Telechargé par Sitraka Andrianony

efisio réactivité des voies aériennes

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Master Biologie cellulaire,
physiologie et et pathologie
UE SAIB
La réactivité des voies aériennes
Etienne Roux
Adaptation cardiovasculaire à l’ischémie INSERM U 1034
UFR des Sciences de la Vie Université Bordeaux Segalen
contact: etienne.roux@u-bordeaux2.fr
rappel de physiologie respiratoire
position du problème
système respiratoire → réponse au problème de l’O2 et du CO2
assurer les échanges gazeux (O2 et CO2) entre le milieu extérieur et
l’animal
Îinterface milieu-animal : barrière alvéolo-capillaire
assurer le renouvellement du milieu au niveau de la surface d’échange
Î pompe : ventilation ; tuyauterie : voies aériennes
assurer le transport des gaz dans l’organisme
assurer la libération et la captation d’O2 et de CO2
Î circulation sanguine, pigments
faire du bon travail
Î ajuster les échanges en fonction des besoins : régulation
Î optimiser les coûts
rappel de physiologie respiratoire la mécanique ventilatoire
fonctionnement de la pompe
structure mécanique ventilatoire : structure qui, par ses
propriétés et son fonctionnement, assure la ventilation
voies aériennes
paroi thoraco-abdominale
alvéole
pression alvéolaire
pression intrapleurale
→ ensemble actif : muscles ventilatoires
→ ensemble passif : voies aériennes, poumon, paroi thoraco-abdominale
rappel de physiologie respiratoire la mécanique ventilatoire
pression, volume et débit
pression intrapleurale
volume pulmonaire (L)
-5
0,4
-6
-7
0,2
-8
1
0
inspiration expiration
inspiration expiration
0,5
0
0
-1
-0,5
débit pulmonaire (L.s-1)
pression alvéolaire
(cm H2O)
débit = ΔP
R
ΔP = PAlv-Pext
l’appareil respiratoire
les voies aériennes
l’arbre bronchique
structure générale
zone de conduction
voies aériennes centrales :
bronches souches,
bronches lobaires,
bronches segmentaires,
bronches sous-segmentaires,
petites bronches (G10 : ≅ 1000)
voies aériennes périphériques :
bronchioles,
bronchioles terminales,
bronchioles respiratoires,
canaux alvéolaires
alvéoles
échanges gazeux
les voies aériennes
l’arbre bronchique
structure générale
zone
de
conduction
zone
de
transition
et d’échange
respiratoire
trachée
0
bronches extrapulmonaires
1
bronches intrapulmonaires
2
3
bronches
4…
bronchioles
…
bronchioles terminales
16
17
bronchioles respiratoires
18
19
20
canaux alvéolaires
21
22
sacs alvéolaires
23
surface totale de section (cm2)
l’appareil respiratoire
500
400
300
200
100
0
0
5
10
15
20
génération des voies aériennes
rappel de physiologie respiratoire
les voies aériennes
l’arbre bronchique
débit et résistance
résistance des voies aériennes
ΔP = PAlv-Pext
cause des résistances :
- Diamètre de débit
- Types d’écoulement :
laminaire ou turbulent
sièges des résistances
R = 8ηL
r4
η: viscosité
L : longueur
r : rayon
(flux laminaire)
résistance (cmH20.L-1.s-1)
débit = ΔP
R
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0
5
10
15
20
génération des voies aériennes
rappel de physiologie respiratoire
les voies aériennes
résistance et réactivité
♦ résistance
mécanismes passifs
structure des voies aériennes
mécanismes actifs physiologiques
modulation du diamètre des voies aériennes
♦ réactivité des voies aériennes:
mécanisme physiologique: propriété des voies aériennes des sujets sains
à développer une obstruction bronchique modérée en réponse à une
stimulation non spécifique (physique, pharmacologique, etc.)
diminution du diamètre
→ augmentation des résistances
→ diminution du débit ventilatoire
réactivité des voies aériennes
définition physiologique
réactivité bronchique (propriété physiologique)
augmentation modérée des résistances des voies aériennes en
réponse à un stimulus non spécifique (physique, pharmacologique)
par une diminution modérée du diamètre des voies aériennes
résistance
500
450
Penh (% Penh S. p.)
