29/09/2014 MARIANI Natacha L3 CR : REYNAUD Théo
publicité
Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz 29/09/2014 MARIANI Natacha L3 CR : REYNAUD Théo Appareil Respiratoire F. Bregeon 20 pages Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Plan A. Physiologie bronchique I. Présentation II. Bronchomotricité III. Epuration muco-ciliaire IV. Sécrétion muqueuse V. Conduction des gaz B. Physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz I. Échanges air ambiant – air alvéolaire II. Diffusion alvéolo-capillaire III. Transformation du sang capillaire pulmonaire à l'artère périphérique A. Physiologie bronchique I. Présentation a. Les fonctions bronchiques : – La bronchomotricité, qui correspond au tonus du muscle lisse bronchique. – L'épuration muco-ciliaire : L'épuration muco-ciliaire est associée à un rôle de défense de l'organisme, notamment via des cellules immunitaires qui représentent le versant cellulaire de l'épuration. – La sécrétion, qui est liée à la fonction précédente : Les bronches sécrètent le mucus, ainsi que des substances et des molécules biologiquement actives. – La conduction des gaz (détaillée dans un autre cours) : Les bronches permettent aux gaz de l'air de transiter vers les alvéoles. Les bronches ont également un rôle de conditionnement de l'air (elles humidifient l'air inspiré par évaporation et le réchauffent à 37°C) b. Les structures impliquées dans ces fonctions bronchiques : – Les cellules épithéliales, ciliées pour certaines et pour d'autres avec une bordure en brosse. Il s'agit donc d'un épithélium pseudo-stratifié. Certaines de ces cellules sont glandulaires au sein de l'épithélium et il y a également de vraies glandes organisées dans la sous-muqueuse. => Tout cela forme le tapis roulant muco-ciliaire ( = escalator muco-cilaire). Les battements ciliaires vont faire une remontée mécanique. Les particules qui remontent sont engluées dans le mucus, c'est ce qui fait l'efficacité de cette structure. 1/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz – Le muscle lisse bronchique. – Le système nerveux autonome (=SNA), qui contrôle ces différentes fonctions via les systèmes nerveux sympathiques et parasympathiques. – Des vaisseaux sanguins (capillaires) et des vaisseaux lymphatiques : À côté de la sécrétion du mucus, il y a une sécrétion hydro-sodée plutôt aqueuse (on en fait l'expérience quand on a un rhume). Les vaisseaux lymphatiques ont un rôle important dans la réabsorption et la sécrétion hydrosodée. – Des cellules immunocompétentes : Dans la lumière des bronches on trouve des macrophages (à l'état normal) et des polynucléaires (surtout à l'état pathologique). Dans la muqueuse, on trouve tout ce qui fait appel aux défenses à proprement parler : des macrophages, des mastocytes, des cellules dendritiques et des lymphocytes. c. L'organisation de cette physiologie bronchique : On voit en haut, reposant sur la membrane basale, l'épithélium pseudo-stratifié avec les cils sur le dessus. Au-dessus de ces cils se trouve le mucus. Il existe des cellules caliciformes qui sécrètent le mucus et qui bordent les canaux sécrétoires des glandes exocrines situées entres les cellules épithéliales. Dans la muqueuse on trouve des vaisseaux sanguins, des fibres musculaires, des cellules immunocompétentes et des fibres nerveuses. d. Le contrôle de la physiologie bronchique est : – – – – Neuronal (par le SNA via les systèmes sympathiques et parasympathiques.) Endocrine, car des substances vont être véhiculées dans la circulation sanguine et par diffusion à travers l'endothélium vasculaire vont se retrouver dans la muqueuse (par exemple au contact de la fibre musculaire) Paracrine. Lorsqu'elles sont stimulées, toutes les cellules de la muqueuse bronchique sont capables de sécréter des médiateurs de l'inflammation, qui auront une action sur une cellule du voisinage. Autocrine : La cellule sécrète des substances qui agissent sur sa propre fonction. 