Rôle de l'oxygène dans les phénomènes de narcose à l'azote

The role of oxygen in inert gas narcosis

• Auteur / Autrice : Pierre Lafère
• Direction : Jacques Mansourati, Costantino Balestra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie-santé. Physiologie
• Date : Soutenance le 12/09/2014
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Optimisation des régulations physiologiques (Brest, Finistère) - Laboratoire de physiologie environnementale et occupationnelle (Bruxelles)
• Jury : Président / Présidente : Yves Ozier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Mansourati, Costantino Balestra, Yves Ozier, Peter Germonpré, Daniel Mathieu, François Guerrero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Germonpré, Daniel Mathieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxygène

Narcose à l'azote

Mots clés libres

Fréquence critique de fusion

Tests psychométriques

Plongée sous-marine

Narcose à l’azote

Oxygène

Critical Flicker fusion frequency

Psychometric tests

Scuba diving

Nitrogen narcosis

Oxygen

Résumé

Le plongeur subit de nombreuses contraintes issues du milieu dans lequel il évolue. La narcose à l’azote par ses effets sur la performance cognitive en fait partie. Elle est impliquée dans de nombreux accidents de plongée sous-marine. Il est donc nécessaire de développer un outil fiable pour évaluer la performance cognitive sous l’eau de manière quantitative, reproductible et indépendante de la subjectivité du plongeur. Ensuite, après validation de cet outil (fréquence critique de fusion du scintillement - CFFF) préciser le rôle des facteurs modulateurs de la narcose en particulier celui de l’oxygène. Nos investigations sont réalisées chez des volontaires sains sélectionnés spécifiquement pour obtenir une population homogène (genre, âge, BMI, condition physique et expérience en plongée). L’analyse de la performance cérébrale est réalisée au moyen de tests psychométriques, d’échelles visuelles analogique et de la CFFF dans différentes conditions (normobarie, plongées simulées et réelles à 30 mètres de profondeur pendant 20 minutes) et avec différents gaz (air et Nitrox 40%). L’effet propre de l’oxygène est appréhendé par l’utilisation de la spectroscopie proche de l’infrarouge (NIRS).Nos mesures confirment d’une part la dégradation progressive de la performance cognitive tant par les tests psychométriques que par la CFFF avec un bon degré de corrélation (Pearson de 0,86 à 0,93) entre eux et d’autre part l’incapacité du plongeur à s’auto- évaluer. L’évolution de la performance cognitive est caractérisée par une amélioration lors de l’arrivée en profondeur d’autant plus marquée que la quantité d’oxygène dans le mélange respiré est importante, suivie par une dégradation qui persiste au moins jusqu’à 30 minutes après le retour en surface, surtout en respiration d’air. L’utilisation de l’imagerie fonctionnelle cérébrale (NIRS) permet d’associer l’amélioration des performances cognitives à une activation cérébrale dépendante de l’oxygène. L’oxygène semble donc être un élément important de la modulation des symptômes de la narcose à l’azote. De manière très cohérente avec la théorie neurochimique de la narcose nous suggérons que l’effet net sur la performance cérébrale dépend d’une balance entre les effets activateurs de l’oxygène et les effets inhibiteurs de l’azote.

During a dive subjects undergo many environmental stressors. Nitrogen narcosis through its effects on cognitive performance is one of them. Narcosis is indeed involved in many scuba diving accidents. It is therefore mandatory to develop a quantitative, reliable, reproducible tool to evaluate underwater diver’s cognitive performance. This tool should not be dependent on diver’s subjectivity. Once this tool (critical flicker fusion frequency - CFFF) is validated, we could then clarify the role of narcosis modulating factors in particular that of oxygen.Our investigations were performed in healthy volunteers specifically selected in a large group of recreational diver to obtain a standard population (gender, age, BMI, fitness and experience in diving). Cerebral performance analysis is carried out using psychometric tests, visual analogic scale and CFFF in different conditions (normobaria, simulated and open-water dives to a depth of 30 meters of fresh or salt water for 20 minutes) and with different gases (air and EANx 40%). The specific effect of oxygen is apprehended by use of near infrared spectroscopy (NIRS).On one hand, our measurements confirm the gradual deterioration of cognitive performance by both psychometric tests and CFFF, which share a good degree of correlation (Pearson from 0.86 to 0.93) and on the other hand diver’s inability to assess themselves.The evolution of cognitive performance is characterized by an improvement when arriving at depth followed by a progressive impairment that persists for at least 30 minutes after surfacing.The more oxygen in the breathing mixture, the better improvement in the early part of the dive and the less impairment in the following measurements are observed. Brain functional imaging (NIRS) allows us to pair the observed cognitive performance improvement with oxygen-dependent brain activation.It seems that Oxygen is an important modulator of the symptoms of nitrogen narcosis. In accordance with the neurochemical theory of narcosis we suggest that the net effect on cerebral performance depends on a balance between the activating effects of oxygen and the inhibitory effects of nitrogen.