1 LA VENTILATION ET LES ECHANGES GAZEUX Généralités.

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1 1 LA VENTILATION ET LES ECHANGES GAZEUX Généralités

2 2 alvéoles pulmonaires Atmosphère CO 2 O2O2 circulation pulmonaire circulation systémique cellules O 2 + nutriments  CO 2 + H 2 0 + ATP ETAPES DE LA RESPIRATION EXTERNE ventilation pulmonaire responsable de l’échange d’O 2 et de CO 2 entre l’atmosphère et les alvéoles pulmonaires (convection) échanges d’ O 2 et de CO 2 entre les alvéoles et le sang dans les poumons (diffusion) transport d’ O 2 et de CO 2 entre le sang et les tissus (convection) échange d’ O 2 et de CO 2 entre le sang et les tissus (diffusion) RESPIRATION INTERNE

3 3 Convection : résulte du déplacement d’un fluide sous l’action d’une force extérieure (muscles ventilatoires pour les gaz en phase gazeuse, cœur pour les gaz transportés par le sang) Diffusion:résulte du déplacement des gaz du fait de leur différence de pression partielle d’un point à un autre

4 4

5 5

6 6 Actions du système nerveux végétatif sur la respiration

7 7 SN cérébro- spinal Récepteur sensitif Neurone afférent ganglion Neurone efférent pré-ganglionnaire Récepteur spécifique de la membrane de l’effecteur médiateur Neurone efférent post- ganglionnaire Rappel

8 8 ganglion plexus pulmonaire X Neurone efférent post- ganglionnaire centres supérieurs muscles bronchiques glandes muqueuses X récepteurs à l’irritation bronchoconstriction hypersécrétion Actions du parasympathique sur l’appareil respiratoire

9 9 X C r + Tronc cérébral Noyau du X Plexus pulmonaire X X

10 10 Fibres efférentes de D1 à D6 centres muscles lisses artères bronchiques X Récepteurs b gg cervical moyen, inf. 4 gg thoraciques sup. fibres post-gg dans plexus pulmonaire muscles lisses bronches vasoconstriction bronchodilatation adrénaline Actions du sympathique sur l’appareil respiratoire

11 11 LES VOIES AERIENNES SUPERIEURES

12 12 Au niveau du nez Muqueuse : membrane tapissant les cavités qui s'ouvrent à l'extérieur - glandes muqueuses qui sécrètent du mucus - glandes séreuses qui sécrètent du lysozyme - muqueuse olfactive Elle est très vascularisée et assure le réchauffement de l'air inspiré

13 13 20 000 litres d'air traversent chaque jour le nez. La morphologie interne des fosses nasales conditionne le volume et vélocité de l'air inspiré. Le régime d'écoulement d'air à l'intérieur des fosses nasales est turbulent et instable ce qui favorise son contact avec la muqueuse des fosses nasales  les particules en suspension sont filtrées en adhérant au mucus qui tapisse la surface épithéliale. Le mouvement muco-ciliaire se charge ensuite de l'épuration du mucus contaminé.

14 14 Le nez et les sinus ont 4 fonctions principales: Filtration : les particules > 10 µ sont piégées par les poils du nez. Conditionnement de l'air inspiré destiné aux échanges respiratoires en le filtrant, l'humidifiant et le réchauffant. Immunitaire: élimination de nombreuses substances aéroportées (pollution, poussières, pollens, virus, bactéries, champignons..) Odorat

15 15 Conditionnement de l'air inspiré Humidification: Le mucus est composé à 95% d'eau : la convexion et la diffusion permettent les transferts d'eau du mucus vers l'air inspiré. Réchauffement: Du sang à 37°C traverse en permanence les plexus vasculaires et réchauffe les fosses nasales.

16 16 Importance du conditionnement de l’air chez l’athlète endurant : Exercice intense : énorme quantité d’air à conditionner  Dessiccation des voies aériennes  Inflammation : muqueuse gonflée, bronches irritées  Toux  Asthme d’exercice

17 17 Défense épithéliale Assurée par la barrière épithéliale et le système muco- ciliaire : le mucus (10μ d'épaisseur) recouvre la surface de l'épithélium. Ce mucus est un gel visco-élastique contenant de nombreux éléments immuno-compétents. Les cils des cellules ciliées battent de façon constante et synchrone emmenant ce mucus vers le pharynx afin de l'éliminer (+ mouchage).

