24/09/2014 DANIEL-MUSELLEC Zoé L2 CR : REYNAUD Théo Appareil respiratoire Pr O. Lacroix 16 pages Bases histologiques et anatomopathologiques Plan : A. Introduction Ge ne ralite s I. Principales fonctions de l'appareil respiratoire II. Organisation histologique B. Structure histologique de l'appareil respiratoire I. Voies aeriennes extra-pulmonaires II. Poumons III. Plevre C. Bases anatomopathologiques Quelques exemples I. Atteinte des cellules ciliees - «Maladie des cils immobiles» II. Atteinte des cellules caliciformes Mucoviscidose III. Anomalie de production de surfactant Maladie des membranes hyalines IV. Anomalie du tissu elastique Emphyseme V. Tumeurs malignes Tous les schemas sont sur l'ent. A. Introduction - Ge ne ralite s I. Principales fonctions a. Hematose +++ La fonction essentielle de l'appareil respiratoire est d assurer l'hematose, c'est a dire de permettre l oxygenation du sang et le rejet du gaz carbonique. Pour cela, il est forme de deux systemes en parallele : un ensemble de conduits aeriens, les voies respiratoires, permettant d'apporter de l'air oxygene jusqu'aux poumons. un ensemble de conduits vasculaires, les vaisseaux pulmonaires, qui apportent jusqu'aux poumons le sang riche en CO2. Au niveau des poumons, ces deux systemes se terminent chacun par une structure particuliere : les conduits aeriens se terminent en alveoles pulmonaires les conduits vasculaires se terminent en capillaires pulmonaires, tres proches des alveoles 1/16
Au total, on a une enorme surface d'echange entre ces deux structures ++. Les echanges entre l'o2 et le CO2 : Au niveau des alveoles, l'oxygene passe dans les capillaires pulmonaires. Ce sang oxygene va repartir dans la circulation generale. De l'autre cote, le gaz carbonique des capillaires pulmonaires va passer dans les alveoles, et etre rejete par les voies aeriennes lors de l'expiration. C'est la principale fonction de l'appareil respiratoire. b. Autres fonctions de l'appareil respiratoire i. Conditionnement et filtration de l'air inspire L'air va etre rechauffe et filtre (c'est-a -dire debarrasse des grosses particules presentes dans l'air). ii. Defense anti-microbienne et defense immunitaire Defenses indispensables car l'air inspire est porteur de nombreux microbes. iii. Fonction metabolique et endocrine Par exemple, les capillaires pulmonaires synthetisent l'enzyme de conversion. Ou encore, certaines cellules endocrines peuvent synthetiser diverses substances (serotonine, peptides vasoactifs, bombesine...). II. Organisation histologique Il est forme par un ensemble de trois structures. a. Voies aeriennes (respiratoires) extra-pulmonaires Elles sont formees par les fosses nasales, le pharynx, le larynx et la trachee. Leur role est de canaliser l'air inspire, ainsi que l'humidifier, le rechauffer et l'epurer. b. Poumons Son role est d'assurer l'hematose. c. Plevre Elle revet les poumons et a un role important : elle permet la protection des poumons et leur cohesion avec la cage thoracique. B. Structure histologique de l'appareil respiratoire I. Voies aeriennes extra-pulmonaires a. Caracteristiques generales Les voies aeriennes extra-pulmonaires contiennent des structures permettant de maintenir la beance de leur lumiere : il s'agit d'os spongieux pour les fosses nasales, et de cartilage pour les autres. La muqueuse est de type respiratoire de facon majoritaire pour toutes ces structures. Mais il peut y avoir une muqueuse de type malpighien (= pavimenteux pluristratifie) non keratinise que l'on retrouve dans certaines parties du pharynx ainsi qu'au niveau des cordes vocales (peut avoir un impact au niveau pathologique s'il se keratinise). 2/16