400
350
300
250
200
150
rat brown Norway
100
S. p. -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1
Log [MCh]
signification physiologique ?
protection des voies aériennes ?
modulation locale du V°A/Q?
rôle dans la morphogenèse pulmonaire ?
vestige phylogénétique?
réactivité des voies aériennes
Force (mg/mg poids sec)
2500
rat asthmatique
2000
hyperréactivité
pathologie : hyperréactivité
ex:
asthme
pollution atmosphérique
bronchopathie obstructive chronique
(BPCO)
1500
1000
rat normal
500
0
-8
-7
-6
-5
-4
Log [CCh]
mesure de la contraction isométrique
de bronche intrapulpmonaire de rat
brown Norway
-3
conséquence sur la ventilation:
augmentation pathologique de la
contraction des voies aériennes →
diminution l’efficacité de la
ventilation
→ détresse respiratoire
structure et histologie
réactivité des voies aériennes
trachée, bronches extrapulmonaires
armature cartilagineuse en fer à
cheval fermée par une
membrane musculaire
cartilage
sous-muqueuse
lumen
muscle lisse
adventice
epithélium
muscle lisse
cartilage
coupe de trachée de rat brown Norway
réactivité des voies aériennes
structure et histologie
bronches intrapulmonaires
grosses bronches: cartilage
irrégulier et couche musculaire
importante
bronches périphériques: cartilage
absent, couche musculaire
présente
muscle lisse
muscle lisse
réactivité des voies aériennes
structure et histologie
conséquences mécaniques
variation du diamètre:
élément actif : muscle lisse
éléments passifs:
paroi bronchique (cartilage, épithélium, muscle lisse, adventice)
parenchyme pulmonaire (étirement à l’inspiration)
→ les résistances sont plus importantes à l’expiration
réactivité des voies aériennes
mesures in vivo
les volumes et débits ventilatoires
capacité
vitale
capacité
pulmonaire
totale
inspiration
forcée
volume
courant
500 mL
capacité
résiduelle
fonctionnelle
inspiration normale
expiration passive
expiration forcée active
volume résiduel
espace mort
anatomique
réactivité des voies aériennes
mesures in vivo
estimation par spirométrie
VEMS : volume expiratoire maximale en 1 seconde
inspiration forcée puis expiration forcée
mesure du volume expiré
rapport de Tiffeneau : VEMS/CV
1 sec
débit de pointe:
débit expiratoire maximal lors d’une expiration forcée
mesures in vivo
réactivité des voies aériennes
mesure par pléthysmographie
pléthysmographie
individu dans une chambre à volume constant
mesure du volume inspiré-expiré ( ΔV)
mesure des variations de pression dans le
pléthysmographe (ΔP)
inspiration
ΔV
expiration
pente de la relation pressionvolume inversement
proportionnelle à la résistance
ΔP
contrôle de la réactivité
cellules de la paroi bronchique
épithélium
cellules
inflammatoires
cellules musculaires lisses
effecteur de la réactivité bronchique :
la cellule musculaire lisse
fibres nerveuses
système cholinergique
système adrénergique
système NANC
contrôle : S. N . autonome, médiateurs endocrines, paracrines, autocrines
contrôle de la réactivité
schéma général
ventilation
variation de volume de la cavité
thoracique
amplitude
fréquence
réactivité bronchique
variation de diamètre des voies
aériennes
résistance
interface avec d’autres systèmes
pH
déglutition
phonation
locomotion
rapport ventilation-perfusion
général
local
réactivité vasculaire
contrôle de la réactivité
schéma général
ventilation
variation de volume de la cavité
thoracique
amplitude
fréquence
réactivité bronchique
variation de diamètre des voies
aériennes
résistance
interface avec d’autres systèmes
pH
déglutition
phonation
locomotion
rapport ventilation-perfusion
général
local
réactivité vasculaire
boucles de contrôle
contrôle de la réactivité
bulbe rachidien
contrôle
central
nerveux
contrôleur central
voie afférente:
nerf vague
capteurs
voies efférentes:
n. vague
n. sympathiques
paramètres
mécanorécepteurs
récepteurs multimodaux
effecteurs
muscle lisse
trachéobronchique
stimulus mécaniques
stimulus chimiques
contrôle local paracrine
contrôle de la réactivité
