HYDROPHASE ALVEOLAIRE PERMEABILITE ALVEOLOCAPILLAIRE

RAPPELS ALVÉOLES • nombre total 300 x 106 • diamètre moyen ~250 µm • surface totale 140 m2 • volume alvéolaire 60% du volume aérien total

L'épithélium des voies aériennes bronchique et alvéolaire est recouvert d'une fine couche de liquide dont l'épaisseur conditionne :  dans les bronches, la qualité et la fonction du mucus et donc les processus d'épuration  au niveau alvéolaire, la qualité des échanges de gaz à travers la barrière alvéolocapillaire Les transports d'ions et d'eau dans l'épithélium respiratoire permettent de contrôler précisément la quantité et la qualité de ce film liquidien

Cette couche liquidienne est constitué par:  une hypophase riche en  phospholipoprotéines  glycoprotéines  protéines plasmatiques humidification de la surface alvéolaire  un film tensio-actif ou surfactant abaissement de la tension superficielle à l'interface air-liquide

STRUCTURE DES ALVEOLES PULMONAIRES septa

STRUCTURE DES SEPTA ALVEOLAIRES Ils comportent:  des fibres élastiques  des fibres de réticuline  des fibroblastes  des macrophages  des capillaires  Ce tissu conjonctivo-élastique des septa constitue l’interstitium au sein duquel se trouve le plus riche réseau capillaire de l’organisme

STRUCTURE DES SEPTA ALVEOLAIRES Ils comportent 5 types cellulaires:  les ¢ endothéliales des capillaires: 30%  les pneumocytes de type 1: 8%  les pneumocytes de type 2: 16%  les ¢ interstitielles comportant des fibroblastes et des mastocytes: 36%  les macrophages alvéolaires: 10%

BARRIERE AIR-SANG  site de l'hématose (interface air-sang 0.2-1 µm) constituée par: • film endo-alvéolaire • épithélium alvéolaire • basale épithéliale • basale endothéliale • endothélium capillaire  filtration-humidification des alvéoles et  maintien de l'intégrité du film endo-alvéolaire

épithélium alvéolaire  Cellules polarisées - membrane apicale, souvent riche en microvillosités, - au pôle apical, cellules réunies par complexes jonctionnels  serrés - membrane basolatérale, en contact avec l'interstitium et les capillaires par l'intermédiaire d’une membrane basale. - les membranes basolatérales des cellules sont séparées par des espaces intercellulaires. L'ensemble des complexes jonctionnels et des espaces intercellulaires = voie paracellulaire.  

épithélium alvéolaire    L'épithélium alvéolaire est recouvert d'un film de fluide situé entre la surface des cellules alvéolaires et le surfactant. Son volume est régulé pour optimiser les échanges gazeux. Il y a équilibre entre: le passage de liquide vers la lumière (secondaire à une sécrétion des ¢ de Clara situées au niveau des bronchioles qui s’écoule vers le secteur alvéolaire, ou sous l'effet des forces hydrostatiques et colloïdo-osmotiques au travers de la membrane alvéolo-capillaire)  et un mécanisme de réabsorption active.

CELLULES de CLARA • rôles:  régénération de l'épithélium bronchiolaire  production du film liquidien bronchiolaire  production de l'hypophase du film endo-alvéolaire  capture et élimination de molécules toxiques  source d'apoprotéines du surfactant  source d'anti-protéases leucocytaires  rôle immunosuppresseur

LES PNEUMOCYTES

Pneumocytes 1 – cellules aplaties recouvrant 95% de la surface alvéolaire – très larges expansions cytoplasmiques minces (0,1 µm) facilitant les échanges gazeux – organites très peu nombreux sauf vésicules de pinocytose (permébilité transépithéliale)

Pneumocytes 2 - Cellules cubiques recouvrant 5% de la surface alvéolaire, mais 2x plus nombreuses que P1 - Cellules enchassées dans les expansions des P1          sont les précurseurs des pneumocytes 1   participent à la régulation de l'hypophase alvéolaire en transportant activement du Na+ du pôle apical vers le pôle basolatéral  participe à la réparation alvéolaire  rôle immuno-modulateur    synthétisent et sécrètent le surfactant (corps lamellaires en ME)               

LE SURFACTANT Pneumocyte 2 Pneumocyte 1 Film de Gaz alvéolaire Macrophage

LE SURFACTANT Film tensio-actif riche en phospholipide (90%): importance relative de la dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) ~ 50% présence de phosphatidyl glycérol (PG) -présence de protéines spécifiques ou apoprotéines ~ 10% DPPC PG PL Protéines Chol PC • SP-B • SP-C • SP-A • SP-D petites protéines hydrophobes les plus abondantes

