ISO 16976-3:2022

Respiratory protective devices — Human factors — Part 3: Physiological responses and limitations of oxygen and limitations of carbon dioxide in the breathing environment

This document gives: a description of the composition of the Earth's atmosphere; a description of the physiology of human respiration; a survey of the current biomedical literature on the effects of carbon dioxide and oxygen on human physiology; examples of environmental circumstances where the partial pressure of oxygen or carbon dioxide can vary from that found at sea level. This document identifies oxygen and carbon dioxide concentration limit values and the length of time within which they would not be expected to impose physiological distress. To adequately illustrate the effects on human physiology, this document addresses both high altitude exposures where low partial pressures are encountered and underwater diving, which involves conditions with high partial pressures. The use of respirators and various work rates during which RPD can be worn are also included.

Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains — Partie 3: Réponses physiologiques et limites en oxygène et en dioxyde de carbone dans l’environnement respiratoire

Le présent document présente: une description de la composition de l'atmosphère terrestre; une description de la physiologie de la respiration humaine; une étude de la littérature biomédicale actuellement disponible sur les effets du dioxyde de carbone et de l'oxygène sur la physiologie humaine; des exemples de circonstances environnementales dans lesquelles la pression partielle de l'oxygène ou du dioxyde de carbone peut différer de celle observée au niveau de la mer. Le présent document identifie les valeurs limites de la concentration en oxygène et en dioxyde de carbone et la durée pendant laquelle elles ne devraient pas causer de détresse physiologique. Pour illustrer de manière adéquate les effets sur la physiologie humaine, le présent document traite à la fois des expositions à haute altitude, avec de faibles pressions partielles, et de la plongée sous-marine, qui implique des conditions de pressions partielles élevées. Le présent document aborde également l'utilisation d'appareils de protection respiratoire et les diverses intensités d'activité pouvant donner lieu au port d'un APR.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 17-Oct-2022
• ICS: 13.340.30 - Respiratory protective devices
• Technical Committee: ISO/TC 94/SC 15 - Respiratory protective devices
• Drafting Committee: ISO/TC 94/SC 15/WG 5 - Human factors
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 18-Oct-2022
• Due Date: 03-Sep-2022
• Completion Date: 18-Oct-2022

Relations

• Revises: ISO/TS 16976-3:2019 - Respiratory protective devices — Human factors — Part 3: Physiological responses and limitations of oxygen and limitations of carbon dioxide in the breathing environment
• Effective Date: 10-Jul-2021

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16976-3
First edition
2022-10
Respiratory protective devices —
Human factors —
Part 3:
Physiological responses and
limitations of oxygen and limitations
of carbon dioxide in the breathing
environment
Appareils de protection respiratoire — Facteurs humains —
Partie 3: Réponses physiologiques et limites en oxygène et en dioxyde
de carbone dans l’environnement respiratoire
Reference number
ISO 16976-3:2022(E)
© ISO 2022

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ISO 16976-3:2022(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
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Email: [e-mail]
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
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ISO 16976-3:2022(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms.4
5 Oxygen and carbon dioxide in the breathing environment: Physiological responses
and limitations . 4
5.1 General . 4
5.2 Oxygen and carbon dioxide gas exchange in the human lung . 5
5.3 Oxygen and carbon dioxide transport in the blood . 5
5.4 Oxygen and carbon dioxide and the control of respiration . 7
5.5 Hyperoxia: physiological effects . . 8
5.6 Hypoxia: physiological effects . 9
5.7 Hypercarbia: Physiological effects .12
5.8 Relevance to the use of respiratory protective devices (RPD) . 15
5.9 Interpretation of results . 19
5.10 Significance of results . 19
Bibliography .20
iii
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ISO 16976-3:2022(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 94, Personal safety — Personal protective
equipment, Subcommittee SC 15, Respiratory protective devices.
This first edition of ISO 16976-3 cancels and replaces ISO/TS 16976-3:2019, which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— the document has been editorially revised.
A list of all parts in the ISO 16976 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
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ISO 16976-3:2022(E)
Introduction
Due to the nature of their occupations, millions of workers worldwide wear respiratory protective
devices (RPD). RPD vary considerably, from filtering devices, supplied breathable gas devices, and
underwater breathing apparatus (UBA), to escape respirators used in emergency situations (self-
contained self-rescuer or SCSR). Many of these devices protect against airborne contaminants without
supplying air or other breathing gas mixtures to the user. Therefore, the user might be protected
from particulates or other airborne toxins but still be exposed to an ambient gas mixture that differs
significantly from that which is normally found at sea level. RPD that supply breathing air to the
user, such as an SCBA or UBA, can malfunction or not adequately remove carbon dioxide from the
breathing space, thus exposing the user to an altered breathing gas environment. In special cases, RPD
intentionally expose the wearer to breathing gas mixtures that significantly differ from the normal
atmospheric gas mixture of approximately 79 % nitrogen and 21 % oxygen with additional trace gases.
These special circumstances occur in aviation, commercial and military diving, and in clinical settings.
Breathing gas mixtures that differ from normal atmospheric can have significant effects on most
physiological systems. Many of the physiological responses to exposure to high or low levels of either
oxygen or carbon dioxide can have a profound effect on the ability to work safely, to escape from a
dangerous situation, and to make clear judgements about the environmental dangers. In addition,
alteration of the breathing gas environment can, if severe enough, be dangerous or even fatal.
Therefore, monitoring and controlling the breathing gas, and limiting user exposure to variations in the
concentration or partial pressure of oxygen and carbon dioxide, is crucial to the safety and health of the
worker.