voies nerveuses
voies efférentes et afférentes: schéma général
voies efférentes
♦ voie cholinergique
bronchoconstriction
♦ voie adrénergique
bronchorelaxation
♦ voie non adrénergique non cholinergique (NANC)
NANC excitateur : bronchoconstriction
NANC inhibiteur : bronchorelaxation
voies afférentes sensitives
pas de structure histologique spécifique. Fibres sensitives disséminées dans la
paroi des voies aériennes
♦ mécanorécepteurs
muscle lisse bronchique
♦ récepteurs polymodaux
épithélium
voies nerveuses
contrôle de la réactivité
récepteurs
mécanorécepteurs musculaires
♦ localisation
muscle lisse bronchique
♦ sensibilité
étirement des voies aériennes et distension pulmonaire
↑tensiorécepteurs à activation lente
♦ afférences et effets
afférence : nerf vague → tronc cérébral
effets sur la réactivité des voies aériennes:
inhibition de la contraction (inhibition de la voie cholinergique)
contrôle de la réactivité
récepteurs
voies nerveuses
récepteurs multimodaux
♦ localisation
épithélium bronchique et alvéolaire
(du larynx aux alvéoles)
♦ sensibilité
fibres B: sensibles à l’irritation mécanique ou chimique
fibres C: sensibles à la température; la PCO2
♦ afférences et effets
afférence : nerf vague → tronc cérébral
bronchoconstriction
contrôle de la réactivité
voies nerveuses
système cholinergique
système parasympathique; nerf vague
♦ fibres pré-ganglionnaires
ganglions parasympathiques : surtout voies aériennes extrapulmonaires
quelques ganglions de faible taille (1 à 3 neurones) aux bifurcations des
bronches intrapulmonaires
♦ ganglions : lieux d’intégration:
tonus des voies aériennes (y compris tonus basal)
épithélium et glandes sous-muqueuses
vascularisation pulmonaire
♦ fibres post-ganglionnaires : innervation du muscle lisse bronchique
densité maximale chez l’homme : 4e à 7e générations
voies nerveuses
contrôle de la réactivité
système cholinergique
neuromédiateur : acétylcholine
♦ libération pré-ganglionnaire
→ récepteurs nicotiniques
conduction nerveuse
Nerf vague
fibre préganglionnaire
ACh
ganglion
parasympathique
M1
→ récepteurs muscariniques
rétrocontrôle
♦ libération post-ganglionnaire
(jonction neuromusculaire)
→récepteurs muscariniques
post-jonctionnels : contraction
pré-jonctionnels : rétrocontrôle
N
fibre postganglionnaire
ACh
M2
M2
M3
myocyte des voies aériennes
contrôle de la réactivité
voies nerveuses
système adrénergique
système sympathique; nerf vague
♦ fibres pré-ganglionnaires
cholinergique adrénergique
♦ ganglions :
ganglions sympathiques cervicaux et paravertébraux thoraciques
♦ fibres post-ganglionnaires :
épithélium et glandes sous-muqueuses
vascularisation pulmonaire
muscle lisse des des voies aériennes centrales (trachée)
ganglions parasympathiques
innervation adrénergique du muscle lisse des VA faible ou nulle
NAdr
NAdr
CML
Adr
hormone: adrénaline (corticosurrénales)
contrôle de la réactivité
voies nerveuses
système non adrénergique non cholinergique
système NANC : composant du système nerveux autonome
agonistes : ni ACh ni noradrénaline (surtout peptides):
neuropeptide Y
substance P
calcitonin gene related peptide (CGRP)
neurokinines A, B, P, γ
neuropeptide Y
vasoactive intestinal peptide (VIP)
peptide histidine isoleucine (PHI)
ATP
libération :
fibres efférentes cholinergique (adrénergique)
fibres afférentes sensibles (libération antidromique)
effet : NANC excitateur → contraction
NANC inhibiteur → relaxation
contrôle de la réactivité
voies nerveuses
système non adrénergique non cholinergique
excitateur
principaux médiateurs
fibres C amyéliniques (fibres afférentes)
neuropeptide Y
substance P
CGRP
NKA, NKB, NKP, NKγ
neuropeptide Y
fibres efférentes parasympathiques (colibération avec ACh)
ATP (effet contractant)
contrôle de la réactivité
voies nerveuses
système non adrénergique non cholinergique
inhibiteur
principaux médiateurs
vasoactive intestinal peptide (VIP)
peptide histidine isoleucine (PHI)
peptide histidine méthionine (PHM)
ATP (effet relaxant)
NO?