2/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Agencement géodésique II. Bronchomotricité du muscle lisse bronchique a. Généralités Il y a un agencement dit géodésique du muscle lisse bronchique. (= agencement de systèmes rectilignes autour d'une formation cylindrique) La bronche à l'état normal (relâchée) a quand même un tonus musculaire. Lorsque ce tonus est augmenté, on parle de bronchoconstriction (contraction du muscle bronchique). => Il y a une augmentation du resserrement des fibres et une diminution du diamètre de la bronche. Les gaz vont moins facilement rentrer et surtout moins facilement sortir. C'est caractéristique de la crise d'asthme, où cette diminution de diamètre va faire que l'air, piégé, ne sort plus suffisamment. Il devient donc plus difficile de faire rentrer de l'air frais. => Il y a donc une sensation de difficulté respiratoire (dyspnée), voire même une détresse respiratoire. Cela peut aller jusqu'au pneumothorax (surpression qui entraîne une rupture des structures), et peut au maximum entraîner la mort. Normalement, ce phénomène de bronchospasme survient lors de petites irritations et est modéré. Il accompagne n’importe quelle toux et il est suivi du phénomène inverse (bronchodilatation) où le relâchement de la fibre musculaire lisse bronchique va permettre de retrouver le diamètre normal des bronches. La bronchomotricité est donc un phénomène réversible qui conduit à une variation du diamètre bronchique. Ce phénomène est sous contrôle nerveux (SNA), humoral (endocrine, paracrine et autocrine), il est donc accessible à des molécules pharmacologiques qui vont mimer ces systèmes. b. L'innervation muqueuse bronchique (schéma page 2) ➢ Les fibres parasympathiques afférentes ou terminaisons nerveuses sensitives. Chaque petite fibre se termine par un récepteur (chimio-récepteur, thermo-récepteur, mécano-récepteur ...) Certaines d'entre elles s'insèrent entre les cellules épithéliales, donc il est possible de capter des infos très périphériques (variation d'osmolarité, variation de température, un impact) Certaines partent d'une glande ou de la fibre musculaire, et captent les informations de ces régions plus profondes. => Ces fibres véhiculent l'information vers les centres nerveux via le nerf vague. ➢ Les fibres parasympathiques efférentes ou fibres parasympathiques motrices Elles circulent dans l'autre sens via le nerf vague aussi. Le centre, qui se trouve au niveau du tronc cérébral commande une action via le nerf vague. Ici, ce qui est important comme action est la contraction musculaire lisse bronchique, mais le centre commande aussi une sécrétion au niveau des glandes et une action au niveau des vaisseaux. ➢ Les fibres sympathiques efférentes (pas de fibres afférentes) Ce système fonctionne par une libération de catécholamines qui ont une action surtout sur les vaisseaux via des récepteurs α et β adrénergiques. Chez l'Homme, on n'a jamais mis en évidence l'existence d'une commande du muscle lisse bronchique par ce système. 3/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Rappels importants sur le SNA (systèmes sympathique et parasympathique) : → Ce sont des systèmes nerveux à 2 neurones : Un neurone pré-ganglionnaire qui fait synapse avec un 2ème neurone post-ganglionnaire (lorsque la synapse se fait en dehors du névraxe, on dit qu'elle se fait dans un ganglion, qui n'est pas toujours individualisé). La synapse ganglionnaire se fait dans les 2 systèmes grâce à une libération du neuromédiateur, l'acétylcholine. La transmission se fait dans les 2 systèmes grâce à la fixation de l'acétylcholine sur 2 types de récepteurs : des récepteurs nicotiniques (nAch) et des récepteurs muscariniques (dont il existe plusieurs types mais ici il s'agit de M1 ; il en existe 5 types : M1, M2, M3, M4 et M5). → Il existe des différences entre ces 2 systèmes : Pour le système sympathique, les centres sont dans la moelle épinière, on les dit médullaires. Pour le système parasympathique, le corps cellulaire du neurone pré-ganglionnaire se trouve dans le bulbe rachidien : les centres sont bulbaires. Pour le système sympathique, le neurone post-ganglionnaire est long et la synapse se fait loin de l'organe. Seul l'axone du neurone qui vient innerver l'organe se trouve dans celui-ci. Pour le système parasympathique, le neurone post-ganglionnaire est court et la synapse se fait dans l'organe (on a donc un ganglion virtuel). Pour la bronche, la synapse se fait dans la muqueuse bronchique. Pour le système sympathique, le neuromédiateur sécrété au niveau de l'organe est la noradrénaline, qui est une catécholamine. Pour le système parasympathique, c'est l'acétylcholine, comme pour la synapse ganglionnaire. 