This document discusses the gas composition of the Earth's atmosphere; the basic physiology of
metabolism as the origin of carbon dioxide in the body, respiratory physiology and the transport of
oxygen to the cells and tissues of the body; and the subsequent transport of carbon dioxide from the
tissues to the lungs for removal from the body. Following the basic physiology of respiration, this
document addresses the physiological responses to altered breathing environments (hyperoxia,
hypoxia) and to the effects of excess carbon dioxide in the blood (hypercarbia). Examples are given
from the relevant biomedical literature.
Finally, it deals with the impact of altered partial pressures/concentrations of oxygen and carbon
dioxide on respirator use. The content of this Document is intended to serve as the basis for advancing
research and development of RPD with the aim of minimizing the changes in the breathing environment,
thus minimizing the physiological impact of RPD use on the wearer. If this can be accomplished, the
health and safety of all workers recommended by their occupation to wear RPD will be enhanced.
v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16976-3:2022(E)
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 3:
Physiological responses and limitations of oxygen and
limitations of carbon dioxide in the breathing environment
1 Scope
This document gives:
— a description of the composition of the Earth's atmosphere;
— a description of the physiology of human respiration;
— a survey of the current biomedical literature on the effects of carbon dioxide and oxygen on human
physiology;
— examples of environmental circumstances where the partial pressure of oxygen or carbon dioxide
can vary from that found at sea level.
This document identifies oxygen and carbon dioxide concentration limit values and the length of time
within which they would not be expected to impose physiological distress. To adequately illustrate
the effects on human physiology, this document addresses both high altitude exposures where low
partial pressures are encountered and underwater diving, which involves conditions with high partial
pressures. The use of respirators and various work rates during which RPD can be worn are also
included.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
alveoli
terminal air sacs of the lungs in which respiratory gas exchange occurs between the alveolar air and
the pulmonary capillary
Note 1 to entry: The alveoli are the anatomical and functional unit of the lungs.
Note 2 to entry: Actual ambient temperature and atmospheric pressure; saturated water pressure.
1
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ISO 16976-3:2022(E)
3.2
body temperature pressure saturated
BTPS
standard condition for the expression of ventilation parameters
EXAMPLE Body temperature (37 °C), atmospheric pressure (1 013,25 hPa) and water vapour pressure
(6,27 kPa) in saturated air.
Note 1 to entry: It is the atmospheric pressure at the test location that should be used whenever BTPS conditions
are specified.
3.3
carbaminohaemoglobin
HbCO
2
haemoglobin that has bound carbon dioxide at the tissue site for transport to the lungs
3.4
dead space
conducting regions of the pulmonary airways that do not contain alveoli (3.1) and,
therefore, where no gas exchange occurs
Note 1 to entry: These areas include the nose, mouth, trachea, large bronchia, and the lower branching airways.
This volume is typically 150 ml in a male of average size.
3.5
dead space
sum of all anatomical dead spaces (3.4) as well as under-perfused (reduced blood flow)
alveoli (3.1) which are not participating in gas exchange
Note 1 to entry: The volume of the physiological dead space can vary with the degree of ventilation. Thus, the
physiological dead space is the fraction of the tidal volume that does not participate in gas exchange in the lungs.
3.6
dyspnoea
sense of air hunger, difficult or laboured breathing, or a sense of breathlessness
3.7
end-tidal carbon dioxide
volume fraction of carbon dioxide in the breath at the mouth at the end of exhalation
Note 1 to entry: End-tidal carbon dioxide corresponds closely to alveolar carbon dioxide.
3.8
haemoglobin
Hb
specific molecules contained within all red blood cells that bind oxygen or carbon dioxide under normal
physiological states and transport either oxygen or carbon dioxide to or from the tissues of the body
3.9
hypercarbia
hypercapnia
excess amount of carbon dioxide in the blood
3.10
hyperoxia
volume fraction or partial pressure of oxygen in the breathing environment greater than that which is
found in the Earth's atmosphere at sea level, which contributes to an excess of oxygen in the body
Note 1 to entry: This can occur when a person is under hyperbaric conditions (i.e. diving), subjected to breathing
gas mixtures with an elevated oxygen fraction, or during certain medical procedures
2
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3.11
hypoxia
volume fraction or partial pressure of oxygen in the breathing environment below that which is found
in the Earth's atmosphere at sea level
Note 1 to entry: Anaemic hypoxia is due to a reduction of the oxygen carrying capacity of the blood as a result of
a decrease in the total haemoglobin or an alteration in the haemoglobin constituents.
3.12
hypocapnia
volume fraction or partial pressure of carbon dioxide in the breathing environment or in the body that
is lower than that which is found in the Earth's atmosphere at sea level
Note 1 to entry: This usually occurs under hyperventilation conditions (i.e. diving) or in medical settings that
contribute to a reduction of carbon dioxide in the body.
3.13
medulla oblongata
area of the brain where the respiratory control centre is located
3.14
oxyhaemoglobin
HbO
2
haemoglobin (3.8) that has bound oxygen from the lungs for transport to the body tissues
3.15
partial pressure
pressure exerted by each of the components of a gas mixture to form a total pressure
EXAMPLE Air is a mixture of oxygen, nitrogen, carbon dioxide, inert gases (argon, neon), and water
vapour. The volume fraction of oxygen in air is about 20,9 %. At sea level, total atmospheric pressure is
101,3 kPa (760 mmHg). Water vapour pressure is 6,26 kPa (47 mmHg) (fully saturated in the lungs at a body
temperature of approximately 37 °C). To find partial pressure of oxygen, subtract vapour pressure from total
atmospheric pressure and then multiply the oxygen volume fraction by the dry atmospheric pressure. Thus,
101,3 − 6,3 = 95,1 kPa (760 mmHg − 47 mmHg = 713 mmHg); 0,21 × 95,1 kPa = 19,9 kPa (= 149 mmHg). If the
ambient pressure increases (as in diving), the partial pressure of each component gas increases. Thus, at 2 atm
absolute, the partial pressure of oxygen in dry gas is 101,3 × 2 = 202,6 kPa (760 mmHg × 2 = 1 520 mmHg);
0,21 × 202,6 = 42,6 kPa (0,21 × 1 520 mmHg = 319 mmHg) oxygen.