libération
fibres efférentes parasympathiques
colibération avec ACh (ACh/VIP) (ACH/ATP)
fibres post-ganglionnaires spécifiques (VIP)
fibres efférentes adrénergiques?
colocalisation avec NAdr (NAdr/VIP)
fibres C afférentes? (SP/VIP)
contrôle de la réactivité
cellules
cellules inflammatoires: mastocytes, éosinophiles
cellules épithéliales
CML
agonistes
histamine (effet direct/indirect)
sérotonine (effet direct/indirect)
métabolites de l’acide arachidonique
prostaglandines (PGD2, PGE2)
leucotriènes (LTC4, LTB4)
agonistes purinergiques
EP, ADP, UTP
endothéline
médiateurs paracrines
synthèse
contrôle de la réactivité
contrôle neurohormonal : neurotransmetteurs et hormone
♦ cholinergique
♦ Non adrénergique non cholinergique (NANC)
nerf vague : acétylcholine
excitateur : fibres C amyéliniques
♦ adrénergique
SP
NK
nerfs sympathiques thoraciques:
noradrénaline
inhibiteur : nerf vague
médullosurrénale : adrénaline
VIP
ATP (excitateur/inhibiteur)
Médiateurs paracrines
éicosanoïdes (leucotriènes, prostaglandines)
histamine
sérotonine (5-HT)
endothéline
purinergiques (ATP, UTP, ADP, AMP, ADO)
synthèse
contrôle de la réactivité
Neurotransmetteurs
médullosurrénale
ACh : acétylcholine
AD : adrénaline
nAD : noradrénaline
VIP : peptide intestinal vasoactif
SP : substance P
NKA : neurokinine A
CGRP : calcitonine gene related peptide
ATP : purinergique
nAD
NKA SP CGRP
ACh VIP
ATP
AD
β2
NK NK
M3
myocyte des voies aériennes
P2
H1
ET ATP
ATP : purinergique
LT
PG HIST 5-HT
éicosanoïdes
LT : leucotriène
PG : prostaglandine
HIST : histamine
5-HT : sérotonine
ET : endothéline
EpDRF : facteur relaxant dérivé de l'épithélium
Médiateurs paracrines
mécanismes cellulaires
l’appareil contractile
myofilaments
♦filament épais
2 chaînes lourdes MHC
4 chaînes légères (MLC17; MLC20)
polymérisation: dépend de l’état de stimulation
♦filament fin
actine
tropomyosine
un filament épais pour 20-30 filaments fins
caldesmone
calponine
mécanismes cellulaires
l’appareil contractile
architecture cellulaire
filament intermédiaire
myofilament
jonction mécanique
jonction « gap »
corps dense
schéma de l’organisation du muscle lisse
« side-polar » organization
mécanismes cellulaires
l’appareil contractile
formation des ponts actomyosiques
♦ régulation du filament épais
formation du pont AM : nécessite la phosphorylation de la MLC20
une fois formé, le pont AM peut se maintenir si MLC20 déphosphorylée
→cycle phosphorylé rapide
→ cycle partiellement déphosphorylé lent
relaxation
A+M
A + Mp
AM
AMp
♦régulation du filament fin
protéines régulatrices: caldesmone, calponine
liaison à l’actine, la tropomyosine, la calmoduline
inhibent la liaison de l’actine à la myosine
inhibition levée si phosphorylation
contraction
mécanismes cellulaires
couplage excitation-contraction
schéma général
excitation
pharmacorécepteurs
R
canaux ioniques
R
IP3
SERCA
codage du signal calcique
Ca2+
réticulum
sarcoplasmique
couplage
excitation- contraction
+
Ca2+-CaM
+
décodage du signal calcique
MLCK
relaxation
A+M
A + Mp
AM
AMp
MLCP
contraction
contraction
couplage excitation-contraction
mécanismes cellulaires
schéma général
Ca2+ = signal
agonistes
contractants
+
+
-
ON
ON
excitation
Ca2+
-
-
OFF
OFF
agonistes
relaxants
contraction
+
encodage
+
decodage
mécanismes cellulaires
couplage excitation-contraction
codage du signal calcique
mécanismes « ON »
libération de Ca2+ du RS
récepteurs à l’IP3
récepteurs à la ryanodine
influx de Ca2+ extracellulaire
canaux calciques L dépendants du potentiel
modulation du potentiel de membrane
dépolarisation : influx Ca2+, Na+, Clhyperpolarisation : canaux K+