Caracteristiques de la muqueuse respiratoire Comme toute muqueuse, elle est formee d'un epithelium et d'un chorion. Chorion Il s'agit de tissu conjonctif, qui presente certaines particularites. Il est tres riche en vaisseaux, ce qui permet le rechauffement de l'air. On y trouve de tres nombreuses glandes sero-muqueuses : elles secretent un fluide plus ou moins liquide, ce qui permet d'humidifier et d'epurer l'air inspire. On trouve aussi en grande quantite des lymphocytes, qui participent au role de defense immunitaire (il est normal de les trouver en grande quantite!). E pithelium respiratoire C'est un epithelium prismatique (= la majorite des cellules ont une forme cylindrique) pseudo-stratifie (= toutes les cellules sont en contact avec la lame basale et sont disposees en une seule couche, mais peuvent avoir des hauteurs differentes, d'ou l'aspect pseudo-stratifie). On trouve trois types de cellules dans l'epithelium : Cellules basales : elles sont chargees du renouvellement cellulaire ( donc avec un gros noyaux ) Cellules ciliees : c'est la caracteristique de l'epithelium respiratoire : elles sont majoritaires et presentent de vrais cils qui battent a leur surface (environ 200 cils par cellule). Ce systeme contribue a l'epuration de l'air : ces cils sont capables de deplacer des particules a la vitesse de 20mm/min. Cellules caliciformes (ou muco-secretantes) : plus ou moins abondantes en fonction de la localisation, elles synthetisent du mucus, qui se place a la surface de l'epithelium et permet la filtration de l'air. 3/16
Le mucus provient en partie de ces cellules caliciformes, mais aussi des glandes sero-muqueuses (qui elles sont situees dans le chorion!). On retrouve ce mucus en deux phases : une phase profonde liquide qui permet le mouvement des cils, et une phase superficielle plus solide qui permet de pieger les particules. b. Quelques particularites Les fosses nasales Elles possedent un tres riche reseau capillaire, et des sinus veineux, qui sont des plexus veineux profonds, formes de larges cavites pouvant se remplir plus ou moins abondamment : on parle de corps erectiles. Ils ne sont pas remplis en permanence, et ont pour role de rechauffer l'air. Mais ce systeme peut aussi etre une entrave au courant aerien : d'ou l'impression de nez bouche en cas de rhinite par exemple. On trouve des lymphocytes en quantite abondante : ils sont isoles dans le chorion, ou groupes en amas plus ou moins importants. Le pharynx Il est constitue d'un epithelium de deux types : respiratoire dans les zones où circule l'air (= nasopharynx) malpighien non keratinise ailleurs (= oropharynx) Le chorion contient beaucoup de lymphocytes organises en formations lymphoides appelees amygdales. La transformation en épithélium malpighien kératinisé peut signer un cancer. Le larynx On distingue deux parties : la corde vocale superieure, ou l'epithelium est de type respiratoire la corde vocale inferieure (organe de la phonation proprement dit, on parle de corde vocale vraie), ou l'epithelium est de type malpighien non keratinise. Si cet epithelium se keratinise, on assiste au developpement de pathologies des cordes vocales. Sous la muqueuse de la corde vocale inferieure, on trouve le muscle vocal : il est constitue de fibres musculaires striees et du ligament vocal, forme de fibres elastiques (c'est ce qui permet de faire bouger la corde vocale et donc de parler) 4/16
Trachee C'est une structure plus ou moins haute, faite d'empilements d'anneaux cartilagineux. On distingue, de l'interieur vers l'exterieur : une lumiere assez large la muqueuse formee : d'un epithelium respiratoire et d'un chorion (contenant de nombreuses glandes sero-muqueuses et formations lymphoides) un anneau cartilagineux qui entoure l'ensemble, en forme de fer a cheval, dont les deux extremites posterieures sont reliees par un petit muscle appele muscle tracheal l'ensemble est recouvert d'une adventice On a ainsi un systeme rigide mais assez souple (grace au cartilage et au muscle tracheal) qui peut permettre une deformation de l'anneau tracheal. II. Poumons a. Organisation generale On retrouve deux systemes : un systeme de conduits aeriens et un systeme de conduits vasculaires. i. Conduits aeriens On trouve d'abord les bronches, qui se ramifient de facon importante pour former les bronchioles (plusieurs ramifications sont necessaires pour passer du stade bronche a celui de bronchiole). Ce systeme de conduits aeriens se termine par les alveoles pulmonaires, qui sont le lieu de l'hematose. Bronches Bronchioles Alveoles ii. Conduits vasculaires Les arteres pulmonaires (provenant du ventricule droit et vehiculant du sang riche en CO2) se ramifient elle aussi de facon tres importante pour donner les arterioles pulmonaires, qui a leur tour se terminent par un systeme tres riche de capillaires pulmonaires peri-alveolaires (situes tout autour des alveoles). Arteres pulmonaire Arterioles Capillaire peri-alveolaires iii. Interstitium pulmonaire Ces deux systemes (aerien et vasculaire) sont separes par un interstitium, tissu conjonctif presentant certaines particularites. Les echanges O2-CO2 se deroulent entre les alveoles pulmonaires et les capillaires pulmonaires perialveolaires, le tout a travers l'interstitium pulmonaire (par diffusion simple). Le sang enrichi en O2 va retourner dans la circulation generale par un systeme de veinules puis de veines pulmonaires (qui rejoignent l'oreillette gauche, avec le sang charge en O2). 5/16