Note 1 to entry: Partial pressure is dependent on the volume fraction of the component gas.
Note 2 to entry: The partial pressure of a gas can increase or decrease while its relative volume fraction remains
the same. Partial pressure drives the diffusion of gas across cell membranes and is, therefore, more important
than relative volume fraction of the gas.
3.16
respiratory system
tubular and cavernous organs (mouth, trachea, bronchi, lungs, alveoli (3.1), etc.) and structures which
bring about pulmonary ventilation and gas exchange between ambient air and blood
3.17
standard temperature pressure dry
STPD
standard conditions for expression of oxygen consumption
Note 1 to entry: Standard temperature (0 °C) and pressure (101,3 kPa, 760 mmHg), dry air (0 % relative
humidity).
3.18
ventilation
process of exchange of air between the lungs and the ambient environment
3
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4 Symbols and abbreviated terms
APR air purifying respirator
2
BSA body surface area, expressed in m
PAPR powered air purifying respirator
SAR supplied air respirator
SCBA self-contained breathing apparatus
UBA underwater breathing apparatus
pCO partial pressure of carbon dioxide
2
p CO alveolar partial pressure of carbon dioxide
A 2
p CO arterial partial pressure of carbon dioxide
a 2
p CO venous partial pressure of carbon dioxide
v 2
pO partial pressure of oxygen
2
p O alveolar partial pressure of oxygen
A 2
p O arterial partial pressure of oxygen
a 2
p O partial pressure of inspired oxygen
i 2
p O venous partial pressure of oxygen
v 2
V̇ minute ventilation (expired)
E
total volume expired from the lungs in 1 min, in l/min (BTPS)
V̇ minute ventilation (inspired)
I
total volume of air inspired into the lungs in 1 min, in l/min (BTPS)
V̇ (O ) oxygen consumption rate
2
volume of oxygen consumed by the human tissues, in l/min, derived from
V(O ) the difference between the minute volume of inhaled oxygen and the minute
2
volume of exhaled oxygen.
V̇ (CO ) carbon dioxide elimination rate
2
volume of carbon dioxide produced per minute, derived from the product of
V(CO ) minute ventilation and the difference between the fractional concentrations
2
of exhaled and inhaled carbon dioxide
5 Oxygen and carbon dioxide in the breathing environment: Physiological
responses and limitations
5.1 General
The Earth's atmosphere is composed primarily of nitrogen and oxygen along with some trace gases.
Atmospheric carbon dioxide occurs in very low concentrations (approximately 0,03 %). Humans
require oxygen as a primary element in the production of energy during aerobic cellular metabolism.
Low atmospheric oxygen concentrations or partial pressures (such as occur at high altitude) can
4
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limit production of metabolic energy, leading to a compromise in physiological function. On the other
hand, low concentrations of carbon dioxide in the breathing atmosphere do not appear to have any
physiological consequence. Carbon dioxide is produced as a by-product of cellular metabolism and it is
this source of carbon dioxide, not the normal atmospheric concentration, which carries a physiological
consequence. However, increased environmental levels of carbon dioxide, as in the breathing space of
respirators or in confined areas, can also have a profound effect on the respiratory system.
High concentrations of either oxygen or carbon dioxide can have dramatic physiological consequences.
Hyperoxia, especially under ambient pressures greater than one atmosphere (atm), such as occur in
diving, can be toxic and even fatal to humans. High concentrations of carbon dioxide can also have a
profound effect on respiration and metabolism. This overview will address several issues:
— oxygen and carbon dioxide in normal human physiology;
— effects of hypoxia and hyperoxia on physiology;
— effects of hypercarbia on physiology;
— relevance to respiratory protective devices.
5.2 Oxygen and carbon dioxide gas exchange in the human lung
Normal minute ventilation takes place as a result of neural activity in the respiratory centres in areas
of the brainstem known as the medulla oblongata and the pons. The movement of air in and out of the
lungs facilitates the gas exchange necessary for normal metabolic function.
Gas exchange does not occur in all regions of the pulmonary system. Anatomical dead space (regions
where gas diffusion to the blood does not occur) comprises about 150 ml volume within the pulmonary
system. However, the physiological dead space can add a much larger volume depending on activity
level. Inhaled gas passes through the regions of dead space to the pulmonary alveoli. Gas exchange
occurs in the alveoli, which are in contact with blood capillaries.
The exchange of oxygen into the blood stream and carbon dioxide out of the blood stream into the
alveoli is driven by simple diffusion down a partial pressure gradient. The partial pressure of oxygen
in the alveoli (p O ) is approximately 13,3 kPa (100 mmHg) whereas the partial pressure of oxygen
A 2
in the venous blood (p O ) is approximately 5,3 kPa (40 mmHg). Therefore, oxygen will move from
v 2
the area of higher concentration of oxygen in the alveoli to the area of lower concentration of oxygen
in the venous blood. Oxygen will also be transported into the red blood cells along a similar partial
pressure gradient to be bound to haemoglobin. Conversely, the partial pressure of carbon dioxide in the
venous blood (p CO ) is roughly 6,1 kPa (46 mmHg) and is only approximately 5,3 kPa (40 mmHg) in
v 2
the alveoli. Therefore, carbon dioxide will move from the venous blood to the alveoli to be exhaled to
the atmosphere.