4/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Au niveau de la fibre musculaire lisse bronchique, on a donc : ➢ Un système adrénergique qui agit via la noradrénaline (système sympathique) qui se fixe au niveau de récepteurs adrénergiques de type β. Il va provoquer une dilatation. ➢ Un système cholinergique qui agit via l'acétylcholine ( système parasympathique efférent) qui se fixe sur des récepteurs de type muscarinique M. Il va provoquer une contraction. ➢ Un système NANC (Non Adrénergique et Non Cholinergique), dans lequel on trouve de nombreux médiateurs qui sont le fait de fibres neuromusculaires différenciées : - soit à partir du parasympathique afférent (au lieu de capter l'information pour la faire remonter, il y aura par exemple sécrétion de substances en rétrograde) - soit à partir du système efférent (au lieu de sécréter de l'acétylcholine, ces fibres vont sécréter autre chose) Ce système NANC comporte 1 groupe bronchodilatateur et 1 groupe bronchoconstricteur. ► Organisation générale de ces 3 systèmes ➢ A droite, le système sympathique : Le centre, qui est médullaire, est beaucoup plus bas que les centres bulbaires du système parasympathique. Le 1er neurone fait relais dans la chaîne ganglionnaire sympathique qui est latéro-vertébrale. Le 2ème neurone (post-ganglionnaire) est long car il doit aller de la région latéro vertébrale jusqu'aux bronches. ➢ A gauche, le système parasympathique : On a le ganglion plexiforme qui se situe au niveau du cou, derrière la bifurcation carotidienne. Il contient un neurone bipolaire à 2 axones qui appartient au système afférent (neurone pré-ganglionnaire qui fait synapse DANS la muqueuse bronchique avec le neurone post-ganglionnaire). Il existe des connexions entre les 2 systèmes parasympathiques (afférent et efférent), donc des information vont pouvoir circuler. On parle de boucle afférent-efférent (ou boucle vago-vagale). 5/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Par exemple : irritation au niveau périphérique : ➔ Ce signal remonte jusqu'au centre (système afférent) ➔ Le centre commande la bronchoconstriction (système efférent) ➔ Bronchospasme. ► Cibles et effets du SNA parasympathique : bronchoconstriction + feed-back négatif ➢ Au niveau de la jonction neuromusculaire on a M2 et M3 sur lesquels l'acétylcholine va se fixer : – En post-jonctionnel, elle va se fixer principalement sur M3, et on aura une contraction de la fibre. => bronchoconstriction. - MAIS de façon concomitante, l'acétylcholine libérée dans la fente synaptique va se fixer sur les M2 pré-jonctionnels qui sont inhibiteurs de la libération d'acétylcholine, ce qui crée un effet de feed-back négatif et donc une dilatation. => bronchodilatation. - L'acétylcholine se fixe aussi sur des récepteurs M2 en post-jonctionnel mais provoque un effet négligeable qu'on ne connaît pas bien. ➢ Dans la synapse ganglionnaire, on a M1, qui est facilitateur de la synapse lorsque l'acétylcholine s'y fixe. (schéma suivant) ► Cibles et effets du SNA sympathique : bronchodilatation 6/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz ➢ Comme vu précédemment, il n'y a pas vraiment d'innervation sympathique musculaire lisse directement motrice. ➢ On suppose donc que ce système agit par inhibition de la synapse ganglionnaire parasympathique, et que c'est ainsi qu'il provoque la dilatation. Des fibres nerveuses du sympathique viendraient bloquer le système parasympathique via la noradrénaline. ➢ La bronchodilatation est essentiellement le fait d'une modulation humorale. => c'est le système sympathique endocrine : Le système sympathique innerve les glandes surrénales qui vont sécréter de l’adrénaline et de la noradrénaline. Celles-ci vont se retrouver dans la circulation sanguine au niveau systémique, et comme les bronches sont bien vascularisées,elles vont diffuser à travers les vaisseaux et se retrouver au contact de la fibre musculaire bronchique où elle vont se fixer sur les récepteurs β2-adrénergiques. ➢ L’adrénaline et la noradrénaline provoquent tachycardie et hypertension, on a donc des effets secondaires sur le système cardiovasculaire si on en donne par voie générale pour contrer les crises d'asthme. Il faut donc donner un β2-mimétique spécifique des récepteurs β2 (salbutamol, ou Ventoline®) par voie aérosolisée pour limiter les effets indésirables. ► Le système NANC : ➢ Les rameaux différenciés à partir du parasympathique afférent (sensitif) : Lorsque les fibres sensitives du parasympathique sont stimulées de façon répétée, continue, on a une libération rétrograde (sur le site même d'où naît le signal de départ) de neuromédiateurs favorisant la constriction. => C'est donc le NANC excitateur, qui provoque la bronchoconstriction. Les neuromédiateurs du système parasympathique se retrouvent en dehors des neurones et agissent comme des cytokines. On parle alors de neurokinines : neurokinine A (NK), substance P (SP) et CGRP (calcitonine gene related peptide). ➢ Les rameaux différenciés à partir du parasympathique efférent : Il y a à partir de ces fibres différenciées une libération de neuromédiateurs favorisant la bronchodilatation => On parle de NANC inhibiteur (inhibition de la contraction musculaire lisse bronchique) Les neuromédiateurs impliqués sont des substances qui avaient déjà été décrites dans d'autres organes : peptide vasointestinal (VIP), autres peptides, monoxyde d'azote (NO). Le NO est une substance ubiquitaire, à durée de vie courte, et fabriqué par l'endothélium vasculaire ou par des neurones. C'est donc à la fois un neuromédiateur, un bronchodilatateur, et un vasodilatateur. 