18 18 Défense épithéliale Les sécrétions nasales contiennent des IgA 2 qui inhibent l'adhérence bactérienne à la muqueuse, neutralisent certains virus et toxines et limitent l'absorption des antigènes. L'inflammation non spécifique participe aussi aux mécanismes de défense.

19 19 Odorat L'olfaction peut emprunter 2 voies: - directe par inspiration nasale - rétro-olfaction lors d'une inspiration buccale, entraînant une remontée des molécules odorantes en arrière du voile du palais vers la fente olfactive. La rencontre des molécules odorantes avec les neurones de l'épithélium olfactif est le point de départ de l'activation de la voie olfactive qui transmet l'information nerveuse aux bulbes olfactifs.

20 20

21 21 LE PHARYNX - Zone de passage commune aux aliments et à l'air -plus de 20 muscles  - Les centres de commande de ces muscles des voies aériennes supérieures sont les mêmes que ceux des muscles respiratoires. - Zone impliquée dans: les fausses routes alimentaires les apnées du sommeil

22 22 LE LARYNX – LES CORDES VOCALES

23 23 Larynx, pharynx et trachée L'épithélium cilié : piège les particules L’Arbre bronchique supérieur (générations 0- 15) reçoit un air : réchauffé, débarrassé de la plupart des impuretés saturé en vapeur d'eau (vascularisation)

24 24 Le larynx agit comme une valve qui empêche les aliments de pénétrer dans la trachée. C'est une zone de rétrécissement, donc de résistance à l'écoulement du gaz. Le larynx participe au contrôle de la ventilation. Le larynx est le point d'arrimage supérieur de la trachée : le cartilage cricoïde est le seul anneau cartilagineux complet autour de la trachée.

25 25 Le larynx est impliqué dans la phonation : l’intensité du son est liée à la pression du gaz sous-glottique: < 10 cmH 2 O pour la voix d'une conversation habituelle, vers 50 cmH 2 O pour un enseignant faisant son cours, atteignant 200 cmH 2 O au cours d'un effort de chant à grande puissance.

26 26 Les cordes vocales sont constituées de deux bourrelets musculaires horizontaux qui se rejoignent en avant et peuvent s'écarter ou se rapprocher l'un de l'autre en arrière. Le blocage du larynx en position fermée permet aussi d'effectuer certains efforts abdominaux.

27 27 Sans courant d'air, il n'y aurait pas de phonation. Les poumons (grâce au diaphragme et aux muscles inspirateurs et expirateurs) expulsent de l'air qui traverse la trachée jusqu'à l'entrée du larynx = soufflerie subglottique. Les articulations et les muscles du larynx mettent en position phonatoire les cordes vocales et la glotte = au passage de l’air, elles vibrent de façon ondulatoire dans le sens du courant.

28 28 Les signaux moteurs proviennent du cortex sensorimoteur et rejoignent le noyau du X. Le X assure l’innervation sensitive et motrice du larynx. Les fibres sensitives de la muqueuse du larynx renseignent en permanence les centres sur la position et le degré de tension des cordes vocales. La bouche, le pharynx et les cavités nasales = ensemble des cavités supraglottiques = rôle de résonateurs. Ils modulent le flux laryngé et y déterminent des zones fréquentielles privilégiées, appelées formants.

29 29 Les composantes de la communication orale sont: - l’ouie - la compréhension de la parole (aire corticale 22) - la production centrale de la parole (aires corticales 44 et 45) - la transmission de la parole au niveau moteur Le registre de la voix humaine s’étend de 40 à plus de 2000 Hz. La voix parlée s’étend de 100 à 300 Hz et son intensité de 20 à 50 dB (train: 60 à 90 dB).

