Voici une représentation schématique de la distribution des volumes des poumons (en blanc), de la masse sanguine (en rouge), du coeur (en noir) et de l'abdomen (en gris) chez un sujet debout "au sec", donc soumis au champ de pesanteur terrestre. L'abdomen et la masse sanguine sont attirés vers le bas par la pesanteur (la répartition du volume sanguin n'est pas la même lorsqu'on est allongé). Il est important de noter pour la suite que les organes représentés sont souples, déformables et que leurs positions respectives résultent d'un équilibre de forces (pesanteur, élasticité, pressions relatives). Si on s'immerge partiellement, la pression hydrostatique (pression relative) est immédiatement transmise à la partie du corps qui se trouve dans l'eau. Pour qu'un nouvel équilibre des forces s'installe, un plus grand volume sanguin va se retrouver là où les vaisseaux sont le plus extensibles : les capillaires des poumons. Ceux-ci peuvent se dilater plus facilement que n'importe quels autres vaisseaux, sans déplacer d'autres tissus, car ils sont à proximité d'une masse gazeuse : l'air contenu dans les poumons. Le coeur étant lui aussi situé dans cette région, verra son volume augmenter. Lorsqu'on est totalement immergé, 700 ml de sang supplémentaires se retrouvent répartis dans les poumons et le coeur. Le volume des poumons est également réduit par le déplacement du diaphragme vers le haut (la poussée d'Archimède compense le poids de l'abdomen). Par ailleurs, le tissu pulmonaire gorgé de sang perd de sa souplesse. On voit donc que le simple fait de s'immerger modifie le travail du coeur (volume cardiaque plus important), l'efficacité respiratoire (volume pulmonaire moindre) et l'effort inspiratoire (poumons moins souples).

Augmentation de la pression sanguine

Dans le corps en immersion, toutes les pressions relatives augmentent. Le déplacement sanguin est quasi-instantané au moment de l'immersion. Le sang en provenance des organes et qui arrive au coeur est habituellement à une pression relative nulle. En immersion, cette pression est de 10 mm Hg. L'afflux sanguin du à l'immersion augmente donc la pression dans les veines, entraîne un bon remplissage du coeur et facilite son travail. Le résultat est une augmentation de la pression sanguine dans les artères. La pression dans les artères est contrôlée en permanence. Comme celle-ci augmente trop, un mécanisme de régulation entre en jeu : le rythme cardiaque diminue et le diamètre des artères augmente.

Le choc thermo différentiel (hydrocution)

On vient de voir que l'augmentation de la pression dans les artères déclenche une réaction réflexe qui ralentit le coeur et élargit les artères. Ces réactions sont le fait du système nerveux parasympathique. C'est lui qui intervient dans le mécanisme du choc thermo différentiel.

Sous l'action de la chaleur externe, les vaisseaux s'ouvrent sous la peau afin de favoriser la dissipation de la chaleur corporelle. La fréquence cardiaque augmente alors pour pouvoir convenablement alimenter ce volume de vaisseaux ouverts. Si après une longue exposition au soleil on se jette à l'eau, la chute de température va provoquer une fermeture des vaisseaux périphériques (vasoconstriction). Le grand volume sanguin va donc refluer vers l'intérieur du corps : la pression sanguine va augmenter brutalement, générant une réaction toute aussi brutale du système parasympathique qui peut arrêter le coeur en quelques secondes !

Déshydratation accélérée

La noradrénaline est une hormone qui participe à l'augmentation de la pression sanguine lorsque c'est nécessaire. Elle est secrétée lorsque le système nerveux orthosympathique le commande. Le système orthosympathique est chargé d'augmenter la fréquence cardiaque et de donner du tonus aux muscles qui commandent la fermeture des petites artères. Bref, c'est un système qui augmente la pression sanguine. Le système orthosympathique et le système parasympathique se passent le relais en fonction des conditions et des exigences du moment.

En immersion, on a vu que c'est le système parasympathique qui est en éveil. Le corps contient donc peu de noradrénaline. Cette faible concentration de noradrénaline va avoir une conséquence sur les cellules de la paroi de nos vaisseaux : ces cellules vont s'écarter les unes des autres au point que l'espace interstitiel (espace entre les cellules) sera sensiblement plus grand qu'à l'habitude. L'eau du corps pourra alors rejoindre le sang plus facilement, ce qui aura pour effet d'augmenter le volume du plasma sanguin (hyper volémie). Quand le volume plasmatique augmente, la diurèse (production d'urine) augmente également car il y a plus de sang à filtrer. Le débit urinaire qui est normalement de 1 ml / minute passe à 6 ml / minute en immersion !

Meilleure élimination de l'azote

Quand on sort de l'eau, les pressions relatives reprennent leurs valeurs normales et les vaisseaux reprennent peu à peu leur taille initiale. La déshydratation a augmenté la viscosité du sang et rend par conséquent plus difficile l'élimination de l'azote. C'est pourquoi il est conseillé de boire de l'eau immédiatement après la plongée.

En conclusion une petite remarque sur notre état entre l'arrivée en surface et le retour sur le bateau. Nous sommes dans l'eau jusqu'au cou, presque entièrement immergés, nos vaisseaux sanguins sont bien ouverts (sauf près de la peau s'il fait froid), l'espace entre les cellules permet une circulation facile des liquides... Ce sont d'excellentes conditions pour éliminer l'azote !