7/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz c. La broncho motricité humorale paracrine Elle passe par toutes les substances libérées par des cellules dans un contexte d'agression (inflammation / allergie). Il y a donc libération de médiateurs locaux : surtout de l'histamine, mais aussi d'autres médiateurs de l'inflammation (kinines, autres peptides inflammatoires, NO...) Ses mécanismes d'action sont : – L'activation de récepteurs spécifiques sur la fibre musculaire lisse et/ou l'excitation de fibres nerveuses vagales sensitives qui vont faire une boucle vago-vagale et répondre par une bronchoconstriction. – Le couplage à des messagers intracellulaires. – La modulation des fluxs calciques. Cette action humorale est bronchoconstrictrice le plus souvent mais peut aussi être bronchodilatatrice. Dans l'asthme on a une augmentation de cette motricité paracrine, ce qui entraîne des bronchospasmes qui peuvent être permanents. (ndcr : schéma résumant +/- ce qui a été dit mais à ne pas connaître dans les détails) 8/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz d. Résumé → Cibles thérapeutiques : - Les récepteurs M3 post-synaptiques : inhibition (par exemple : les atropiniques de synthèse, qu'on peut aussi donner par voie inhalée). Il faut bloquer les M3 sans bloquer les M2 (qui ont déjà l'action dilatatrice que l'on cherche en bloquant les M3). - Les récepteurs β2-adrénergiques : activation pour provoquer une bronchodilatation. → Applications dans l'asthme et dans la BPCO, où il faut toujours lutter contre une inflammation ou une allergie. III. L'épuration muco-ciliaire a. L'élimination physico-chimique L'élimination physico-chimique se fait par : - Le filtrage particulaire - Le tapis roulant muco-ciliaire - Le réflexe de toux → Le filtrage particulaire s'explique par la diminution du diamètre des voies aériennes au fur et à mesure qu'on descend dans les profondeurs du poumon (seules les particules de moins d'1μm peuvent atteindre les bronchioles terminales). De plus, lors du flux entrant de gaz, les particules vont se retrouver impactées sur la muqueuse, projetées sur les parois, et piégées dans le mucus. Les particules piégées par le mucus remontent, grâce au tapis roulant muco-ciliaire. À la partie terminale, des alvéoles se branchent directement sur les bronchioles respiratoires, c'est ce qu'on appelle la zone de transition où on a à la fois une fonction de conduction des gaz et une fonction d'échange. Il n'y a plus de tapis roulant muco-ciliaire dans cette zone, donc le rôle des macrophages dans l'épuration va y être particulièrement important. 9/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz → Le tapis roulant muco-ciliaire agit de façon continue : ➢ Au niveau des bronchioles respiratoires : - Il n'y a presque plus de cils. - Les cellules de CLARA remplacent les cellules caliciformes, et ont comme celles-ci un rôle sécrétoire. - La paroi est particulièrement fine. On y trouve des pneumocytes de type I (PI) qui forment la structure de l'alvéole, et des pneumocytes de type II (PII) plus volumineux et qui sécrètent le surfactant. => Le surfactant tapisse la totalité de la surface des alvéoles, et on peut aussi en retrouver sous forme de gouttelettes dans le mucus. ➢ Le mucus recouvre la surface de l'épithélium bronchique. - La partie du mucus au contact des cellules est moins dense, plus aqueuse. - La partie plus proche de l'extérieur est plus collante car elle va recevoir les particules et les piéger. Dans ce mucus on trouves des enzymes, des anticorps (IgA +++ sous forme de dimères qui vont pouvoir directement neutraliser certains antigènes). ➢ Composante mécanique du tapis roulant muco-ciliaire : Les cils sont contractiles et vont d'abord s'incliner vers le côté alvéolaire, de façon synchrone pour une même zone. On va trouver des petits crochets au sommet des cils. Lorsque ces derniers se contractent, les petits crochets vont attraper le mucus, et quand les cils reviennent vers l'avant, ce mucus va être projeté en direction de l'extérieur. Ce mouvement des cils se propage par vague, donc il y a une propulsion de façon continue du mucus et de toutes les particules piégées par celui-ci, vers le pharynx. Ce mucus est ensuite dégluti, de façon continue aussi. Si il y une insuffisance de ce tapis roulant (battement ciliaire moins important, mucus déshydraté), on a une toux plus fréquente en compensation. 