Physiologie thermique et métabolique des immersions prolongées en environnement froid

Thermal and metabolic physiology of prolonge immersions in cold environment

• Auteur / Autrice : Florence Riera
• Direction : Lionel Bourdon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie intégrée en conditions extrêmes
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Consommation d'oxygène

Frissonnement

Température cutanée

Immersion dans l'eau

Effets physiologiques

Plongée sous-marine

Plongée sous-marine -- Physiologie

Résumé

Afin de mieux comprendre les effets thermo-physiologiques de la plongée prolongée en eau froide, une étude a été conduite chez 10 plongeurs professionnels de la Marine nationale. Ils ont réalisé plusieurs immersions statiques complètes pendant 6 heures à différents niveaux de température d’eau : 34°C sans protection thermique et deux en eau froide (18°C et 10°C) avec une combinaison de protection spéciale. Des mesures thermiques, métaboliques et endocriniennes ont été effectuées avant, pendant et au décours de ces immersions. A 34°C, un équilibre thermique quasi-parfait est maintenu pendant toute la durée de l’immersion et aucun ajustement métabolique significatif n’est observé. En eau froide et malgré la protection vestimentaire, la température corporelle profonde (Tco) diminue de façon régulière et continue pendant toute l’immersion, de façon identique dans les deux situations (36,2 ± 0. 4 °C à la fin). La température cutanée moyenne (mTsk) diminue de façon rapide et importante au cours des 3 premières heures d’immersion puis se stabilise à 25,6 ± 0,8 °C (à 10°C) et à 29. 3 ± 0. 9 °C (à 18°C, la différence est significative, p< 0,05). Dans les deux cas, Tsk au niveau des extrémités (mains et pieds) se stabilise à des niveaux peu différents de la température de l’eau provoquant un inconfort et une gêne considérable au mouvement coordonné. Dans ces conditions, les pertes de chaleurs, bien que limitées, ne sont pas totalement compensées sans évolution majeure de la production de chaleur au cours de l’immersion, malgré une inversion d’utilisation de substrats à mi-parcours avec passage d’une source glucidique préférentielle (lactatémie élevée, QR élevé) à une source lipidique (glycérol et AGL élevés, QR plus bas) préférentielle sous l’effet du frisson et de la stimulation adrénergique. Dans ces conditions, très proches de la réalité de terrain, il semble donc que la production métabolique de chaleur : i) soit principalement liée à la température et aux pertes thermiques cutanées et non à la température corporelle profonde, et ii) ne soit jamais suffisante pour freiner la descente de la température corporelle profonde qui semble inéluctable même s’il apparaît iii) que les plongeurs professionnels ont probablement développé des stratégies de réponse « adaptative» spécifiques à l’eau froide.

Prolonged exposure to cold water induces a decrease in core temperature (Tco) as well as at the level of the extremities even in wet-suited divers. An experiment was thus carried out to verify the type of thermal reaction and whether the standard wet-suit used by French navy seals provides adequate protection during a 6-hour long dive. Ten male professional divers, participated in three 6-h full immersions, naked in 34°C water, and fully wet-suited in 10°C and 18°C water. In 34°C water, a true thermal equilibrium was observed in every subject during the 6h without any change in metabolism. In cool water, Tco decreased regularly all along the experiment to reach 36. 2 ± 0. 4 °C in both conditions. Mean skin temperatures (mTsk) decreased dramatically during the first three hours of the immersion than stabilized at a lower level at 10°C (25. 6 ± 0. 8 °C) than at 18°C (29. 3 ± 0. 9 °C, the difference being significant, p<0. 05). However, Tsk of the hands did not plateau, and reached values of 13. 9 ± 1. 4 °C and 13. 8 ± 1. 8 °C at 10 and 18 °C, respectively, leading to a dramatic numbness and discomfort in both cases. In such conditions, heat losses, even limited, are not fully compensated without any change during the immersion. However, metabolic data showed consistently a decrease of RER and lactatemia during the second half of cold exposure at 10°C and an increase in plasma glycerol and free fatty acid, in favour of a shift from a glucidic to a lipidic metabolism during the immersion, likely to be induced by the shivering and the adrenergic stimulation. This study shows that professional divers were able to undergo six-hour long immersions in cold water (10 or 18°C) with standard wet-suits without experiencing hypothermia. However, they experienced major thermal discomfort at the end of the immersion, especially at the level of the hands and feet. In such conditions, very close to the reality, it thus seems that metabolic heat production is i) mainly related to the skins temperature and heat losses and not to the core temperature, and ii) never sufficient to fully overcome the decrease of the core temperature and iii) depending of specific “adaptative” strategy that each swimmer probably developed in response to cool water exposure.