30 30 Les voies aériennes intra-thoraciques

31 31 Architecture des voies aériennes de conduction Trachée: L= 12 cm  = 2 cm S= 3 cm 2 0 1 2 3 4 17 16 18 19 20 21 22 23 Trachée Grosses bronches Bronchioles terminales Bronchioles respiratoires Conduits alvéolaires Sacs alvéolaires Zone de conduction Zone de transition Zone respiratoire

32 32 Surface de section (cm 2 ) Nombre Diamètre (mm) DivisionNom Trachée Bronche souche Bronches Bronchioles Alvéoles 1 2 0 11 12 23 24 15-22 10-15 1-10 0,5-1 0,3 1 2 4 1x10 4 2x10 4 8x10 7 3-4x10 8 2,5 100 5x10 3 > 1x10 6

33 33 L’écoulement dans les bronches se fait selon deux régimes: - si le débit est < 0.4 L/sec/cm de diamètre, l’écoulement est laminaire: le mouvement est régulier et ordonné. - si le débit augmente, l’écoulement devient turbulent: le mouvement est irrégulier, avec fluctuation aléatoire de la vitesse (hyperventilation au cours de l’exercice)

34 34 Dans les voies aériennes proximales, le débit est élevé et le diamètre total petit  écoulement turbulent Dans les voies aériennes plus distales, le débit diminue et la section totale augmente  écoulement laminaire La transition se fait entre la 2e et la 4e génération bronchique turbulent laminaire

35 35 Fonctions des voies aériennes: - passage pour l'air - humidification et réchauffement - filtration, élimination des corps étrangers

36 36 LA TRACHEE épithélium pseudostratifié cellules caliciformes cellules basales capillaire chorion

37 37 muqueuse muscle de Reissessen sous-muqueuse glandes tubulo- acineuses plaques de cartilage hyalin péribronche fibreuse LES BRONCHES

38 38 De par sa fonction indispensable à la vie (échanges gazeux), le poumon est continuellement exposé à l’air l’extérieur et cet air passe par les bronches. En moyenne, l’inhalation quotidienne minimale représente 10 000 L d’air !! (0,5 L x 14 /min x 60 min x 24 h) Cet air contient 21% O 2 et 79% N 2 Mais aussi: - des polluants : CO, CO 2, NO, NO 2, ozone, hydrocarbures, particules inorganiques ou organiques, particules chimiques… - des micro-organismes (bactéries, virus, champignons, pollens) Nécessité de mécanismes de défense

39 39 1) Mécanismes anatomiques : - arborisation bronchique - bronchomotricité 2) Mécanismes moléculaires et dynamiques : - mucus - épuration mucociliaire - toux - surfactant 3) Mécanismes immunologiques : - immunoglobulines - cellules immunitaires Les mécanismes de protection du poumon Nous inhalons continuellement des particules ou des micro-organismes. Seuls les éléments < 3µ parviennent au poumon profond. Tout au long du système respiratoire éxistent des mécanismes de protection.

40 40 1) Mécanismes anatomiques L’arborisation bronchique favorise l’impact et la sédimentation des particules  protection des alvéoles La zone de dépôt varie selon le diamètre des particules Superficie transversale totale (cm 2 ) 1 La bronchomotricité

41 41 La broncho-motricité passive -variations de pression à l’intérieur et à l’extérieur de la lumière bronchique -armature bronchique cartilagineuse -Parenchyme pulmonaire: plus le volume pulmonaire est, faible, plus la résistance des voies aériennes est grande (les fibres élastiques du tissu pulmonaire réduisent le diamètre des bronches au cours de l’expiration) LA BRONCHOMOTRICITE 2406 3- 2- 1- Volume pulmonaire (litres) Résistances (cmH 2 O/L/s) DEBIT TURBULENT

42 42 La broncho-motricité active L’innervation se distribue aux: - muscles lisses bronchiques, - glandes sous-muqueuses, - vaisseaux bronchiques

43 43 VOIES AFFERENTES SENSITIVES BULBE RACHIDIEN X Muqueuse Les SAR (= Slow Adapty stretch Receptor): Mécanorécepteurs (trachée et grosses bronches) sensibles à l’étirement et à l’irritation Les RAR (= Rapid Adapty stretch Receptor): Récepteurs polymodaux (tout l’arbre bronchique), sensibles à l’irritation: Fibres B (récepteurs à l’irritation) Fibres C (thermorécepteurs au niveau du larynx, sensibles au CO 2 dans les bronches) Récepteurs J

