Brevet FR2557463A1 — publié le 19850705

Masque respiratoire de protection en atmosphère raréfiée, notamment pour passager d'avion volant à haute altitude L'invention concerne les masques respiratoires de protection en atmosphère raréfiée, et particulièrement ceux destinés à la protection des passagers d'avions volant à haute altitude, contre les risques de perte de pressurisa tion de la cabine. Les masques respiratoires de protection destinés à remplir ce besoin,- d'utilisation peu fréquente, doivent être légers et de constitution simple et économique. On utilise essentiellement, à l'heure actuelle, des masques du type comportant une alimentation d'oxygène. Un tel masque est schématisé en Figure 1. En cas de dépressurisation, dès que la source (non représentée) est mise en service, elle alimente en continu, en oxygène à pression peu supérieure à la pression ambiante, un tuyau d'alimentation qui débouche dans le sac économiseur souple 12 fixé au couvre-face 13 et relié à l'intérieur de ce dernier par un clapet anti-retour d'admission 14. Un clapet antisuffocation 16 et un clapet d'expiration 15 légèrement taré pour maintenir une légère surpression dans le couvre-face sont fixés sur ce dernier. Le rôle du sac économiseur 12 est de collecter le débit d'oxygène fourni par la source pendant les périodes d'expira tion, alors que le clapet d'admission est fermé, ou bien de le laisser échapper à l'atmosphère. Ce type de masque permet d'assurer une protection suf fisante jusqu'à une altitude d'environ 12 000 m. Au-delà de cette altitude, même l'inhalation d'oxygène pur laisse subsister une hypoxie. La solution qui vient à l'esprit consiste alors à alimenter les masques en oxygène sous pres sion, mais cela implique une complexité du système d'alimen tation qui n'est acceptable que pour l'équipage de l'avion, qui doit en assurer la conduite. Pour lever cette difficulté, il a été nécessaire de reprendre complètement l'étude du problème de la protection à haute altitude et de s'écarter totalement de l'idée que la protection assurée en altitude ne peut être accrue que par l'accroissement de la proportion d'oxygène dans le mélange inspiré pour accroître simultanément la pression partielle alvéolaire d'oxygène. Si on considère par exemple le cas d'une exposition à la pression atmosphérique à une altitude de 13 700 m (45 000 pieds environ), où la pression barométrique est d'environ 14,7 kPa, l'inhalation d'oxygène pur conduirait à une pression partielle alvéolaire moyenne théorique en oxygène PA02 d'en viron 3,1 kPa. Il s'agit d'une situation hypoxique qui, en principe, doit déclencher une hyperventilation réflexe. En raisonnant par analogie avec la situation qui intervient lors d'une exposition à une altitude d'environ 5500 m en respiration naturelle, et qui produit la même hypoxie théo rique, on a en principe un doublement approximatif de la ventilation totale V provoqué essentiellement par augmentation du volume courant VT, la fréquence respiratoire augmentant peu et restant proche de 18 à 20 cycles/mn. Mais, dans la réalité, cette hyperventilation a une conséquence qui la contrecarre. Elle provoque une chasse de gaz carbonique et la diminution de la pression partielle alvéolaire. Cette diminution est notable, puisqu'elle peut ramener la pression partielle alvéolaire de ce gaz PAC02 à une valeur comprise entre 3 et 4 kPa. Or, la commande respi ratoire n'est régulée qu'accessoirement par Pu02. Elle dépend beaucoup plus de PACO2. En conséquence, l'hyperventilation induite par la diminution de PAO2 est partiellement inhibée par la diminution qui en résulte de PACO2, ce qui laisse subsister une hypoxie. L'invention propose d'écarter cette difficulté en ramenant artificiellement, par réinhalation d'une fraction des gaz d'expiration, la pression partielle alvéolaire de gaz carbonique à sa valeur normale, ou même au-delà, de façon à forcer l'hyperventiiation. L'hypercapnie résultant de cette réinhalation modifie fortement le quotient respi ratoire, c'est-à-dire le rapport entre le débit rejeté de gaz carbonique et le débit d'oxygène consommé, augmente la pression partielle alvéolaire d'oxygène et, au surplus, semble également modifier dans un sens favorable les dis tributions relatives de la ventilation et de la circulation sanguine pulmonaire. Une teneur en C02 d'environ 18% du mélange inspiré semble devoir être proche de l'optimum à l'altitude de 13 700 m envisagée plus haut. Une telle teneur correspond en effet à environ 5% de C02 dans l'air inspiré lors de la respiration en air ambiant à une altitude de l'ordre de 5000 m et on a constaté que l'administration de C02 à ce taux améliore beaucoup la tolérance à