After this gas exchange has taken place, arterial blood contains a p O of approximately 12,6 kPa
a 2
(95 mmHg) and a p CO of approximately 5,3 kPa (40 mmHg). The arterial blood arriving at the
a 2
cells will release oxygen and take up carbon dioxide based on a similar process of moving along a
partial pressure gradient. After oxygen delivery to the cells has taken place, the blood has a pO of
2
approximately 5,3 kPa (40 mmHg) and a pCO of approximately 6,1 kPa (46 mmHg). Upon return to the
2
lungs for another round of gas exchange, each gas again moves along its partial pressure gradient to
repeat the process. Proper oxygen delivery to the cells and carbon dioxide removal from the body will
occur as long as a match exists between ventilation of the lungs and blood perfusion driven by a healthy
circulatory system.
5.3 Oxygen and carbon dioxide transport in the blood
Oxygen has a very low solubility in the blood. Therefore, oxygen is transported to the vital organs,
working muscles, and brain by a special transport mechanism in the blood. When oxygen from the
atmosphere diffuses from the alveoli to the circulation, about 25 % of the oxygen present in the alveoli
is rapidly transported into the red blood cells and binds to haemoglobin to form oxyhaemoglobin.
Oxyhaemoglobin in the red blood cells is carried through the arterial circulation to the capillaries
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ISO 16976-3:2022(E)
where the oxygen diffuses from the red blood cells to the cells of the target tissues. The oxygen is then
utilized in the aerobic metabolic processes in the cell mitochondria.
Several factors affect the affinity of oxygen for haemoglobin. For any given ambient pO , an increase in
2
body temperature, blood lactic acid (↓ pH), increased p CO , or an increase in 2,3-diphosphoglycerate
a 2
(DPG, a product of anaerobic metabolism in red blood cells), can decrease the affinity of oxygen for
[4]
haemoglobin ). This phenomenon is known as the Bohr Shift (see also Reference [5]), see Figure 1.
Key
X oxygen partial pressure (Pa)
Y haemoglobin saturation (%)
1 decreased p (increased affinity)
50
2 increased p (decreased affinity)
50
T temperature
pCO partial pressure of carbon dioxide
2
2,3-DPG 2,3-diphosphoglycerate
pH measure of the acidity or basicity of a solution
NOTE See Reference [4].
Figure 1 — Shift of the oxyhaemoglobin dissociation curve by pH, carbon dioxide, temperature,
and 2,3-diphosphoglycerate (2,3-DPG)
By contrast, carbon dioxide is about 20 to 25 times more soluble in blood than oxygen. Carbon
dioxide produced as a by-product of metabolically active tissues diffuses from the cells of the tissue
to the red blood cells in the circulation along a concentration gradient. Some of the carbon dioxide
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(approximately 5 % to 10 %) is carried to the lungs in solution in the blood plasma. A portion of the
carbon dioxide combines with water to form carbonic acid according to Formula (1):
CO +HOHCO (1)
22 23
This reaction occurs slowly in the plasma and most of the carbon dioxide remains in solution in the
plasma. However, a small amount of carbonic acid in the plasma dissociates to bicarbonate following
Formula (2):
+
HCOH +HCO (2)
23 3
Whereas the reaction in Formula (2) occurs in very small amounts in the plasma, it occurs to a very
large extent in red blood cells. Red blood cells contain the enzyme carbonic anhydrase (CA), which
catalyzes the reversible reaction between carbon dioxide and H O extremely rapidly (approximately
2
6 [3]
10 reactions per second) in the following manner Formula (3):
CA
+
CO ++HOHCOH HCO (3)
22 23 3
Approximately 70 % of the carbon dioxide is transported to the lungs in the form of bicarbonate. In
addition, carbon dioxide combines with haemoglobin to form carbaminohaemoglobin. The affinity of
haemoglobin for carbon dioxide increases as oxygen dissociates from haemoglobin during delivery of
[5]
oxygen to the tissues (see also the Haldane effect ). Approximately 15 % of the carbon dioxide in the
blood is transported to the lungs in the form of carbaminohaemoglobin.
5.4 Oxygen and carbon dioxide and the control of respiration
Human life is strongly dependent on an adequate supply of oxygen to support the metabolic processes
that produce energy. As a result, the ability to sense changes in ambient pO has evolved. In addition,
2
although atmospheric carbon dioxide concentrations are almost negligible, carbon dioxide is produced
as a product of metabolism and has a profound effect on the respiratory system. Thus, mechanisms for
sensing pCO in the blood have also evolved. Indeed, changes in pCO are more powerful stimulators
2 2
of respiration than changes in ambient pO . A detailed discussion of the physiological mechanisms
2
involved in sensing changes in oxygen and carbon dioxide in the atmosphere or the blood is beyond the
scope of this document. However, a brief overview of the process is given below.
Chemical sensors (chemoreceptors) are present in both the central nervous system (medulla oblongata
in the brain stem) and the peripheral nervous system integrated with the vascular system (i.e. carotid
bodies in the carotid artery in the neck and chemoreceptors in the aorta) that are capable of sensing
changes in p O p CO and pH in the arterial blood. When these areas sense changes in p O and p CO ,
a 2, a 2 a 2 a 2
neural signals are integrated into a respiratory response that usually results in a normalization of the
p O and/or p CO . Under conditions of hypoxia, the decreased p O is sensed primarily by peripheral
a 2 a 2 a 2
chemoreceptors in the carotid bodies and the aortic bodies. The respiratory response is an increase in
ventilation in order to increase the oxygen uptake to maintain metabolic energy production. However,
if the carotid and aortic bodies are removed or damaged, a decrease in p O can result in a decrease in
a 2
ventilation because a reduction in brain p O can act directly to depress respiratory cells in the brain.
a 2
+
Low p O also increases brain blood flow, thereby lowering p CO and [H ] and decreasing ventilation.
a 2 a 2
Figures 2 and 3 illustrate the basic relationships involved in the control of respiration.