44 44 Tronc cérébral Noyau du X X C r + M3 ACh Actions du para  Se distribue surtout au niveau des voies aériennes centrales

45 45 De nombreux stimuli sensitifs peuvent influencer le tonus bronchomoteur: - stimulations des voies aériennes supérieures, de l'oesophage Ces réflexes interviennent fréquemment dans des situations pathologiques. Il existe par exemple des asthmes secondaires à des reflux gastro-oesophagiens. La stimulation para , en complément de son action sur le muscle lisse bronchique, augmente la sécrétion de mucus par les glandes de la sous-muqueuse. Cet effet est important dans l'obstruction bronchique de type asthmatique. Action du para  : bronchoconstriction

46 46 Tronc cérébral Noyau du X D1-D6 X C r Circulation 22 Adrénaline Actions du  Nor-Adr. fibres des 4 ou 5 premiers gg sympathiques thoraciques Médullo- surrénale

47 47 Les  2 agonistes ont, en plus de l'effet relaxateur sur le muscle lisse, plusieurs effets qui s'opposent à l'obstruction bronchique : -  de la libération des médiateurs provenant du mastocyte; -  du tonus parasympathique ; -  de la clairance mucociliaire ; -  de l'oedème de la muqueuse et de l'extravasation plasmatique. Action du  : bronchodilatation

48 48 Tronc cérébral Noyau du X X C r Actions du NANCi VIP, NO ? Bronchodilatation Grosses bronches

49 49 L'innervation NANCi contrôle la contraction du muscle lisse bronchique grâce à l'action de neuropeptides: - le VIP (vasoactive intestinal peptide) et ses dérivés par action sur un récepteur membranaire musculaire spécifique ; - le monoxyde d'azote (NO) pourrait également intervenir dans la relaxation induite par l'activation du NANCi

50 50 Tronc cérébral Noyau du X X C r Actions du NANCe NK1 NK2 SP NKA CGRP + + + bronchoconstriction, hypersécrétion de mucus réaction inflammatoire.

51 51 L'innervation NANCe contrôle la contraction du muscle lisse trachéobronchique grâce à l'action de neuropeptides: Les tachykinines et le CGRP (calcitonine gene related peptide), libérées par les terminaisons nerveuses sensitives des fibres C bronchiques.  Deux des tachykinines : la substance P et la neurokinine A (NKA), contractent le muscle lisse bronchique humain par action sur les récepteurs dénommés respectivement NK1 et NK2.  Le CGRP est colocalisé avec les tachykinines dans les neurones sensitifs et contracte le muscle bronchique humain par action sur deux récepteurs.

52 52 Tronc cérébral Noyau du X X C r + Mastocyte Actions des médiateurs ET Histamine H1 Eicosanoïdes PG LT + +- + + bronchoconstriction, réaction inflammatoire. LT = leucotriènes PG = prostaglandines ET = endothéline

53 53 Les MASTOCYTES des bronches renferment des granules qui contiennent des médiateurs de l’inflammation: histamine, chimiokines L’activation du mastocyte aboutit à l’exocytose des granules Le mastocyte a une action broncho-constrictrice et entraîne une importante réaction inflammatoire Les  2-agonistes sont de puissants inhibiteurs de la dégranulation mastocytaire

54 54 Le mucus respiratoire et la clairance muco-ciliaire L'épithélium trachéal et bronchique est recouvert d'une couche de fluide qui assure un état d'hydratation convenable de la muqueuse et une fluidité suffisante du mucus, pour maintenir une clairance muco-ciliaire normale. L'épithélium trachéal et bronchique a pour double rôle de sécréter le fluide péri-ciliaire et d'en contrôler le volume. 2) Mécanismes moléculaires et dynamiques

55 55 microscopie électronique à balayage touffes de cils boules de mucus excrétées pôles apicaux des cellules caliciformes

56 56 Le filtrage de l’air est assuré par le système muco-ciliaire. A partir de la glotte la paroi des voies respiratoires est tapissée de millions de cils vibratiles qui battent en permanence afin de faire circuler une sécrétion visqueuse qui les recouvre: le mucus bronchique. Celui-ci retient les poussières ou les bactéries présentes dans l'air inspiré et les ramène jusqu'en haut de la trachée, au niveau du carrefour aéro-digestif où elles seront dégluties (dans l'estomac) ou recrachées à l'extérieur (" expectorées ").