récepteurs canaux dépendants de l’action d’un agoniste
« receptor-operated channels » (ROC) cationiques non spécifiques
canaux activés par la vidange du RS
« store-operated channels » (SOC)
mécanismes cellulaires
couplage excitation-contraction
codage du signal calcique
mécanismes « OFF »
extrusion du Ca2+
PMCA
échangeur Na+-Ca2+ (NCX)
captation du Ca2+ dans les réservoirs calciques intracellulaires
RS : SERCA
mitochondries: uniport calcique
liaison aux protéines cytosoliques fixant le Ca2+
Protéines tampons (buffering proteins)
cinétique lente
forte affinité
Protéines signal (signalling proteins)
cinétique rapide
faible affinité
couplage excitation-contraction
mécanismes cellulaires
codage du signal calcique
A
A
R
schéma global
canaux ioniques PMCA
IP3
Ca2+
SR
SERCA
RyR
NCX
CaPr
uniport
Ca2+
mitochondrie
fuite
profil calcique : résultante de l’interaction des
mécanismes de l’homéostasie calcique
couplage excitation-contraction
mécanismes cellulaires
décodage du signal calcique
voie MLCK
MLCK (kinase de la chaine légère de la myosine) activée :
phosphoryle la MLC20
MLC20 phosphorylée → formation du pont actomyosique
Ca2+
% MLC phosphorylée
la voie Ca2+- calmoduline – MLCK
55
50
45
40
35
30
MLCK
80
A + Mp
AM
AMp
MLCP
contraction
force (% max)
Ca2+-CaM
+
relaxation A + M
phosphorylation de
la MLC
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
contraction
60
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
couplage excitation-contraction
mécanismes cellulaires
décodage du signal calcique
voie MLCK
♦ activation de la MLCK (« ON »)
MLCK
k2
MLCK*
k1
2Ca
k­1
k­4
CaM_cm
2Ca
k12
2Ca2+
2+
2+
CaM_c_
MLCK
k11
k­12
k10
k­6
k­9
k9
k­11
CaMn__
k­10
CaM__m
2+
k­7
k6
2Ca2+
2Ca2+
différents états possibles du systèmes
k7
k­3
2Ca
k­8
CaMn_m
k5
k­5
2Ca
2Ca2+
k4
CaMnc_
k3
k8
2+
k­2
calmoduline : 4 sites de fixation au Ca2+
(2 C-terminaux + 2 N-terminaux)
MLCK activée :
complexe MLCK-Ca-CaM →
phosphoryle la ser19 (et la thr18) de la MLC20
2Ca2+
CaM___
MLCK
♦ inactivation de la MLCK (« OFF »)
phosphorylation sur ser512 : diminution par 10 de l’affinité pour CaM
couplage excitation-contraction
mécanismes cellulaires
décodage du signal calcique
voie MLCK
inhibition de la MLCK : wortmaninn (WT)
stimulation cholinergique
tension de repos
Force (%AChFmax)
120
Force (%AChFmax)
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8 WT 5 µM
-10
0
contrôle
100
contrôle
80
60
40
20
WT 5 µM
0
10
temps (min)
20
0
10
20
temps (min)
• la MLCK est modérément active au repos
• la contraction dépend fondamentalement de l’activation de la MLCK
30
mécanismes cellulaires
couplage excitation-contraction
décodage du signal calcique
voie MLCP
MLCP (phosphatase de la chaine légère de la myosine) activée : déphosphoryle la MLC20
MLCK
3 sous-unités :
sous-unité catalytique PP1c
A + Mp
relaxation A + M
sous-unité régulatrice MYPT1
sous-unité M-20
AM
AMp
contraction
MLCP
♦régulation négative de la MLCP (« ON »)
phosphorylation de PP1c par PKC
phosphorylation de MYPT1 (ser696 et ser853) par Rho kinase
♦régulation positive de la MLCP (« OFF »)
phosphorylation de MYPT1 (ser692, ser695 et ser852) par PKG et PKA
(empêche la phosphorylation par la RhoK)
couplage excitation-contraction
mécanismes cellulaires
décodage du signal calcique
voie MLCP
inhibition de la MLCP : acid okadaique (5 µM), calyculine A
stimulation cholinergique
8
6
4
OA
2
0
0
60
120
temps (sec)
180
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
*
cal
contrôle
100
contraction (% ref. ACh)
10
contraction (% ref. ACh)
force (%AChFmax)
tension de repos
80
calyculine A
60
40
20
0
0
10