10/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz ➢ Les macrophages (composante cellulaire du tapis roulant muco-ciliaire) sont présents partout, mais ceux des alvéoles vont digérer par phagocytose toutes les particules non évacuées par la composante mécanique du tapis roulant. Il y a 2 devenirs possibles pour ces macrophages alvéolaires après la phagocytose : – soit ils remontent avec le tapis roulant muco-ciliaire. – soit ils sont éliminés par le réseau lymphatique, vers la plèvre en grande partie. Si les particules sont phagocytées mais pas désintégrées par les macrophages, il y a formation de kystes dans la plèvre, ce qui entraîne une calcification pleurale. C'est ce que l'on observe dans la maladie liée à l'amiante, l’asbestose, où les macrophages drainés vers les plèvres avec toutes les particules d'amiante vont à la longue être à l'origine de ces calcifications pleurales. → Le réflexe de toux : On a la mise en jeu d'un neurone sensitif qui capte une information. Cette information va être transmise au cerveau qui va commander une action via le système parasympathique moteur. • • • • Les fibres nerveuses sensitives parasympathiques transmettent l'information au centre situé au niveau du bulbe rachidien. Le centre fait relais avec le noyau du tractus solitaire (NTS), qui suite à cette stimulation va commander un groupe de neurones respiratoires situés à la partie dorsale du tube, qu'on appelle le groupe respiratoire dorsal (GRD). Le GRD va commander un autre groupe de neurones respiratoires, le groupe respiratoire ventral (GRV). Le GRD va commander la contraction diaphragmatique : le diaphragme se contracte de façon brève Rapidement après, le GRV ordonne la contraction des muscles expiratoires (essentiellement abdominaux). Les effets sur des variations de pression pleurale sont : - une dépression lors de la contraction diaphragmatique - une surpression (supérieure à la pression atmosphérique) lors du relâchement diaphragmatique et de la contraction intense des muscles expiratoires. S'associe à ce phénomène une activation du neurone moteur du nerf vague (=NMX) qui est donc la voie parasympathique motrice dont on a vu précédemment qu'elle avait un effet bronchoconstricteur (on rajoute également un effet d'hypersécrétion). • On a donc l'association d'une contraction (expiration puissante) à une réduction du diamètre bronchique, ce qui provoque un « effet sarbacane ». • La durée totale du phénomène est très courte :120 ms. • Expulsion des particules jusqu'à 250 m/s. 11/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz b. Le mucus On en produit jusqu'à 100ml/jour. Son épaisseur normale sur la muqueuse est de : – 2-5 mm au niveau de la trachée – 0,5 à 10μm au niveau des petites bronches. Il est sécrété par les cellules caliciformes (qui deviennent plus loin les cellules de CLARA) et par les glandes séreuses. Initialement on distinguait 2 phases : la phase gel (ou phase sol) et la phase sol péri ciliaire (plus en surface, plus épaisse). Il y a en fait un gradient continu de glycoprotéines : le surfactant va être retrouvé plus ou moins dilué à tous les niveaux de ce mucus. C'est une substance visco-élastique qui contient 97% d'eau, des carbohydrates, des lipides et des protéines comme les mucines qui sont des glycoprotéines de haut poids moléculaire qui donnent sa particularité collante au mucus. On y trouve aussi des ions, des débris cellulaires (germes détruits, renouvellements des cellules ...), des enzymes et des médiateurs de l'inflammation (IgA, lysozyme, peroxydase, protéases et antiprotéases...). Un juste équilibre entre protéases et antiprotéases est nécessaire. En effet, un déficit en α1-anti-trypsine (une antiprotéase) entraîne une destruction progressive des parois des bronchioles et des alvéoles. On parle d'emphysème constitutif, dont les manifestations arrivent seulement à l'âge adulte. On peut aussi avoir un emphysème secondaire (par exemple secondaire au tabagisme), chez les individus qui agressent en permanence leur appareil respiratoire. Leur système immunitaire est du coup stimulé de façon importante et on a une hyperactivité des protéases. Le rôle du mucus dans les différentes fonctions bronchiques est d'assurer l'intégrité