57 57 - Forme un film continu de 5 à 10 mm d’épaisseur à la surface de l’épithélium respiratoire (des voies aériennes supérieures aux bronchioles terminales) - Production = 10 à 20 ml/j - Chez l'homme, 90% du mucus provient des glandes sous-muqueuses, petite contribution des ¢ caliciformes de surface et des ¢ de Clara, au niveau des bronchioles Le mucus

58 58 - Contient : 95 % eau (régulation par transport ionique), 1% glycoprotéines (mucines), 1% lipides, ions, protéines de défenses (ex antiprotéinases) - Gradient dans la composition:  à la base des cils: phase « sol » très fluide, riche en eau  au sommet des cils: phase « gel », concentration de glycoprotéines plus élevée Le mucus

59 59 Rôles du mucus: - Piégeage et élimination des particules (escalator muco-ciliaire) - Protection contre la déshydratation de l’épithélium - Défense (molécules anti-lésionnelles et anti- microbiennes)

60 60  200 cils/cellule ciliée - L= 6-7  m - Fréquence de battements = 10-20/s (+ élevée en proximal) - Vitesse de transport du mucus  5-10 mm/min (12 mm/min dans la trachée, 2.5 mm/min dans les bronchioles terminales couche périciliaire couche muqueuse surface cellulaire Gel= 0,5-2  m Sol= 6-8  m La clairance muco-ciliaire

61 61 L’activité ciliaire est: - régulée par le système nerveux végétatif (rôle important de [Ca] intracellulaire) - Influencée par la viscosité du mucus, l’épaisseur de la couche, la composition (pH, osmolalité) Nécessité d'un contrôle précis de l'épaisseur et de la viscosité de la phase sol pour un bon fonctionnement du mécanisme de clairance muco-ciliaire.

62 62 L'épaisseur de la couche de mucus tend à augmenter progressivement lorsque le mucus remonte des voies aériennes distales vers les voies proximales, dans la mesure où il y a diminution considérable de la section équivalente des voies aériennes  pour maintenir constante l'épaisseur de la phase sol, il doit y avoir absorption de liquide.

63 63 Lumière bronchique Espace interstitiel Na + Cl -, H 2 0 Epithélium bronchique: épithélium absorptif Mb. Apicale Mb. baso- latérale [Na + ] canal Na + canal Cl - ATP 3 Na + 2K+2K+ canal K + pompe Na + - K + ATPase Na + K + 2Cl - cotransport - CFTR ORCC Sensible au Ca 2+ i

64 64 Sodium: - Les médiateurs agissant par l’intermédiaire de la phospholipase C (comme la bradykinine) augmentent le transport de Na + - l’ATP augmente le transport de Na + - Un pH intracellulaire abaissé inhibe le transport de Na + Contrôle des transports

65 65 Contrôle des transports Chlore: La sécrétion de Cl - est stimulée par les agents qui augmentent l’AMPc intracellulaire:  2-mimétiques ATP UDP bradykinine histamine prostaglandines….

66 66 Ex de drainage des sécrétions bronchiques au cours de la bronchiolite du nourrisson

67 67 La toux est un phénomène naturel qui consiste en une expiration brusque, convulsive et sonore de l’air contenu dans les poumons. Quelle soit volontaire ou réflexe, la toux est utile lorsqu’elle permet de désencombrer l’arbre bronchique des sécrétions bronchiques anormales ou des corps étrangers irritant ou obstruant les voies respiratoires. TOUX ET EXPECTORATIONS Le larynx, la trachée, la carène (point où la trachée se divise en bronches), les bronches, les bronchioles et même les alvéoles sont très sensibles à tout corps étranger ou à toute source d’irritation. 2) Mécanismes moléculaires et dynamiques

68 68 La muqueuse de l’arbre aérien comporte des récepteurs spécifiques sur toute sa longueur: - au-dessus de la glotte: sinus, fosses nasales, pharynx, larynx - au-dessous de la glotte: trachée, bronches, plèvre Lorsque ces récepteurs sont stimulés par divers agents mécaniques ou chimiques (poussières, liquides, fumée de cigarette...), un message est transmis au centre supérieur qui provoquera un réflexe de toux et/ou une broncho-constriction.