LE SURFACTANT Apoprotéines SP-A • glycoprotéine hydrophile: collectine • stabilisation de la myéline tubulaire • recyclage des phospholipides par les P2 • protection contre les micro-organismes • rôle immuno-modulateur  SP-B • protéine lipophile  SP-C • protéine lipophile • étalement des lipides à l'interface air-eau • adaptation à la respiration à la naissance  SP-D • glycoprotéine • sécrétée par P2, ¢ de Clara, ¢ séreuses ... • protection contre les microorganismes Temps de renouvellement des lipides du surfactant : 5-10 h; 50% recyclés ds pneumocytes 2 Surfactant inactivé  phagocyté par les macrophages  éliminé par escalator mucociliaire

SYNTHESE ET SECRETION DU SURFACTANT corps lamellaires Pneumocyte 2 noyau myéline tubulaire hypophase Film de surfactant

 le poumon ne peut fonctionner dans de telles conditions  il faut A une interface gaz-eau, on observe des forces de surface en rapport avec la tension superficielle qui s'y développe. Exemple d'un verre d'eau, si on considère une molécule située en plein milieu du verre, l'attraction des autres molécules d'eau est équivalente dans les 3 dimensions de l'espace et la résultante est nulle. Une molécule située à la surface n'est attirée que par les molécules situées en dessous et latéralement : la résultante est dirigée vers le bas. Il en est de même pour toutes les molécules de surface  elles forment une sorte de pellicule qui comprime l'intérieur du liquide. Pour augmenter l'air de l'interface, la tension de cette pellicule superficielle doit être vaincue par un apport d'énergie. Les liquides polaires, pour lesquels les forces de liaison inter- moléculaires sont importantes, ont des tensions superficielles + élevées que les liquides non polaires. La tension de surface au niveau d'un interface gaz-eau est donc élevée  le poumon ne peut fonctionner dans de telles conditions  il faut un agent tensioactif : c'est le surfactant. Il se comporte comme un film superficiel étalé à la surface des alvéoles.

Extrémité hydrophobe non polaire Interruption de l’action polaire exercée par les molécules d’eau Extrémité hydrophile polaire Eau: forces de liaisons Intermoléculaires importantes

METABOLISME DU SURFACTANT corps myéliniques pneumocytes 2 macrophages film de surface corps lamellaires myéline tubulaire

LE SURFACTANT Pendant l'expiration Quand la surface diminue, la plupart des composés lipidiques autres que le DPPC sont expulsés  structure quasi cristalline très stable maintien d’une tension de surface  0 pendant un temps très long la stabilisation des espaces aériens terminaux devient indépendante de la taille alvéolaire Pendant l'inspiration Le recrutement des autres composants intervient lorsque la tension de surface augmente de façon transitoire au-dessus de sa valeur d'équilibre. Le surfactant est alors absorbé dans le film présent à l'interface dans une forme quasi liquide La tension de surface alvéolaire varie donc tout le long du cycle respiratoire Mais elle est d’autant plus petite que la surface est petite

RÔLES DU SURFACTANT  abaissement de la tension superficielle à la surface alvéolaire stabilisation alvéolaire: coexistence d’alvéoles de tailles   rôle anti-atélectasie  maintien de la capacité résiduelle fonctionnelle  permet au poumon de rester sec  assure l’imperméabilité de l’alvéole aux protéines  action antibactérienne PATHOLOGIES DU SURFACTANT  défaut de production: maladie des membranes hyalines  détresse respiratoire du nouveau-né (préma)  Hypersécrétion: protéinose alvéolaire

CONTRÔLE DE LA SECRETION DU SURFACTANT La synthèse débute dans les dernières semaines de la vie fœtale: la concentration sanguine en glucocorticoÏdes  et favorise le développement pulmonaire. Le complexe stéroïde-récepteur cytoplasmique  synthèses protéiques  L'administration de glucocorticoïdes accroît la synthèse des enzymes qui contrôlent la synthèse du surfactant.  Les hormones thyroïdiennes participent aussi à ce contrôle.  Les b-agonistes, l'AMPc et les inhibiteurs des phosphodiestérases stimulent la sécrétion de surfactant.  Chez les prématurés, la détresse respiratoire (maladies des membranes hyalines, MMH) se caractérise par l'existence de territoires alvéolaires collabés  oxygénation du sang gravement insuffisante.  L'administration intratrachéale de surfactant fait maintenant partie du traitement standard des MMH du nouveau-né.