tissulaire, les défenses et le conditionnement hydrique de l'air (l'air dans nos voies aériennes est saturé à 100% en vapeur d'eau) : → le mucus est donc assez hydraté pour permettre le mouvement ciliaire → mais aussi assez sec pour ne pas entraver la dynamique fluide de l'air. Les cellules en brosse et les vaisseaux ont aussi un rôle dans les fonctions de sécrétion-réabsorption hydrosodée (les voies aériennes contribuent à l'équilibre hydrique de l'organisme). On perd environ 0,5L d'eau / jour par la respiration normale. La composition et la quantité de mucus sont régulées : - par les transports ioniques - par une neuro-régulation (la même que celle impliquée dans la motricité, c'est-à-dire le SNA). 12/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz c. Les actions cellulaires immunitaires et inflammatoires ❶ Si des particules antigéniques pénètrent par la trachée dans l'arbre aérien, elle peuvent être directement lysées (lyse enzymatique). ❷Elles peuvent aussi être prises en charge par des macrophages (+/- des polynucléaires) qui vont les phagocyter. Cette phagocytose peut être facilitée par une fraction du complément ou par un anticorps (opsonisation). Après formation du phagolysosome, il y aura expulsion du macrophage par la toux ou par le tapis roulant. => Il s'agit ici de l'immunité non spécifique. ❸Il arrive que certains agents antigéniques dépassent les capacités de défense et traversent l'épithélium : des cellules sentinelles (cellules dendritiques de la muqueuse bronchique) phagocytent la particule ou le micro organisme qui a pénétré dans l'épithélium. Ce sont des cellules présentatrices d'antigène (CPA). Elles vont présenter des éléments antigéniques de la particule initiale à la surface de leur membrane en association à des complexes majeurs d'histocompatibilité (=CMH), ce qui va permettre aux lymphocytes d'entrer en jeu et de les reconnaître de façon spécifique cette fois-ci. En réponse, il y a déclenchement d'une réponse inflammatoire, donc sécrétion de cytokines par les cellules dendritiques et lymphocytes. Cela entraîne le recrutement local de cellules immunocompétentes qui vont renforcer ces systèmes par la sécrétion d'anticorps via les LB (plasmocytes) ou activation de lymphocytes cytotoxiques. IV. La sécrétion muqueuse Il y a un contrôle neuronal des glandes de la sous muqueuse : – une stimulation β sympathique entraîne une sécrétion peu abondante mais un mucus plus visqueux – une stimulation α entraîne une sécrétion abondante et un mucus plus fluide. – d'autres facteurs d'augmentation de sécrétion, l'acétylcholine et le système NANC, ont un rôle dans la modulation de la sécrétion du mucus (rôles peu connus). 13/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz V. Conduction des gaz (j'ai mis cette image surtout pour la partie gauche du schéma, jusqu'à la colonne « dénomination »). Au fur et à mesure de la division bronchique, la surface d'échange augmente, ce qui donne une distribution en trompette. Sur l'ensemble des résistances à l'écoulement des flux, 80% sont le fait des grosses bronches, alors qu'elles représentent peu de la surface de notre arbre aérien. Le reste des voies aériennes prend les 20% de résistance restantes, malgré leur surface importante. Cela s'explique par un changement de la dynamique des fluides (on passe d'un écoulement turbulent dans les grosses bronches à un écoulement laminaire dans les petites bronches). Donc la résistance des petites bronches est moins importante. 14/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Les facteurs qui diminuent la conduction sont : – Une augmentation de la viscosité des gaz (lorsqu'on change de mélange gazeux) – Une modification des branchements (modifications anatomiques) : déformations, zones inflammatoires... Ces modifications peuvent créer des turbulences. – Une diminution du diamètre des bronches (encombrement luminal, épaississement muqueux, bronchoconstriction). B.Physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz (échanges gazeux) Le terme hématose désigne l'ensemble des processus responsables de la transformation du sang veineux en sang artériel (oxygénation du sang). Les échanges gazeux se font depuis l'air jusqu'au sang en étapes successives : – Échange air ambiant - air alvéolaire – Diffusion alvéolo-capillaire – Transformation du capillaire artérialisé en sang artériel I. Échanges air ambiant – air alvéolaire a. Rappels sur les mélanges gazeux La somme des fractions de tous les gaz constitutifs d'un mélange est égale à 1. La pression totale d'un mélange gazeux est la somme des