69 69 Muscles respiratoires, muscles de la glotte, muscle lisse trachéo- bronchique (  bronchoconstriction), glandes sous-muqueuses (  augmentation de la sécrétion) Toux = Phénomène réflexe Stimuli physiques (mucus, corps étranger) Stimuli chimiques (variation d’osmolarité, de pH, inflammation) Récepteurs dans les VA Signaux afférents (nerf vague) Intégration dans le bulbe et le cortex cérébral Signaux efférents (nerf vague)

70 70 VOIES AFFERENTES SENSITIVES BULBE RACHIDIEN X Muqueuse Les SAR : Mécanorécepteurs (trachée et grosses bronches) sensibles à l’étirement et à l’irritation Les RAR : Récepteurs polymodaux (tout l’arbre bronchique), sensibles à l’irritation: Fibres B (récepteurs à l’irritation) Fibres C (thermorécepteurs au niveau du larynx, sensibles au CO 2 dans les bronches) Récepteurs J

71 71 Le centre de la toux envoie aux muscles de la cage thoracique un influx qui déclenche le phénomène de la toux. Celui-ci comporte plusieurs étapes: 1) une inspiration profonde (environ 2,5 L) et forcée, 2) la glotte et les cordes vocales se ferment pour retenir l’air dans les poumons,

72 72 3) les muscles abdominaux se contractent très puissamment et déplacent le diaphragme pendant que les intercostaux internes se contractent également, élevant fortement la pression dans les poumons (100 mmHg ou plus), 4) les cordes vocales et la glotte s’ouvrent brutalement et l'air est expulsé à une vitesse pouvant atteindre 10 m/s et un débit de 10 L/s!!.

73 73 L’air qui passe à très grande vitesse dans les conduits aériens entraîne avec lui toutes les particules étrangères qui s’y trouvent. - Chez le sujet sain, l’élimination des particules piégées par le mucus est assurée par la clairance muco-ciliaire. La toux ne participe que pour environ 10% - Chez le bronchiteux chronique, la toux assure 60% de l’évacuation!! Le plus souvent, la toux est transitoire: il s'agit d'une toux "aiguë". Si elle persiste, elle est qualifiée de "chronique" et indique la présence d'une pathologie à rechercher.

74 74 A- Mécanismes de défense moléculaires Dans le liquide de recouvrement épithélial des voies aériennes (LRE), on trouve: - des molécules de piégeage - des molécules anti-protéases et anti-oxydantes - des molécules anti-microbiennes 2) Mécanismes moléculaires et dynamiques

75 75 Les molécules de piégeage: Les mucines sont responsables de la visco-élasticité du mucus. Elles possèdent, dans leur structure des motifs de reconnaissance pour piéger les micro-organismes Inhibiteurs de protéase (différents types) dont le rôle principal est d’inhiber les enzymes libérées par cellules inflammatoires ou les bactéries Molécules anti-lésionnelles: Glutathion (GSH), Catalase, Superoxyde dismutase (SOD) Assurent l’élimination des dérivés réactifs de l’oxygène produits par les cellules inflammatoires Molécules anti-oxydantes:

76 76 Molécules anti-microbiennes: - Lysozyme: sécrété par les macrophages alvéolaires et les cellules épithéliales : dégrade les parois des bactéries + action anti-oxydante - Transferrine: sécrétée par les polynucléaires neutrophiles et les cellules glandulaires: fixe le fer (  privation en fer des bactéries) - Lactoperoxydase: produite par les cellules épithéliales: produit de l’hypothiocyanate (anti-microbien +++)

77 77 - Cathelicidines produites par les polynucléaires: se lient à la paroi bactérienne et la détruit. - Bêta-défensines produites par les cellules épithéliales et les leucocytes: Activité bactéricide, virucide, fungicide par liaison à la membrane et perméabilisation; Chimiotactisme pour cellules immunitaires - Collectines produites par les pneumocytes: Opsonisation (agrégats bactériens) + activité bactéricide; Action anti-oxydante; Diminution de la réaction allergique