7
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Figure 2 — Basic relationships between sensor inputs, processing and outputs from the
respiratory control mechanisms in the central nervous system, and the effectors (respiratory
muscles) that actuate the respiratory process
a) Carbon dioxide response b) pH response
Key
X1 arteri
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 16976-3
Première édition
2022-10
Appareils de protection
respiratoire — Facteurs humains —
Partie 3:
Réponses physiologiques et limites
en oxygène et en dioxyde de carbone
dans l’environnement respiratoire
Respiratory protective devices — Human factors —
Part 3: Physiological responses and limitations of oxygen and
limitations of carbon dioxide in the breathing environment
Numéro de référence
ISO 16976-3:2022(F)
© ISO 2022

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ISO 16976-3:2022(F)
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, Genève
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations .4
5 Oxygène et dioxyde de carbone dans l'environnement respiratoire: réponses
physiologiques et limites . 5
5.1 Généralités . 5
5.2 Échange d'oxygène et de dioxyde de carbone gazeux dans les poumons chez
l'homme. 5
5.3 Transport de l'oxygène et du dioxyde de carbone dans le sang . 6
5.4 Oxygène, dioxyde de carbone et contrôle de la respiration . 8
5.5 Effets physiologiques de l'hyperoxie . 9
5.6 Effets physiologiques de l'hypoxie . 10
5.7 Hypercapnie: Effets physiologiques . 13
5.8 Pertinence pour l'utilisation d'appareils de protection respiratoire (APR) . 16
5.9 Interprétation des résultats . 21
5.10 Importance des résultats .22
Bibliographie .23
iii
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ISO 16976-3:2022(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 94, Sécurité individuelle — Équipement
de protection individuelle, sous-comité SC 15, Appareils de protection respiratoire.
Cette première édition de l'ISO 16976-3 annule et remplace l'ISO/TS 16976-3:2019, qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— le document a fait l'objet d'une révision éditoriale.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 16976 se trouve sur le site Web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse https://www.iso.org/fr/members.html.
iv
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ISO 16976-3:2022(F)
Introduction
Des millions de travailleurs à travers le monde portent un appareil de protection respiratoire (APR)
en raison de la nature de leurs activités. Il existe un nombre considérable d'APR différents, allant des
appareils filtrants aux appareils avec alimentation en gaz respirable, en passant par les appareils de
protection respiratoire de plongée ou UBA («underwater breathing apparatus») ainsi que les appareils
de protection respiratoire pour l'évacuation permettant de s'échapper en cas d'urgence (appareil isolant
autonome d'évacuation ou SCSR [«self-contained self-rescuer»]). Beaucoup de ces appareils assurent
une protection contre les contaminants en suspension dans l'air sans fournir d'air ou d'autres mélanges
de gaz respirables à l'utilisateur. Celui-ci est donc potentiellement protégé contre les particules ou
autres toxines en suspension dans l'air, mais reste exposé à un mélange de gaz ambiant très différent
de celui normalement présent au niveau de la mer. Un APR qui fournit de l'air respirable à l'utilisateur,
par exemple un appareil de protection respiratoire isolant autonome (SCBA) ou un UBA, peut ne pas
fonctionner correctement ou mal éliminer le dioxyde de carbone présent dans la zone de respiration,
exposant ainsi l'utilisateur à un environnement de gaz respirable altéré. Dans certains cas particuliers,
l'APR expose intentionnellement le porteur du masque à des mélanges de gaz respiratoires très
différents du mélange de gaz atmosphérique normal contenant environ 79 % d'azote et 21 % d'oxygène
ainsi que des traces d'autres gaz. Ces circonstances particulières concernent l'aviation, la plongée à
titre professionnel ou militaire, et le milieu hospitalier.
Les mélanges de gaz respirables différant de l'atmosphère normale peuvent avoir des effets importants
sur la plupart des systèmes physiologiques. De nombreuses réactions physiologiques faisant suite
à une exposition à des niveaux faibles ou élevés d'oxygène ou de dioxyde de carbone peuvent influer
lourdement sur la capacité à travailler en sécurité, à s'échapper d'une situation dangereuse et à
estimer correctement les dangers présents dans un environnement. En outre, si elle est suffisamment
importante, une modification de l'environnement en gaz respirables peut s'avérer dangereuse, voire
mortelle. Il est donc crucial pour la sécurité et la santé du travailleur de surveiller et de contrôler le
gaz respirable, et de limiter l'exposition de l'utilisateur à des variations de la concentration ou de la
pression partielle de l'oxygène et du dioxyde de carbone.
Le présent document traite de la composition gazeuse de l'atmosphère terrestre; de la physiologie
fondamentale du métabolisme à l'origine du dioxyde de carbone dans l'organisme, de la physiologie
respiratoire et du transport de l'oxygène vers les cellules et les tissus de l'organisme; et du transport
subséquent du dioxyde de carbone des tissus jusqu'aux poumons, en vue de son élimination hors du
corps. Après la physiologie fondamentale de la respiration, le présent document aborde les réponses
physiologiques face aux atmosphères respirables altérées (hyperoxie, hypoxie) et aux effets d'un excès
de dioxyde de carbone dans le sang (hypercapnie). Des exemples sont tirés de la littérature biomédicale
correspondante.
Enfin, il traite de l'effet d'une modification des concentrations/pressions partielles de l'oxygène et du
dioxyde de carbone sur l'utilisation des appareils de protection respiratoire. Le contenu du présent
document est destiné à servir de base pour faire progresser la recherche et le développement des APR,
dans le but de réduire au minimum les variations de l'environnement respiratoire, et de minimiser ainsi
l'impact physiologique de leur emploi sur l'utilisateur. Si cela est possible, tous les travailleurs pour
lesquels il est recommandé, en fonction de leur profession, de porter un APR verront leur santé et leur
sécurité améliorées.