• la MLCP est active au repos
• la MLCP est inhibée lors de la stimulation cholinergique
20
30
40
temps (sec)
50
60
mécanismes cellulaires
le signal calcique
[Ca2+]i (nM)
800
600
profil du signal
CML de
trachée de rat
400
200
0
10 µM ACh
10 s
[Ca2+]i (nM)
800
CML de
bronche humaine
600
400
200
0
stimulation cholinergique
10 µM ACh
réponse à la stimulation :
•pic calcique
•plateau
•oscillations calciques (occurence
variable selon les espèces et les
agonistes)
stimulation cholinergique
mécanismes cellulaires
le signal calcique
profil du signal
les paramètres de la réponse calcique
dépendent de l’intensité de la
stimulation
500
pic
400
fréquence des oscillations
oscillations / min
12
10
8
6
4
2
0
0,01 0,1
1
10
Acétylcholine (µM)
100
Elévation de [Ca2+]i (nM)
300
200
100
0
70
60
50
40
30
20
10
0
plateau
0,01 0,1
1
10
100
Acétylcholine (µM)
mécanismes cellulaires
stimulation cholinergique
le signal calcique
mécanismes de mobilisation du Ca2+
effet de la vidange du RS
effet de la suppression du Ca2+ externe
800
10 s
600
500
2mM Ca2+
400
200
0
[Ca2+]i (nM)
1000
ACh 10 µM
800
600
400
0 Ca2+
300
200
100
0
Pic
Plateau
ACh 10 1µM
400
source : réticulum sarcoplasmique
200
0
Elévation de [Ca2+]i (nM)
[Ca2+]i (nM)
1000
ACh 10 µM +TG (12 min )
stimulation cholinergique
mécanismes cellulaires
le signal calcique
mécanismes de mobilisation du Ca2+
400
[Ca2+]i (nM)
600
trachée
de rat
400
300
200
100
200
0
0
10 µM ACh
InsP3 0.3 µM
InsP3 10 µM
10 s
immunomarquage des RIP3 type 1
ACh Î production d’IP3
ouverture des RIP3
pic [Ca2+]i initial (nM)
[Ca2+]i (nM)
800
stimulation par InsP3
500
300
200
100
0
-7
-6
-5
log [InsP3] M
frequence d oscillations (min-1)
stimulation par l’ACh
6
4
2
0
-7
-6
-5
log [InsP3] M
mécanismes cellulaires
stimulation cholinergique
le signal calcique
mécanismes de mobilisation du Ca2+
ACh → production d’IP3
→ libération du calcium intracellulaire du RS
pas d’influx significatif de Ca2+ extracellulaire
récepteur muscarinique M3
PLC
IP3
Ca2+
RIP3
Ca2+
RS
stimulation cholinergique
mécanismes cellulaires
la réponse contractile
relation concentration-réponse
intensité de la stimulation
4,0
3,5
CCh 10-5 M
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
CCh 3.10-7 M
0,5
0
0
20
40
60
80
100
temps (min)
120
force (g.mm-2SMA)
contraction (g)
4,5
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Fmax
EC50
-8
-7
-6
-5
log carbachol (M)
Fmax : « potency »
EC50 : sensibilité
augmentation Fmax : hyperréactivité (hyperpotency)
diminution EC50 : hypersensibilité (hypersensitivity)
-4
stimulation cholinergique
mécanismes cellulaires
contraction (% Fmax)
la réponse contractile
aspect temporel de la réponse
contraction lente
100
80
contraction aditionnelle retardée
60
40
20
0
0
5
10 15 20 25
temps (min)
30
contraction rapide
force (% max)
80
stFmax
60
40
20
0
ajustée par une équation de Hill :
TFmax50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
contraction rapide
mécanismes cellulaires
stimulation cholinergique
la réponse contractile
mécanisme de la contraction rapide
phosphorylation de la MLC
50
45
rôle de la RhoK
40
Y27632 : inhibiteur de RhoK
pas d’effet au repos
35
30
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
time (sec)
80
force (% max)
contrôle
80
force (%Ach)
% phosphorylated MLC
55
rôle de la MLCK
inhibition de la MLCK= pas de réponse
60
20
0
60
Y27632
40
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (s)
40
contraction
20
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
• la RhoK est inactive au repos
• la RhoK est activée lors de la stimulation
•La RhoK augmente la contraction rapide