78 78  L’activation de la phospholipase membranaire déclenche l’oxydation de l’ac.arachidonique en thromboxane et leucotriènes Quand la muqueuse respiratoire est agressée, elle sécrète des substances qui participent à la réponse inflammatoire qui peut avoir un rôle bactéricide/virucide

79 79 Les différentes cellules produisent Médiateurs inflammatoires Cytokines Chimiokines Leucotriènes Facteurs chimiotactiques Béta-défensines Chimiokines Leucotriènes Substances anti- Microbiennes  -défensines Lysozyme Cathelicidines Transferrine Lactoperoxydase Molécules de piégeage et anti-lésionnelles Mucines GSH, Catalase et SOD Anti-protéases Agissant en synergie

80 80 B- Mécanismes immunitaires Le système de défense alvéolaire doit être très performant:  surface d’échange très grande (100-150 m 2 !)  les alvéoles sont directement reliées au milieu ext.  risque élevé de dissémination au milieu intérieur (barrière alvéolo-capillaire très fine) La stratégie défensive doit être optimale

81 81 Première ligne de défense: - macrophages alvéolaires: 90% des cellules présentes dans la lumière alvéolaire. Cellule immunitaire libre dans l’alvéole, issue des monocytes sanguins. Phagocytose des particules présentes dans les alvéoles + pouvoir bactéricide. Produisent des cytokines intervenant dans l’immunité innée et l’immunité acquise. Ils participent aussi à la réponse inflammatoire. - peptides anti-microbiens du système immunitaire inné

82 82 2 e ligne de défense: - protéines de la coagulation - lymphocytes: lymphocytes T: 50% CD4+, 30% CD8+, 15% NK, lymphocytes B: 5% Ils produisent différents types de cytokines qui influencent la réponse immunitaire et ont un rôle microbicide - Polynucléaires neutrophiles: peu nombreux mais actifs contre de nombreuses bactéries - Polynucléaires éosinophiles: peu nombreux mais augmentent en cas de réaction allergique ou en présence de parasites.

83 83 ALTERATION DES MECANISMES DE DEFENSE Liée à une agression : - gaz irritants, fumée de cigarette, minérale (silicose, asbestose) - ventilation assistée (sonde d’intubation, barotraumatisme) - virus (Myxovirus influenzae), mycoplasmes (M. pneumoniae) Liée à un déficit génétique : - dyskinésie ciliaire primitive (protéines structurales du cil) - Mucoviscidose Multifactorielle : bronchite chronique, asthme, emphysème, bronchectasies …

84 84

85 85 Le parenchyme pulmonaire

86 86 CChangements de structure de la zone de conduction : - Progressivement les anneaux cartilagineux disparaissent - Epithélium s'amincit - La proportion de muscle lisse dans la paroi augmente. Zone respiratoire (échanges gazeux)

87 87 Bronchiole terminale Bronchioles respiratoires Alvéoles 300 millions d’alvéoles Surface alvéolaire  70-80 m 2 Sacs alvéolaires Canal Alvéolaire

88 88

89 89 - la zone respiratoire : bronchioles avec des alvéoles. au niveau des alvéoles : échanges gazeux barrière alvéolo-capillaire - Épithélium alvéolaire - Endothélium capillaire - Interstitium Pour assurer l’optimisation des échanges gazeux, l’intégrité de l’espace alvéolaire doit être maintenue et l’accumulation de matières provenant de l’extérieur ou de l’intérieur de l’organisme doit être prévenue ou corrigée.

90 90 Epithélium alvéolaire : pneumocytes de type I (35% des cellules alvéolaires): couvrent 95% de la surface alvéolaire, faible activité métabolique, transportent activement le sodium pneumocytes de type II (65% des cellules alvéolaires): précurseurs des pneumocytes I, synthétisent et sécrètent le surfactant, participent à la régulation de l'hypophase alvéolaire en transportant activement du Na + du pôle apical vers le pôle basolatéral.