pressions partielles de chaque gaz. Loi de Dalton : Soit le gaz i dans un mélange sec : Pi = PB x Fi avec : Pi = pression partielle du gaz, PB = pression totale de l'air (pression barométrique) = 760mmHg et Fi = fraction inspirée du gaz. (retenir juste que FiO2 = 0,21) Donc dans l'air : PO2 = 760 x 0,21 ≈ 160 mmHg 15/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz b. Dans l'arbre bronchique Quand on respire, l'air va être saturé à 100% en vapeur d'eau et la pression de l'eau sous forme gazeuse va empiéter sur notre mélange gazeux. Donc la PO2 s'abaisse dès la trachée : → On retranche la pression saturante en vapeur d'eau (PH2O sat = 47mmHg) de la pression totale => Pix = (PB – PH2O sat) x Fx = (760 – 47) x Fx donc : PO2 = (760 – 47) x 0,21 ≈ 150 mmHg → On a une perte de pression partielle par le fait même de l'hydratation des gaz. La PO2 s'abaisse encore dans l'alvéole : l'air alvéolaire est un mélange de gaz frais et gaz ayant participé aux échanges. Approximativement, si on faisait la moyenne de toutes les alvéoles et de leur composition, on a environ 14% de fraction d'O2 (FAO2) et 5,5% de fraction de CO2 (FACO2). Donc dans l'alvéole, on a : PO2 = (PB – PH2O sat) x FAO2 = (760 – 47) x 0,14 ≈ 100 mmHg PCO2 = (PB- PH2O sat) x FACO2 = (760 – 47) x 0,055 ≈ 40 mmHg Le globule rouge dé-saturé (à gauche) passe en face de l'alvéole (en haut) qui contient les 100 mmHg de PO2 et 40 mmHg de PCO2. Il y a ensuite la diffusion (II.) II. Diffusion alvéolo-capillaire (même schéma qu'au-dessus pour l'illustration) La diffusion va permettre de transférer les 100 mmHg de pression (PO2 dans l'alvéole) vers le sang. Il s'agit d'une diffusion simple, donc il va y avoir diffusion jusqu'à l'équilibre, sous réserve qu'il y ait assez de temps pour l'atteindre. Si le sang circule lentement, comme au repos, il y a le temps et le bolus de sang sera saturé à 100mmHg au premier tiers de son trajet le long de l'alvéole. Mais quand on fait du sport et qu'on augmente le débit cardiaque, on diminue le temps de transit du globule rouge en face de l'alvéole, le temps pour que cette diffusion se fasse sera alors raccourci. Normalement cela suffit pour atteindre l'équilibre, mais chez les très grands sportifs qui augmentent beaucoup leur débit cardiaque, on peut voir apparaître une baisse des pressions partielles au maximum de l'effort. De même, chez des patients qui ont des anomalies de la paroi (au niveau de l'interface sang-alvéole), la gazométrie peut être normale au repos, mais à l'effort on pourra détecter cette anomalie. On notera une hypoxémie d'effort, d'où l'intérêt des tests d'effort. 16/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz a. Loi de diffusion à travers une membrane : → la vitesse de l'air inspiré diminue progressivement des voies aériennes supérieures à la zone respiratoire (siège des échanges gazeux) où elle s'annule. Les échanges gazeux ont alors lieu par diffusion passive. Cette diffusion obéit à la loi de Fick. Loi de Fick : diffusion à travers la membrane débit du gaz = [S/e x Dgaz x ΔP] avec : S = surface d'échange ; e = épaisseur de la paroi ; D = constante de diffusion du gaz (elle dépend de la solubilité du gaz dans le milieu et est inversement proportionnelle au poids moléculaire du gaz en question) ; ΔP = gradient de pression entre les 2 compartiments Une fois le gaz passé du côté plasmatique, si il n'y avait que le plasma et pas l'hémoglobine, on atteindrait rapidement l'équilibre. Il n'y aurait donc pas beaucoup de molécules d'O2 qui passeraient car une fois l'équilibre atteint plus aucun transfert ne se ferait. Ce qui permet au transfert de se poursuivre c'est que d'une part le sang oxygéné circule, donc laisse place à du sang non saturé en O2 et que d'autre part il y a l'hémoglobine qui capte et fixe l'O2 au niveau du globule rouge dès que l'oxygène a diffusé et a été dissous dans le sang. => En terme de pression partielle, l'oxygène disparaît. Le gradient reste maximal le plus longtemps possible jusqu'à ce que l'hémoglobine soit saturée à 100%. L'hémoglobine fait disparaître l'O2 vis-à-vis du gradient, et permet de maintenir un gradient maximal le plus longtemps possible (jusqu'à sa saturation en O2). b. Diffusion de l'O2 de l'alvéole vers l'hémoglobine : Diffusion de gaz du poumon vers le sang (DL) = Diffusion à travers la membrane alvéolo-capillaire (DM) + Diffusion vers l'Hémoglobine (DHb). Pour que l'O2 diffuse vers l'hémoglobine, il doit traverser la paroi du globule rouge (facile car c'est un gaz liposoluble), puis il doit réagir avec l'hémoglobine, donc : DHb = vitesse de