stimulation cholinergique
la réponse contractile
mécanisme de la contraction rapide
signal Ca2+
55
0.5
50
% phosphorylated MLC
[Ca2+]i (µM)
mécanismes cellulaires
0.4
0.3
0.2
0.1
CCh 10-3 M
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
A+M
A + Mp
AM
AMp
2
1
45
40
35
30
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
time (sec)
1 2
80
force (% max)
activation de la MLCK par le Ca2+
inhibition de la MLCP par la RhoK
phosphorylation de la MLC
60
40
contraction
20
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
mécanismes cellulaires
stimulation cholinergique
la réponse contractile
mécanisme de la contraction retardée
NS
5 min
15 min 30 min
% phosphorylated MLC
NP
P
PP
70
60
50
chélérythrine : inhibiteur de PKC
contrôle
120
100
50 µM
80
60
40
20
0
0
40
30
20
rôle de la PKC
Force (%AChFmax)
phosphorylation de la MLC
10
20
temps (min)
30
•La PKC augmente la contraction retardée
0
5
10 15 20
temps (min)
25
30
•La phosphorylation de la MLC20 augmente
lors de la contraction retardée
activation de la PKC
→ inhibition aditionnelle de la MLCP
→ phosphorylation de la MLC20
mécanismes cellulaires
stimulation cholinergique
la réponse contractile
schéma explicatif global
ACh
R
IP3
Ca2+
SR
SERCA
Ca2+-CaM
+
MLCK
PKC
-
Rho Kinase
A+M
A + Mp
AM
AMp
MLCP
-
stimulation purinergique
mécanismes cellulaires
profil de la réponse
♦réponse contractile
bronche humaine
bronche de rat
2.5
60
0.8
2
50
Fmax (% reference
ACh)
1
tension (g)
tension (g)
40
0.6
1.5
IPB
0.4
30
20
1
10
0.5
0.2
ATP 10-3 M
ATP 10-3 M
0
0
5
10
time (min)
15
20
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
time (min)
2+
[Ca ]i (nM)
♦réponse calcique
700
600
500
400
300
200
100
0
30 s
ATP 10-6 M
ATP 10-5 M
ATP 10-4 M
ATP 10-3 M
0
-6
-5
-4
log [ATP] (M)
-3
mécanismes cellulaires
stimulation purinergique
types de récepteurs impliqués
différents types de récepteurs P2
P2X : récepteurs canaux cationiques non spécifiques
P2Y: récepteurs à 7 DTM couplés aux protéines Gq
40
*
30
20
F 10
0
BIP
inhibition P2Y
(RB2)
Fmax (% reference ACh)
50
max
(% reference ACh)
25
20
15
*
P2X et P2Y interviennent dans la réponse
10
5
0
IPB
stimulation P2X
(α−β methylène ATP)
stimulation purinergique
mécanismes cellulaires
mécanismes de mobilisation du Ca2+
50
40
30
20
*
10
0
IPB
inhibition des canaux L
(D600)
Fmax (% reference ACh)
Fmax (% reference ACh)
♦couplage P2X
50
40
30
*
20
10
0
IPB
suppression du Na+
♦couplage P2Y
→ production d’IP3
→ ouverture des RIP3
→ libération du Ca2+ du RS
P2X : canal cationique non spécifique
→influx de Ca2+ et Na+
→ dépolarisation
→ activation canaux L
→influx de Ca2+
stimulation purinergique
mécanismes cellulaires
schéma explicatif global
stimulation P2X→
•ouverture P2X
•influx Na+
•dépolarisation
•ouverture canaux L
•influx Ca2+
ATP
canaux Ca2+
voltagedépendants
P2X
V
P2Y
PLC
Em
IP3
Na+
Ca2+
Ca2+
RS
stimulation P2Y →
production d’IP3
ouverture des RIP3
libération du Ca2+ du RS
stimulation adrénergique
mécanismes cellulaires
récepteurs β2 adrénergiques: couplés à une protéine Gs
Rβ2
β2-mimétiques :
anti-asthmatiques
récepteur muscarinique M3
AC
PLC
IP3
ATP
AMPc
Ca2+
Ca2+
RS
PKA
CaM
Ca2+-CaM
+
-
relaxation
MLCK
MLC20
MLC20 - P
MLCP
-
contraction
PKC; RhoK
mécanismes cellulaires
modélisation mathématique
relation dynamique stimulation-réponse
relation intensité de la stimulation ↔ intensité de la réponse
corrélation entre paramètres calciques et intensité de la réponse
(vitesse, amplitude)
↑ stimulation → ↑ pic, plateau, oscillations → ↑ vitesse, amplitude contraction
comment l’appareil contractile décode-t-il le signal calcique ?