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NORME INTERNATIONALE ISO 16976-3:2022(F)
Appareils de protection respiratoire — Facteurs
humains —
Partie 3:
Réponses physiologiques et limites en oxygène et en
dioxyde de carbone dans l’environnement respiratoire
1 Domaine d'application
Le présent document présente:
— une description de la composition de l'atmosphère terrestre;
— une description de la physiologie de la respiration humaine;
— une étude de la littérature biomédicale actuellement disponible sur les effets du dioxyde de carbone
et de l'oxygène sur la physiologie humaine;
— des exemples de circonstances environnementales dans lesquelles la pression partielle de l'oxygène
ou du dioxyde de carbone peut différer de celle observée au niveau de la mer.
Le présent document identifie les valeurs limites de la concentration en oxygène et en dioxyde de
carbone et la durée pendant laquelle elles ne devraient pas causer de détresse physiologique. Pour
illustrer de manière adéquate les effets sur la physiologie humaine, le présent document traite à la
fois des expositions à haute altitude, avec de faibles pressions partielles, et de la plongée sous-marine,
qui implique des conditions de pressions partielles élevées. Le présent document aborde également
l'utilisation d'appareils de protection respiratoire et les diverses intensités d'activité pouvant donner
lieu au port d'un APR.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
alvéoles
sacs alvéolaires terminaux des poumons dans lesquels a lieu un échange de gaz respirable entre l'air
alvéolaire et le capillaire pulmonaire
Note 1 à l'article: Les alvéoles constituent l'unité anatomique et fonctionnelle des poumons.
Note 2 à l'article: Température ambiante et pression atmosphérique réelles; pression de vapeur saturante.
1
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ISO 16976-3:2022(F)
3.2
température et pression corporelles à saturation
BTPS
condition normale pour l'expression des paramètres de ventilation
EXEMPLE Température corporelle (37 °C), pression atmosphérique (1 013,25 hPa) et pression de vapeur
d'eau (6,27 kPa) dans un air saturé.
Note 1 à l'article: Il s'agit de la pression atmosphérique sur le lieu des essais qu'il convient d'utiliser lorsque des
conditions BTPS sont spécifiées.
3.3
carbaminohémoglobine
HbCO
2
hémoglobine ayant fixé du dioxyde de carbone sur un site tissulaire en vue de son transport vers les
poumons
3.4
espace mort
régions conductrices des voies respiratoires ne contenant pas d'alvéoles (3.1) et, par
conséquent, ne donnant lieu à aucun échange gazeux
Note 1 à l'article: Ces zones incluent le nez, la bouche, la trachée, les bronches et les voies respiratoires inférieures.
Ce volume est généralement de 150 ml chez un homme de taille moyenne.
3.5
espace mort
total de l'ensemble des espaces morts (3.4) anatomiques ainsi que des alvéoles (3.1)
sous-perfusées (circulation sanguine réduite) ne participant pas aux échanges gazeux
Note 1 à l'article: Le volume de l'espace mort physiologique peut varier en fonction du degré de ventilation.
Ainsi, l'espace mort physiologique correspond à la fraction du volume courant qui ne contribue pas aux échanges
gazeux dans les poumons.
3.6
dyspnée
sensation de manque d'air, de respiration difficile ou pénible, ou sensation d'essoufflement
3.7
dioxyde de carbone en fin d'expiration
fraction volumique du dioxyde de carbone dans le souffle au niveau de la bouche à la fin de l'expiration
Note 1 à l'article: Le taux de dioxyde de carbone en fin d'expiration est très proche de celui du dioxyde de carbone
alvéolaire.
3.8
hémoglobine
Hb
molécules particulières contenues dans tous les globules rouges qui fixent l'oxygène ou le dioxyde de
carbone en conditions physiologiques normales et qui transportent l'oxygène ou le dioxyde de carbone
en direction ou en provenance des tissus de l'organisme
3.9
hypercapnie
hypercarbie
quantité excessive de dioxyde de carbone dans le sang
2
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3.10
hyperoxie
fraction volumique ou pression partielle de l'oxygène dans l'environnement respiratoire supérieure à
celle de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer, entraînant un excès d'oxygène dans l'organisme
Note 1 à l'article: Ceci peut se produire lorsqu'une personne se trouve dans des conditions hyperbares (plongée),
est soumise à des mélanges de gaz respiratoires contenant une fraction élevée en oxygène, ou lors de certaines
procédures médicales.
3.11
hypoxie
fraction volumique ou pression partielle de l'oxygène dans l'environnement respiratoire inférieure à
celle de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer
Note 1 à l'article: L'hypoxie anémique est due à une réduction de la capacité de transport de l'oxygène par le sang
suite à une diminution de l'hémoglobine totale ou une altération des constituants de l'hémoglobine.
3.12
hypocapnie
fraction volumique ou pression partielle du dioxyde de carbone dans l'environnement respiratoire ou
dans l'organisme inférieure à celle de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer
Note 1 à l'article: Ceci se produit généralement dans les conditions d'hyperventilation (plongée) ou dans les
situations médicales entraînant une réduction du dioxyde de carbone dans l'organisme.