91 91 LE PARENCHYME PULMONAIRE

92 92 Alvéole Capillaire Alvéole Capillaire macrophage fibro- blaste lymphocyte tissu conjonctif interalvéolaire LE PARENCHYME PULMONAIRE

93 93 La membrane apicale des cellules épithéliales alvéolaires est couverte par une couche liquidienne très fine (0.2 à 0.3 µ), composée de: - une phase aqueuse qui a pour rôle de permettre l’action des macrophages; c’est un liquide isotonique acide (pH = 6.9). Son homéostasie dépend des transports à travers la barrière épithéliale - une phase hydrophobe, le surfactant, située à l’interface gaz-liquide, assurant le maintien de l’architecture pulmonaire et participant à la défense innée Macrophage alvéolaires Espace alvéolaire Epithélium alvéolaire Espace interstitiel Capillaire Couche liquidienne épithéliale Surfactant

94 94 Lumière alvéolaire Espace interstitiel Na + Cl -, H 2 0 canal Na + canal Cl - ATP 3 Na + 2K+2K+ canal K + pompe Na + - K + ATPase Na + K + 2Cl - cotransport Epithélium de type absorptif Mb. Apicale Mb. baso- latérale Na + glucose ac. aminés Pi Les canaux épithéliaux sodiques, participent pour 50% à l'absorption du Na +. Leur nombre est modulé par les concentrations intra et extra¢ de Na +

95 95 L'entrée de sodium est couplée à l'entrée ou à la sortie de substrats ou d'ions. L'entrée du sodium est favorisée par son gradient électrochimique, alors que le substrat transporté entre dans la cellule: - contre son gradient chimique pour le glucose et les acides aminés, - contre son gradient électrique pour le phosphate.

96 96 Le transport de sodium et l’absorption d’eau  lorsque la concentration cellulaire d'AMPc  (exemple, sous l’effet des  2-mimétiques). L'  du transport est liée à une  de l'activité des canaux sodiques. Diminution du transport de Na + lorsque la concentration intracellulaire en Ca 2+ augmente.

97 97 LE SURFACTANT

98 98 La tension de surface au niveau de l’interface air/eau est élevée

99 99 Eau: forces de liaisons intermoléculaires importantes Extrémité hydrophile polaire Extrémité hydrophobe non polaire Interruption de l’action polaire exercée par les molécules d’eau

100 100 LE SURFACTANT Film tensio-actif riche en phospholipides (90%): - surtout de la dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) ~ 50% - phosphatidyl glycérol (PG) - protéines spécifiques ou apoprotéines ~ 10%

101 101 SYNTHESE ET SECRETION DU SURFACTANT corps lamellaires Pneumocyte 2 noyau myéline tubulaire hypophase Film de surfactant Précurseurs apportés aux pneumocytes 2 par les capillaires ou par diffusion Passage dans le RE puis dans le Golgi Formation et excrètion dans la lumière alvéolaire des corps lamellaires Formation du réseau (myéline tubulaire)

102 102 Catabolisme du surfactant  A l’état stable, il y a équilibre entre la sécrétion de surfactant dans l'alvéole et son retrait. Le temps de renouvellement des lipides du surfactant alvéolaire est de 5-10 h.  Il est évacué par les macrophages et l'escalator mucociliaire.  La moitié environ des phospholipides est recyclée dans les pneumocytes 2.

103 103 LE SURFACTANT 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 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 Ä La tension de surface alvéolaire varie donc tout le long du cycle respiratoire Mais elle est d’autant plus faible que la surface est petite Pendant l'expiration des espaces aériens terminaux devient indépendante de la taille alvéolaire

104 104 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 au protéines  action antibactérienne PATHOLOGIES DU SURFACTANT  défaut de production: maladie des membranes hyalines  détresse respiratoire du nouveau-né (préma)  Hypersécrétion: protéinose alvéolaire

105 105 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.  Les hormones thyroïdiennes, les  -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 partie du traitement standard des MMH du nouveau-né.

106 106 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 une augmentation périodique de la ventilation, la fonction de redistribuer sur la surface alvéolaire du surfactant fonctionnel provenant des pneumocytes 2.

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109 109 D’autres cellules interviennent également dans les phénomènes d’obstruction bronchique: - macrophages alvéolaires - polynucléaires éosinophiles - polynucléaires neutrophiles - plaquettes - cellules épithéliales de la muqueuse bronchique