Variation de la sécrétion de surfactant  augmentation de la quantité de surfactant présente à la surface alvéolaire lors d'une augmentation de la ventilation : conséquence de la distension des pneumocytes 2 ou d'un changement de pH local.  Une hypothèse prête au soupir, qui est en fait une augmentation périodique de la ventilation, la fonction de redistribuer sur la surface alvéolaire du surfactant fonctionnel provenant des pneumocytes 2.   Catabolisme du surfactant  En situation d'état stable, il existe un équilibre entre la sécrétion de surfactant dans l'alvéole et son retrait. Le temps de renouvellement des lipides du surfactant alvéolaire est de l'ordre de 5-10 h.  Les macrophages alvéolaires peuvent phagocyter le surfactant inactivé. Un autre mécanisme contribue à l'évacuation d'une partie du surfactant vers les voies aériennes : c'est l'escalator mucociliaire. La moitié environ des phospholipides est cependant recyclée dans les pneumocytes 2.

TRANSPORT A TRAVERS L’EPITHELIUM ALVEOLAIRE

Epithélium de type absorptif Lumière alvéolaire Na+ Cl-, H20 glucose ac. aminés PI Mb. Apicale canal Na + canal Cl - Na+ pompe Na +-K + ATPase Mb. baso- latérale 2K+ Na+ K + 2Cl- cotransport ATP 3Na+ canal K + Espace interstitiel

Entrée passive du sodium, au pôle apical de la cellule par le canal Na ENaC

Le transport actif de Na+ régulerait Pompe Na/K ATPase ouverture à l’intérieur de la ¢ l’extérieur de la ¢ ATP ADP 3 Na+ 2 K+  Echange 3 Na+ contre 2 K+  Crée un potentiel électrique intraC. négatif  Renforce le gradient de concentration Le transport actif de Na+ régulerait le transport passif d’eau  137 ml/s

LES AQUAPORINES  Protéines intégrées à la mb. extracellulaire  Protéines intégrées à la mb.  Perméabilité: 5.10-14 cm3/s  Densité membranaire: > 103/ mm2 intracellulaire (AQP-1, AQP-4, AQP-5)

TRANSPORT ACTIF TRANSEPITHELIAL DE SODIUM ET D’EAU  5 à 10 ml/h d’eau b2-mimétiques  AMPc intracellulaire  nb. et activité des canaux sodium stimulation du transport de sodium  Ca2+ intracellulaire  diminution du transport de sodium

CAPILLAIRES ALVEOLAIRES  endothélium sur basale continue  organites peu nombreux sauf vésicules de pinocytose (perméabilité transendothéliale)  jonctions lâches (passage de petites molécules)  myofilaments (contrôle de la perméabilité capillaire)  Pression  7 mm Hg  Si débit cardiaque normal, temps de passage: 0,8 sec Si débit cardiaque , temps de passage  (0,3 sec) En moins d’1 sec, le sang qui passe dans les capillaires s’enrichit en O2 et perd du CO2

FORCES RESPONSABLES DU TRANSPORT ALVEOLO-CAPILLAIRE interstitium alvéole Pint= -8  int= -14 Pcap= 7 cap= -28 Palv Tension de surface (surfactant)= -8 capillaire lymphatique Équation de STARLING Qfilt =K [(Pcap – Pint) – d( cap -  int)] - Qlymphe (P=hydrostatique, =osmotique)

 cap pression osmotique intravasculaire ( -28 mm Hg) i c Équation de STARLING Qfilt =K [(Pcap – Pint) – d( cap -  int)] Qfilt débit de filtration K coefficient de filtration capillaire (inclue la surface) d coefficient de réflexion de la barrière face aux molécules (= 1 si barrière imperméable aux prot.; = 0 si perméable; en gl = 0,75) Pcap pression hydrostatique intravasculaire ( 7 mm Hg) c i Pint pression hydrostatique interstitielle ( - 8 mm Hg) c i  cap pression osmotique intravasculaire ( -28 mm Hg) i c  int pression osmotique interstitielle ( -14 mm Hg) c i (Qlymphe: débit lymphatique à la sortie du syst. capillaire pulmonaire) Qfilt est d'autant plus élevé que la pression intravasculaire est haute. exemple: insuffisance cardiaque gauche débit augmenté  oedème pulmonaire.

> Forces tendant à faire sortir le liquide vers l’interstitium  Pcap  Pint   int Forces tendant à absorber le liquide dans les capillaires   cap > (1 mm Hg) Palv Tension de surface (surfactant) interstitium Pint  int Pcap cap évaporation capillaire lymphatique drainage lymphatique = système de protection contre la survenue de l’œdème pulmonaire

L’OEDEME PULMONAIRE

Apparence macroscopique de l'oedème pulmonaire Dans ce poumon de bovin mort de choc anaphylactique, on note un parenchyme non-affaissé, d'apparence luisante et humide. Il y a séparation des lobules par l'accumulation de fluide clair dans les espaces interlobulaires. Il y aura souvent aussi présence d'un liquide mousseux abondant dans les bronches et la trachée.