3.13
medulla oblongata
zone du cerveau où se situe le centre du contrôle respiratoire
3.14
oxyhémoglobine
HbO
2
hémoglobine (3.8) ayant fixé l'oxygène issu des poumons pour le transporter dans les tissus
3.15
pression partielle
pression exercée par chacun des constituants d'un mélange gazeux pour former une pression totale
EXEMPLE L'air est un mélange d'oxygène, d'azote, de dioxyde de carbone, de gaz inertes (argon, néon) et de
vapeur d'eau. La fraction volumique d'oxygène dans l'air est d'environ 20,9 %. Au niveau de la mer, la pression
atmosphérique totale est de 101,3 kPa (760 mmHg). La pression de vapeur d'eau est de 6,26 kPa (47 mmHg)
(saturation totale dans les poumons à une température corporelle d'environ 37 °C). La pression partielle
de l'oxygène est obtenue en soustrayant la pression de vapeur de la pression atmosphérique totale puis en
multipliant la fraction volumique de l'oxygène par la pression atmosphérique en conditions sèches. Ainsi,
101,3 − 6,3 = 95,1 kPa (760 mmHg − 47 mmHg = 713 mmHg); 0,21 × 95,1 kPa = 19,9 kPa (= 149 mmHg). Si la
pression ambiante augmente (comme en plongée), la pression partielle de chaque constituant gazeux augmente.
Ainsi, à 2 atm en valeur absolue, la pression partielle de l'oxygène dans un gaz sec est de 101,3 × 2 = 202,6 kPa
(760 mmHg × 2 = 1 520 mmHg); 0,21 × 202,6 = 42,6 kPa (0,21 × 1 520 mmHg = 319 mmHg).
Note 1 à l'article: La pression partielle dépend de la fraction volumique du constituant gazeux.
Note 2 à l'article: La pression partielle d'un gaz peut augmenter ou diminuer même lorsque sa fraction volumique
relative reste inchangée. La pression partielle entraîne la diffusion du gaz à travers les membranes cellulaires et
est donc plus importante que la fraction volumique relative du gaz.
3.16
système respiratoire
organes tubulaires et caverneux (bouche, trachée, bronches, poumons, alvéoles (3.1), etc.) et structures
assurant la ventilation pulmonaire et les échanges gazeux entre l'air ambiant et le sang
3
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3.17
température et pression normales, à sec
STPD
conditions normales pour l'expression de la consommation d'oxygène
Note 1 à l'article: Température normale (0 °C) et pression normale (101,3 kPa, 760 mmHg), air sec (humidité
relative de 0 %).
3.18
ventilation
processus d'échange d'air entre les poumons et l'environnement ambiant
4 Symboles et abréviations
APRF appareil de protection respiratoire filtrant («air purifying respirator»)
2
SC surface corporelle, exprimée en m
PAPR appareil de protection respiratoire filtrant à ventilation assistée («powered air purifying
respirator»)
SAR appareil de protection respiratoire isolant alimenté en gaz respirable («supplied air respi-
rator»)
SCBA appareil de protection respiratoire isolant autonome («self-contained breathing apparatus»)
UBA appareil de protection respiratoire de plongée («underwater breathing apparatus»)
pCO pression partielle du dioxyde de carbone
2
p CO pression partielle alvéolaire du dioxyde de carbone
A 2
p CO pression partielle artérielle du dioxyde de carbone
a 2
p CO pression partielle veineuse du dioxyde de carbone
v 2
pO pression partielle de l'oxygène
2
p O pression partielle alvéolaire de l'oxygène
A 2
p O pression partielle artérielle de l'oxygène
a 2
p O pression partielle de l'oxygène inspiré
i 2
p O pression partielle veineuse de l'oxygène
v 2
V ventilation par minute (expiration)
E
volume total expiré par les poumons en 1 min, en l/min (BTPS)
V̇ ventilation par minute (inspiration)
I
volume total d'air inspiré dans les poumons en 1 min, en l/min (BTPS)
V̇ (O ) consommation d'oxygène
2
volume d'oxygène consommé par les tissus humains, en l/min, dérivé de la différence entre
V(O )
2
le volume minute de l'oxygène inhalé et le volume minute de l'oxygène expiré.
V̇ (CO ) vitesse d'élimination du dioxyde de carbone
2
4
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volume de dioxyde de carbone produit par minute, dérivé du produit de la ventilation par
V(CO ) minute et de la différence entre les concentrations en pourcentage du dioxyde de carbone
2
expiré et inhalé
5 Oxygène et dioxyde de carbone dans l'environnement respiratoire: réponses
physiologiques et limites
5.1 Généralités
L'atmosphère terrestre est composée principalement d'azote et d'oxygène, plus quelques gaz à l'état de
traces. La concentration du dioxyde de carbone dans l'air est très faible (environ 0,03 %). Les humains
requièrent de l'oxygène comme élément principal dans la production d'énergie au cours du métabolisme
cellulaire aérobie. De faibles concentrations ou de faibles pressions partielles atmosphériques d'oxygène
(telles que celles rencontrées à haute altitude) peuvent limiter la production d'énergie métabolique, ce
qui peut compromettre le fonctionnement physiologique. En revanche, les faibles concentrations de
dioxyde de carbone dans l'atmosphère respiratoire ne semblent pas avoir de conséquence physiologique.
Le dioxyde de carbone est un sous-produit du métabolisme cellulaire et c'est cette source de dioxyde
de carbone, et non la concentration atmosphérique normale, qui provoque des effets physiologiques.
Cependant, une augmentation du niveau de dioxyde de carbone dans l'environnement, comme dans la
zone de respiration des appareils respiratoires ou dans les espaces confinés, peut également avoir de
lourdes conséquences sur le système respiratoire.
Des concentrations élevées en oxygène ou en dioxyde de carbone peuvent avoir des répercussions
physiologiques dramatiques. L'hyperoxie, en particulier sous des pressions ambiantes supérieures à
une atmosphère (atm), telles que celles rencontrées en plongée, peut être toxique et même mortelle
pour l'homme. Des concentrations élevées en dioxyde de carbone peuvent également lourdement influer
sur la respiration et le métabolisme. Cette revue aborde plusieurs points:
— l'oxygène et le dioxyde de carbone dans le cadre de la physiologie humaine normale;
— les effets physiologiques de l'hypoxie et de l'hyperoxie;
— les effets physiologiques de l'hypercapnie;
— la pertinence pour les appareils de protection respiratoire.