réaction avec Hb (θ) x volume de sang du capillaire (Vc). Donc : DL = DM + DHb = DM + θVc De nombreuses maladies vont pouvoir altérer cette capacité de diffusion. On peut tester la diffusion en utilisant le CO qui est un gaz facilement diffusible. En situation normale, cette étape de diffusion ne génère pas de perte de molécule d'O2, contrairement à l'hydratation qui fait perdre beaucoup de PO2. C'est un système relativement performant, grâce à : → La surface de la barrière alvéolo-capillaire des poumons qui est considérable (50-100 m²). → L'épaisseur de l'interface, de l'ordre de 0,5 mm, ce qui est idéal pour assurer des échanges par diffusion. → Un système de diffusion passif. → Le système hémoglobine. => pas de perte de PO2 en situation normale ! 17/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz Sur la courbe on voit qu'on atteint 100% de pression partielle dès le 1er tiers du chemin parcouru par le globule rouge dans le capillaire. c.Rôles des rapports ventilation (VA) - perfusion (Q) : Dans le poumon, il y a donc cet espace alvéolaire qui doit se retrouver en concordance avec une unité vasculaire pour que cet échange se fasse. Dans la situation idéale, lorsque chaque unité alvéolaire échange avec une unité vasculaire, il y a un rapport ventilation-perfusion = 1. En pratique cette équation n'est pas vraie dans tous les territoires pulmonaires, car par exemple, les vaisseaux sanguins qui partent du cœur vont se distribuer par la gravité terrestre préférentiellement vers les bases. Il y aura plus de perfusion au niveau des bases pulmonaires, et beaucoup moins aux sommets. Les sommets reçoivent moins de sang et il y aura moins d'échanges gazeux à ce niveau-là. Donc dans les sommets, la pression alvéolaire est plus élevée, et les vaisseaux qui auront participé aux échanges dans cette région auront une pression plus élevée que les vaisseaux qui auront échangé avec les alvéoles dans les bases. => La PO2 sanguine s'élève à 130mmHg environ aux sommets des poumons, où le rapport VA/Q est de 3, alors qu'elle n'est que de 90 mmHg environ à la base où le rapport VA/Q est égal à 0,6. => c'est donc le rapport VA/Q qui conditionne l'état d'oxygénation du sang. 18/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz III. Transformation du sang capillaire pulmonaire à l'artère périphérique On peut noter des hétérogénéités régionales de la ventilation et de la perfusion au cours de cette étape. a. Les shunts vrais Les shunts vrais sont des endroits du poumon où on a du sang veineux qui se jette dans du sang déjà artérialisé. Par exemple, une veine bronchique avec du sang veineux qui se jette dans une veine pulmonaire qui contient du sang artérialisé. C'est ce qu'on appelle une admission veineuse, ou un shunt anatomique. C'est comme si une partie du sang avait court-circuité le poumon et n'avait pas été oxygénée. => La partie veineuse retourne au cœur gauche sans avoir été oxygénée. Ce phénomène va contribuer à diminuer la pression en oxygène du sang du cœur gauche. Il existe également d'autres endroits où il y a des court-circuits : il y a des veines coronaires qui se jettent directement dans le ventricule gauche et amènent aussi du sang dé-saturé en O2 directement dans le sang artériel. Ce shunt physiologique contribue à abaisser la PO2 sanguine d'environ 5 mmHg. b. Les effets shunts Ils existent au niveau du mécanisme de ventilation-perfusion décrit précédemment. Il surviennent dans des territoires pulmonaires où la ventilation est diminuée, voire absente. Par exemple, à cause d'une pathologie qui fait que le territoire pulmonaire est bouché à cet endroit là. Mais encore, lorsqu'on dort, certaines zones de nos poumons peuvent se tasser et se fermer partiellement ou complètement. => C'est comme si il n'y avait pas eu de renouvellement des gaz frais (pas de ventilation). Donc il y a quand même une perfusion. On est dans une zone où le rapport VA/Q est inférieur à 1 (VA proche de 0 et Q élevée). Cet effet shunt contribue à oxygéner incomplètement le sang, et tous ces territoires pulmonaires avec effet shunt vont apporter du sang qui n'a pas été oxygéné et qui va s'ajouter au sang artérialisé. Il va donc contribuer à baisser la pression partielle en oxygène dans le sang. 19/20 Appareil Respiratoire - Physiologie bronchique et physiologie de la diffusion pulmonaire des gaz c. La cascade de l'O2 Tous ces mécanismes vont provoquer une chute de la PO2 le long des voies aériennes, et finalement nos cellules et nos mitochondries fonctionnent en aérobie avec uniquement 3 à 10 mmHg en intracellulaire . 20/20