Principales causes de l’œdème pulmonaire: tout facteur qui entraîne: pression interstitielle   valeurs , provoque le remplissage rapide du milieu interstitiel puis des alvéoles  Œdème aigu du poumon d’origine cardiaque  Haute altitude  Neurogénique  Après pneumonectomie  Syndrome de détresse respiratoire aigu de l’adulte (SDRA)  de réexpansion  après aspiration gastrique  après inhalation de fumée toxique ICG, insuf. Mitrale

1-capillaire étiré: jonctions entre ¢  perméables Mécanismes impliqués dans l'oedème pulmonaire 1-capillaire étiré: jonctions entre ¢  perméables  fuite d’eau (plasma) du capillaire vers l’interstitium 2- capillaire casse : lésions  du sang sort des capillaires vers l’interstitium  Augmentation du volume de l’interstitium 3- paroi alvélolaire casse :  barrière alvéolo-capillaire détruite  du sang sort des capillaires  interstitium + alvéole : DANGER passage de l'O2    PaO2 

Rupture circulaire de la couche épithéliale Rupture complète de la barrière alvéolo-capillaire Costello et al. 1992

Oedème de la paroi alvéolaire (oedème interstitiel) Si le volume du milieu interstitiel pulmonaire > 100 ml  rupture des mb. de l’épithélium alvéolaire  passage de liquide dans l’alvéole La paroi de l'alvéole, qui devrait montrer 2 couches de pneumocytes pratiquement accolées, est élargie par la présence de liquide clair, dans lequel on perçoit le tissu conjonctif structurel lâche. capillaires

Oedème alvéolaire Un liquide éosinophilique (protéines plasmatiques) remplit la lumière alvéolaire. Par endroit il y a aussi présence d'un peu de fibrine. On note aussi de la congestion des capillaires septaux ainsi qu'un peu d'hémorragie dans les alvéoles. L'hémorragie et la fibrine indiquent un dommage à la paroi capillaire.

Oedème cardiogénique La cause la plus fréquente d'augmentation de la pression hydrostatique est l'insuffisance cardiaque gauche La plupart des alvéoles contient un liquide protéique homogène (plasma), dans lequel baignent des cellules en nombre légèrement augmenté. Il y a aussi congestion visible des capillaires et petits vaisseaux. Il existe une marge de sécurité d’environ 20 mm Hg avant que l’œdème s’installe

 cap (pression osmotique intravasculaire)  28 mm Hg Facteurs de protection contre l’œdème aigu   négativité normale des liquides interstitiels pulmonaires  drainage des espaces interstitiels par le réseau lymphatique  passage osmotique de liquide dans les capillaires du fait de la diminution des protéines interstitielles entraînée par le système lymphatique lorsque le débit lymphatique augmente Chez l'homme normal  cap (pression osmotique intravasculaire)  28 mm Hg  donc Pcap (pression hydrostatique intravasculaire) doit augmenter de 7 à 28 mmHg pour provoquer un oedème pulmonaire il existe donc "une marge de sécurité" de  20 mmHg qui protège contre l'oedème pulmonaire

Oedème cardiogénique chronique À la longue, l'oedème cardiogénique peut causer des dommages aux pneumocytes 1, ainsi qu'une fuite de GR dans la lumière alvéolaire par lésion de l'endothélium des capillaires (effets de l‘HTA). La présence de matériel protéique, de débris cellulaires et de GR libres dans la lumière alvéolaire mène à une accumulation modérée de macro- phages alvéolaires, qui phagocytent les débris. Ces macrophages sont chargés d'hémosidérine, pigment brun composé surtout de fer provenant des GR phagocytés.

Marge de sécurité en conditions chroniques Quand la pression capillaire pulmonaire reste élevée de façon chronique (au moins 2 semaines)  le poumon devient encore plus résistant à l'oedème car les vaisseaux lymphatiques augmentent et multiplient leur capacité de transport liquidien jusqu'à 10 fois.  Chez un malade porteur d'une sténose mitrale chronique, la Pcap peut atteindre des valeurs de 40 à 45 mmHg sans entraîner d'oedème pulmonaire Dans l'oedème pulmonaire chronique, la marge de sécurité peut atteindre 35 à 45 mmHg

OAP par insuffisance ventriculaire G aigue

Mort rapide par oedème aigu du poumon Lorsque la pression capillaire pulmonaire dépasse la marge de sécurité de 25 à 30 mmHg, la mort peut survenir dans les heures voire les 20 à 30 minutes qui suivent. Dans l'insuffisance cardiaque gauche où la pression capillaire pulmonaire peut atteindre 50 mmHg, la mort survient fréquemment dans la demi-heure qui suit l'oedème aigu du poumon.