sensibilité aux différents paramètres
intégration du signal oscillant
au niveau cellulaire?
au niveau tissulaire?
modélisation mathématique
mécanismes cellulaires
schéma du modèle mathématique
modèle mathématique
Ca2+
Ca2+-CaM
+
MLCK
relaxation A + M
A + Mp
AM
AMp
contraction
MLCP
PKC
RhoK
biologie des systèmes
modélisation mathématique
mécanismes cellulaires
schéma du modèle mathématique
Ca2+
Calmoduline (CaM)
k+RK
RhoKi
0.1 µM
k
+RhoK* MLCPi catP
0.1 µM
k+P
k­P
site de liaison MLCK
+MLCP
phosphorylation MLC
k1
k­1
k­4
CaM_cm
CaMn_m
k5
k12
2Ca2+
k­5
CaM_c_
MLCK
k­12
k10
k­6
k­9
k9
MLCK
k­11
k6
k­10
CaM__m
k­7
CaMn__
2Ca2+
2Ca2+
CaM___
k+D
+MLCP
A+Mp
k4*
k7
k11
k-D
k8*
2Ca2+
voie CaM-MLCK
k3*
k5*
k­3
2Ca2+
k­8
MLCPMp
CaMnc_
k7*
2Ca2+
2Ca2+
2Ca2+
k­2
k3
k8
k4
ponts AM
contraction
isometrique
k2
k2*
k1*
MLCK
2Ca2+
AMp
AM
kcatD
A+M
MLCK*
+RhoK*
MLCP*
MLCPRhoK*
10 s
activité MLCK
activité MLCP
activité RhoK
RhoK*
k­RK
10 s
sites de liaison Ca2+
C-terminale
N-terminale
voie RhoK/MLCP
+MLCP
AM
kcatD
MLCPAMp
k-D
k+D
+MLCP
AMp
k6*
appareil contractile
mécanismes cellulaires
modélisation mathématique
décodage du signal calcique
intégration du signal oscillant
prédictions du modèle mathématique
signal calcique forcé
0.4
0.3
45
40
35
0.2
30
0.1
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
prédiction du modèle:
intégration du signal oscillant
au niveau cellulaire
(phosphorylation de la MLC20)
F (% max. possible)
[Ca2+]i (µM)
0.5
MLC phos. [% maximum]
0.6
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
temps (sec)
activité MLCK (% maximum)
50
mécanismes cellulaires
modélisation mathématique
décodage du signal calcique
codage lié au pic calcique
30
1.2
25
1.0
0.9
20
[Ca2+]i (µM)
0.8
0.7
15
0.6
0.5
10
0.4
0.3
05
0.2
0.1
00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
10
20
30
temps (sec)
l’amplitude du pic code :
Î pour la vitesse de développement de la force
Î pour l’apparition et l’amplitude d’un pic contractile transitoire
40
50
temps (sec)
60
70
80
90
F (% max. possible)
1.1
mécanismes cellulaires
modélisation mathématique
décodage du signal calcique
codage lié au plateau calcique
45
0.6
35
[Ca2+]i (µM)
0.5
30
0.4
25
20
0.3
15
10
0.2
05
0.1
00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
temps (sec)
l’amplitude du plateau code :
Î pour l’amplitude de la force maintenue
0
10
20
30
40
50
temps (sec)
60
70
80
90
F (% max. possible)
40
mécanismes cellulaires
modélisation mathématique
décodage du signal calcique
codage lié aux oscillations calciques
gamme physiopathologique de la fréquence
des oscillations calciques des myocytes des
voies aériennes
5-30 oscillations/min
15 min-1
10 min-1
5 min-1
20
5 oscillations /min
10 oscillations /min
15 oscillations /min
F (% max. possible)
15
10
05
00
0
10
20
30
40
50
temps (sec)
l’amplitude des oscillations code :
Î pour l’amplitude de la force maintenue
60
70
80
90
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