l'hypoxie. Il faut incidemment souligner que l'application qui est faite dans le cas présent de la réinhalation a un but très notablement différent de celle qui a été appliquée dans les techniques d'anesthésie. Dans ce dernier cas en effet, on recherche essentiellement, par réinhalation, une augmentation de la concentration en C02 en vue d'une excitation respiratoire qui provoque une absorption plus rapide de vapeurs. d'anesthésique. Dans la pratique, on pourra prévoir, après stabilisation de l'hypoxie à une altitude d'environ 13 700 m, un taux de réinhalation compris entre un tiers et un demi (c'est-à-dire une proportion de un tiers à un demi de gaz expiré précédemment dans les gaz inspirés par le porteur du masque), la proportion étant déterminée sur l'ensemble du cycle respiratoire. Le taux peut être choisi à une valeur supérieure lors de la phase de décompression, de façon que la concentration FECO2 de gaz carbonique dans l'air expiré soit comprise entre 36 et 62%, pour tomber ensuite entre 24 et 42%. L'invention propose en conséquence un masque respiratoire du type ci-dessus défini caractérisé en ce que le masque comporte un volume de recueil d'une fraction du mélange respiratoire expiré, destiné à être mélangé à l'oxygène provenant de la source, en proportion provoquant une hyperventilation réflexe du porteur du masque. Le volume de recueil peut être constitué par le sac économiseur lui-même, la liaison entre le sac et le couvresac étant alors démunie de clapet anti-retour. Dans une solution qui donne davantage de souplesse, le volume de recueil est constitué par un sac souple de réinhalation relié directement à l'intérieur du couvre-face, le sac éco nomiseur muni d'un clapet anti-retour étant conservé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de masques qui en constituent des modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1, déjà mentionnée, est un schéma de prin cipe d'un masque de protection contre la dépressurisation, suivant l'art antérieur, - la Figure 2 est une vue en perspective d'un masque constituant un mode particulier de réalisation de l'invention, - les Figures 3 et 4 sont des coupes simplifiées suivant les lignes 111-111 et IV-IV de la Figure 2, - les Figures 5 et 6, similaires à la Figure 3, montrent deux variantes de réalisation, - les Figures 7 et 8 montrent deux types de loi de varia tion du débit d'appoint en oxygène en fonction de l'altitude utilisables dans la mise en oeuvre de l'invention. Un masque suivant un premier mode de réalisation de l'invention a la même constitution générale que celui de la Figure 1. Il comporte également une soupape d'expiration 15, rappelée élastiquement vers sa position de fermeture pour assurer une légère surpression, et une soupape inspiratoire 16 tarée. Cette soupape a pour but de permettre l'inspiration d'air additionnel ou de remplacement, en cas de défaut d'ali mentation en oxygène. Mais le masque suivant l'invention est démuni de soupape d'inspiration 14 entre le sac économiseur 12 et l'intérieur du couvre-face 13 et le volume de ce sac, qui constitue égale ment le volume de recueil, est choisi pour que le mélange inspiré soit constitué environ à 50% d'oxygène d'apport et 50% de gaz expiré. Ce résultat est atteint en donnant au sac 12 un volume égal approximativement aux trois-quarts du volume courant VT et en réglant le débit d'oxygène admis à une valeur qui ne dépasse pas 50% du débit respiratoire total, ce qui peut être obtenu à l'aide d'un calibreur fixe disposé sur le trajet du tuyau d'alimentation 11. Dans ces conditions, le sac se remplit lors de i 'expi- ration d'un mélange constitué pour un tiers environ d'oxygène, pour deux tiers de gaz expiré. A titre d'exemple, dans le cas d'un porteur de masque respirant à raison de 20 cycles par minute, ayant un volume courant de 1,20 dm3 avec une ventilation totale VE = 24 dm3/mn, on obtient les résultats recherchés à 13 700 m avec 3 V 02 = 12 dm3/mn V = 0,9 dm3 (volume du sac). Lors de l'expiration, qui dure environ 1,5 s, le sac se remplit de 0,3 dm3 d'oxygène et, donc, de 0,6 dm3 de gaz expiré. Lorsque l'avion redescend, le débit en volume d'oxygène va diminuer, si un calibreur fixe est interposé sur le tuyau d'alimentation. Le volume courant VT va diminuer corrélative ment. Pour éviter l'augmentation qui en résulte dru taux de réinhalation, qui se traduirait par un accroissement incon fortable de la pression partielle en C02 du mélange inspiré, il suffit d'augmenter le débit d'oxygène admis, ce qui peut être automatiquement effectué, soit par variation du calibreur, soit par alimentation à pression variable par la centrale d'oxygène. Dans les deux cas, on pourra