservoirs plus grands, ou plusieurs réservoirs, et font des plongées plus longues. Ces plongées plus longues augmentent également le risque de toxicité de L’O2. Par conséquent, tous les plongeurs doivent avoir au moins une compréhension de base de la toxicité de l’oxygène.

l’oxygène est un gaz incolore, inodore et insipide et constitue 20,98% de l’air en volume. La toxicité de l’oxygène est fonction du pO2, du temps d’exposition et de la variation individuelle., Il existe une différence marquée dans la sensibilité des individus à la toxicité de l’oxygène et un changement chez le même individu d’un jour à l’autre.

La toxicité de l’oxygène est vraiment une fonction de la pO2 dans les cellules et toutes les cellules mourront si elles sont exposées à un assez haut pO2 pour une assez longue période de temps. En vivant, respirer les humains cependant, il n’y a que deux tissus dont nous devons nous préoccuper, les poumons et le cerveau. Les effets toxiques de l’oxygène sur ces tissus nous neutraliseront avant que les autres tissus aient un problème sérieux., Pour être parfaitement correct, un troisième tissu peut devenir un problème dans de rares cas où un plongeur recycleur a fait beaucoup de plongée, tous les jours, pendant plusieurs jours d’affilée. L’œil peut devenir quasi-sited. Cette « myopie induite hyperbare » dépasse le cadre de cette colonne.

En général, la sensibilité d’une cellule à la toxicité de l’oxygène est liée à son taux de métabolisme. Une cellule au repos est relativement résistante tandis qu’une cellule active est plus sensible.

Ce point suivant est essentiel pour comprendre la toxicité de l’oxygène., Normal de l’oxygène est une molécule composée de deux atomes d’oxygène avec un nombre équilibré de protons et d’électrons, de sorte que la molécule n’a pas de charge électrique. Cette molécule normale d’oxygène n’est pas toxique!!

le problème est que chaque fois que l’O2 moléculaire existe, il forme d’autres substances connues sous le nom de « radicaux d’oxygène ». Les radicaux d’oxygène sont des molécules hautement réactives, formées à partir d’oxygène, qui contiennent souvent au moins un électron supplémentaire., Ces molécules sont formées à partir de collisions entre molécules d’oxygène, de collisions entre oxygène et autres molécules et à la suite de processus métaboliques dans les cellules. Les exemples incluent les anions superoxydes, le peroxyde d’hydrogène, les radicaux hydroperoxy et hydroxyle et l’oxygène singulet. Les radicaux d’oxygène se lient souvent à la molécule suivante avec laquelle ils entrent en contact, endommageant ou modifiant généralement cette molécule. Par conséquent, chaque fois que vous avez O2, vous aurez des radicaux O2. Même s’il y avait un moyen magique d’éliminer tous les radicaux d’oxygène d’un réservoir d’oxygène, plus se formerait immédiatement., Le nombre de radicaux O2 est proportionnel à la pression partielle D’O2.

Il existe des centaines de réactions chimiques spécifiques dans lesquelles les radicaux d’oxygène peuvent être impliqués qui endommagent la cellule, mais en termes généraux, ils causent des dommages de trois façons. Le premier est par inactivation des enzymes. Les Enzymes sont des protéines qui agissent comme catalyseurs, provoquant des réactions qui ne se produiraient normalement pas à la température corporelle. Ils le font en maintenant les deux molécules qui doivent réagir exactement dans la bonne orientation l’une par rapport à l’autre afin qu’elles se rejoignent., La molécule résultante est libérée et l’enzyme recommence, répétant le processus des milliers de fois. Si la forme de l’enzyme est modifiée, les molécules ne seront pas maintenues dans la bonne orientation et la réaction ne se produira pas. Les radicaux oxygène provoquent la réticulation des groupes sulfydryles, modifiant ainsi la forme de l’enzyme et l’inactivant. Ils provoquent également des changements dans la forme des protéines responsables du transport des ions dans et hors des cellules à travers la membrane cellulaire, les empêchant de fonctionner. Enfin, les radicaux oxygénés provoquent la peroxydation des différents lipides dans les cellules.,

toutes les cellules des animaux qui respirent l’oxygène ont des moyens d’inactiver les radicaux oxygénés et de réparer une partie des dommages causés par eux. Les deux principales défenses sont la superoxyde dysmutase et la catalase. Ces deux enzymes aident à maintenir un bon apport en glutathion réduit. Le glutathion réduit a beaucoup de groupes sulfydryle et les radicaux de l’oxygène se lieront à eux, et seront donc indisponibles pour causer des dommages à la cellule. Les vitamines E et C sont également des antioxydants.

les radicaux D’oxygène ne sont pas seulement importants en plongée, mais deviennent très importants en médecine., L’une des méthodes utilisées par les globules blancs (WBC) pour tuer les bactéries consiste à enfermer les bactéries dans une membrane, puis à injecter des radicaux d’oxygène dans la vacuole (le WBC fabrique les radicaux O2). Les radicaux d’oxygène tuent réellement les bactéries. En outre, nous savons maintenant que les radicaux O2 sont la dernière méthode de dommages dans de nombreuses maladies. Les radicaux oxygénés sont donc à la fois « bons » et « mauvais ».

il semblerait raisonnable de conclure que si les radicaux O2 causent des dommages cellulaires, la prise d ‘ « antioxydants » devrait aider à réduire les dommages., Jusqu’à présent, les résultats de nombreuses études bien conçues n’ont montré aucun avantage à prendre des suppléments anti-oxydants. Certains avantages ont été démontrés lorsque des quantités accrues d’antioxydants sont consommées en mangeant des aliments riches en antioxydants. Cela suggère que quelque chose d’autre dans la nourriture est nécessaire pour obtenir l’effet bénéfique des antioxydants qui ne sont pas disponibles dans les suppléments.

l’essentiel est que chaque fois que O2 existe, des radicaux O2 seront formés. Le nombre de radicaux O2 est proportionnel au pO2. Toutes nos cellules ont des défenses contre les dommages causés par les radicaux O2., À pO2s normal, nos cellules sont plus que capables de réparer les dommages causés par les radicaux O2. Comme le pO2, et le nombre de radicaux O2 est augmenté, un point est atteint où les cellules ne peuvent pas réparer les dommages aussi rapidement qu’il se produit. Par conséquent, les dommages s’accumuleront jusqu’à ce que la fonction de la cellule soit altérée ou que la cellule meurt.

compte tenu de l’explication ci-dessus, il devrait être évident que la toxicité de L’O2 dépendra du pO2 et du temps d’exposition., L’autre facteur est que nous sommes tous biologiquement différents et que certains individus auront plus de défenses contre les radicaux O2 que d’autres. Pour compliquer davantage le problème, nos défenses contre les radicaux O2 changent également considérablement d’un jour à l’autre. Par conséquent, nous avons marqué des différences de sensibilité aux dommages radicaux O2 chez différentes personnes et à différents jours chez la même personne.

dans le prochain article, je parlerai des effets de la toxicité de l’oxygène sur les poumons et le cerveau.