5.2 Échange d'oxygène et de dioxyde de carbone gazeux dans les poumons chez
l'homme
Une ventilation par minute normale résulte d'une activité neuronale dans les centres respiratoires
situés dans les zones du tronc cérébral connues sous le nom de medulla oblongata et de pons. Les
mouvements d'air dans les poumons lors de l'inspiration et de l'expiration facilitent les échanges gazeux
nécessaires au fonctionnement métabolique normal.
Toutes les zones du système pulmonaire ne donnent pas lieu à un échange gazeux. L'espace mort
anatomique (régions dépourvues de diffusion gazeuse dans le sang) correspond à un volume d'environ
150 ml du système pulmonaire. L'espace mort physiologique peut toutefois fortement accroître ce
volume en fonction du niveau d'activité. Le gaz inhalé traverse les zones de l'espace mort avant de
parvenir aux alvéoles pulmonaires. Les échanges gazeux se produisent dans les alvéoles, qui sont en
contact avec les capillaires sanguins.
Les échanges amenant l'oxygène dans la circulation sanguine et les échanges éliminant le dioxyde de
carbone de la circulation sanguine et l'envoyant dans les alvéoles se font par simple diffusion selon un
gradient de pression partiel. La pression partielle de l'oxygène dans les alvéoles (p O ) est d'environ
A 2
13,3 kPa (100 mmHg), alors qu'elle est d'environ 5,3 kPa (40 mmHg) dans le sang veineux (p O ).
v 2
L'oxygène se déplace donc de la zone à forte concentration en oxygène dans les alvéoles vers la zone
à faible concentration en oxygène dans le sang veineux. L'oxygène est également transporté dans
les globules rouges via un gradient de pression partielle similaire afin de se fixer à l'hémoglobine. À
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l'inverse, la pression partielle du dioxyde de carbone dans le sang veineux (p CO ) est d'environ 6,1 kPa
v 2
(46 mmHg) et seulement d'environ 5,3 kPa (40 mmHg) dans les alvéoles. Le dioxyde de carbone va donc
du sang veineux vers les alvéoles puis est expiré dans l'atmosphère.
Après ces échanges gazeux, la pression p O est d'environ 12,6 kPa (95 mmHg) et la pression p CO
a 2 a 2
est d'environ 5,3 kPa (40 mmHg) dans le sang artériel. Le sang artériel arrivant aux cellules libère
l'oxygène et absorbe le dioxyde de carbone selon un processus similaire de déplacement par gradient de
pression partielle. Après libération de l'oxygène dans les cellules, la pression pO est d'environ 5,3 kPa
2
(40 mmHg) et la pression pCO est d'environ 6,1 kPa (46 mmHg). De retour dans les poumons pour un
2
nouveau cycle d'échanges gazeux, chaque gaz se déplace à nouveau via le gradient de pression partielle
correspondant et répète le processus. L'alimentation des cellules en oxygène et l'élimination du dioxyde
de carbone hors du corps se déroulent correctement aussi longtemps que la ventilation des poumons et
l'irrigation du sang, assurée par un système circulatoire sain, travaillent de concert.
5.3 Transport de l'oxygène et du dioxyde de carbone dans le sang
L'oxygène est très peu soluble dans le sang. Il est donc transporté vers les organes vitaux, les muscles
en activité et le cerveau par un mécanisme de transport particulier du sang. Lorsque l'oxygène de
l'atmosphère diffuse des alvéoles jusque dans la circulation, environ 25 % de l'oxygène présent dans
les alvéoles est rapidement transporté dans les globules rouges et se fixe sur l'hémoglobine pour
former de l'oxyhémoglobine. L'oxyhémoglobine des globules rouges est acheminée par la circulation
artérielle jusqu'aux capillaires, où l'oxygène diffuse des globules rouges vers les cellules des tissus
cibles. L'oxygène est ensuite utilisé dans les processus métaboliques aérobies se déroulant dans les
mitochondries des cellules.
Plusieurs facteurs affectent l'affinité de l'oxygène pour l'hémoglobine. Pour une pression pO
2
ambiante donnée, une augmentation de la température corporelle et de l'acide lactique dans le sang
(↓ pH), une hausse de la pression p CO ou un accroissement du 2,3-diphosphoglycérate (DPG, un
a 2
produit du métabolisme anaérobie des globules rouges) peuvent réduire l'affinité de l'oxygène pour
[4]
l'hémoglobine ). Ce phénomène est connu sous le nom d'«effet Bohr» (voir également la Référence [5]),
voir Figure 1.
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Légende
X pression partielle de l'oxygène (Pa)
Y saturation de l'hémoglobine (%)
1 baisse de p (affinité accrue)
50
2 hausse de p (affinité réduite)
50
T température
pCO pression partielle du dioxyde de carbone
2
2,3-DPG 2,3-diphosphoglycérate
pH mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution
NOTE Voir la Référence [4].
Figure 1 — Décalage de la courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine en fonction du pH, du
dioxyde de carbone, de la température et du 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG)
En comparaison, le dioxyde de carbone est environ 20 à 25 fois plus soluble dans le sang que l'oxygène.
Le dioxyde de carbone généré comme sous-produit des tissus métaboliquement actifs diffuse des
cellules tissulaires aux globules rouges de la circulation sous l'effet d'un gradient de concentration. Une
partie du dioxyde de carbone (5 % à 10 % environ) est transportée vers les poumons en solution dans
le plasma sanguin. Une partie du dioxyde de carbone s'associe à l'eau pour former de l'acide carbonique
selon la Formule (1):
CO +H OH CO (1)
22 23
Cette réaction est lente dans le plasma et la majeure partie du dioxyde de carbone reste en solution d
...