adopter une loi alti métrique du genre montré en Figure 7 ou, plus simplement, une loi par incrément du genre montré en Figure 8. L'augmentation du débit d'oxygène se traduit par une --ventilation du sac. Un intérêt supplémentaire de la solution est de permettre, à altitude élevée, une économie notable sur le débit d'oxygène requis, donc une augmentation de la durée d'utilisation avant épuisement de la réserve d'oxygène. Le masque montré en Figures 2 à 4 comporte, comme le précédent, un couvre-face muni d'une alimentation en oxygène 11 et d'un sac économiseur 12. Ce sac débouche dans le couvre-face 13 par une soupape anti-retour 14. Le couvre face comporte également une soupape 15 d'expiration et une soupape d'inspiration 16 anti-suffocatoire. Le volume de recueil d'une fraction des gaz expirés est cette fois cons titué par un sac ou une poche supplémentaire 17 directement rapporté sur le couvre-face 13, sans interposition de clapet : le volume du sac 17 sera déterminé pour remplir les mêmes conditions que ci-dessus, c'est-à-dire pourra être d'environ 0,6 dm3. Cette solution présente, par rapport à celle de la Figure 1, l'avantage de dissocier complètement les fonctions d'économie et de réinhalation.Elle présente une moindre sensibilité au rapport entre le débit ventilatoire et le débit d'oxygène frais, ce qui pourra souvent permettre de supprimer les moyens de modification du débit respiratoire. Le masque montré en Figure 5 ne se différencie du précédent que par le montage du sac économiseur 12 en appendice sur le volume de 'recueil 17, également constitué par un sac couple. En conséquence, le mélange entre l'oxygène et les gaz expirés se produit dans le volume 17 et non plus dans le couvre-face. Enfin, dans le cas illustré en Figure 6, le sac 17 constituant volume de recueil enveloppe le sac économiseur 12 et débouche dans le couvre-sac 13 par un passage annulaire ménagé autour du siège du clapet anti-retour 14. D'autres variantes encore de réalisation sont possibles. Dans tous les cas, l'invention permet de réaliser un masque étendant le domaine de protection en cas de dépressurisation jusqu'à une altitude d'environ 13 700 m. En conséquence, un tel masque permet d'assurer une protection satisfaisante aux passagers d'avions d'affaires dont l'altitude de croisière atteint fréquemment ces valeurs, tout en permettant de minimiser la quantité d'oxygène stockée pour les situations d'urgence. REVENDICATIONS 1. Masque respiratoire de protection en atmosphère raréfiée, comportant un couvre-face muni de clapets d'admission et d'expiration, relié par un sac souple économiseur à une source d'alimentation continue en oxygène, caractérisé en ce que le masque comporte un volume de recueil d'une fraction du mélange respiratoire expiré, destinée à être mélangée à l'oxygène provenant de la source en proportions provoquant une hyperventilation réflexe du porteur de masque. 2. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de recueil est constitué par le sac économiseur, la liaison entre le sac et le couvre-face étant démunie de clapet anti-retour. 3. Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de recueil est constitué par un sac souple de réinhalation relié directement à l'intérieur du couvreface. 4. Masque selon la revendication 3. caractérisé en ce que le sac de réinhalation enveloppe le sac économiseur et débouche dans le couvre-face autour d'un clapet antiretour de liaison entre le sac économiseur et le couvreface. 5. Masque selon la revendication 3. caractérisé en ce que le sac économiseur débouche dans le sac de réinha lation par un clapet anti-retour. 6. Masque selon l'une quelconque des revendications précédentes pour protection des passagers d'avion atteigant 13 700 m contre la perte de pressurisation, caractérisé en ce que le volume de recueil est déterminé pour fournir un taux de réinhalation compris entre 1/3 et 1/2, généralement environ 0,6 dm3. 7. Masque selon l'une quelconque des revendications précédentes. caractérisé par des moyens pour faire varier, en fonction inverse de l'altitude, le débit d'oxygène admis au couvre-face. 8. Masque suivant la revendication 7. caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un calibreur fixe et une source d'alimentation à pression variable pour fournir un débit suivant une loi incrémentale (Figure 8) ou une loi altimétrique (figure 7) avec diminution de débit à partir d'un seuil d'altitude. 9. Masque suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un calibreur à section variable pour fournir un débit suivant une loi incrémentale (Figure 8) ou une loi altimétrique (Figure 7) avec diminution de débit à partir d'un seuil d'altitude.