b. Organisation des voies aeriennes intra-pulmonaires On distingue deux zones differentes : zone permettant la conduction de l'air : suite a la trachee, on retrouve les bronches souches qui se divisent plusieurs fois pour aboutir aux bronchioles terminales zone fonctionnelle respiratoire : tout au bout du premier systeme (donc de la bronchiole terminale), c'est la veritable zone fonctionnelle du poumon, elle est formee de bronchioles respiratoires qui aboutissent a la structure terminale, les alveoles pulmonaires Ces deux zones ont des structures et des fonctions bien distinctes! i. Zones de conduction de l'air Divisions des bronches Apres la trachee, on a la naissance de deux bronches souches droite et gauche, chacune desservant un poumon. Une fois dans le poumon, elles se divisent successivement (retenir : une 10aine de fois) en grosses, moyennes puis petites bronches. La petite bronche est caracterisee par un diametre 1mm. Les petites bronches se divisent a leur tour et donnent naissance aux bronchioles (au diametre <1 mm), pour ensuite aboutir aux bronchioles terminales. Tout ce systeme sert uniquement a vehiculer l'air jusqu a la zone respiratoire. 6/16
Structure histologique des bronches (jusqu'a celles de petit calibre) La presence de cellules endocrines et du muscle de Reisseissen est caracteristique des bronches ++. Au fur et a mesure des divisions ( de 5 a 1 mm de diametre ), on a : une augmentation des plis de la muqueuse une diminution de la hauteur de l'epithelium une diminution de l'epaisseur de la sous-muqueuse une diminution de l'epaisseur du cartilage hyalin entourant la structure La structure se simplifie. 7/16
Structure histologique des bronchioles (diametre <1mm) La muqueuse devient tres plissee, l'epithelium passe de pseudo-stratifie a unistratifie vrai cubique. Diminution tres nette du nombre de cellules ciliees. Apparition des cellules de CLARA : ayant un aspect bombe au pole apical, elles participent a la formation du film liquidien qui tapisse la surface de l'epithelium. Elles ont aussi un role important dans la protection des voies aeriennes, notamment par la formation de substances anti-oxydantes. Elles auraient aussi un role de cellules souches (qui reste controverse). Les cellules endocrines sont plus abondantes, elles peuvent meme etre regroupees et former des corps neuro-epitheliaux. Ces derniers ont une fonction endocrine importante, ce sont des chemorecepteurs tres sensibles a l'hypoxie, pouvant synthetiser certaines hormones (peptide vaso-actif, bombesine, sérotonine, VIP...). Le petit muscle lisse est ici beaucoup plus mince, il devient discontinu. Disparition des glandes sero-muqueuses et du cartilage. L'adventice s'amincit de facon tres importante. Structure histologique des bronchioles terminales Il s'agit de la partie finale de la zone de conduction de l'air. La bronchiole terminale a une structure tres simplifiee par rapport a la bronche initiale. L'epithelium est cubique il est forme de cellules ciliees de plus en plus rares le petit muscle lisse devient de plus en plus mince, ainsi que l'adventice. On assiste donc a une simplification des structures. Comparaison d'une bronche et d'une bronchiole terminale : 8/16
ii. Zone respiratoire C'est la zone qui va de la bronchiole respiratoire jusqu'aux alveoles. Bronchioles respiratoires La structure de ce type de bronche est assez rectiligne, on note la disparition des plis de la muqueuse, et les cellules epitheliales deviennent cubiques. Sous la muqueuse on retrouve quelques cellules musculaires lisses, tres rares. On note l'apparition de depressions dans la paroi : ce sont les premieres alveoles pulmonaires ++ Canaux alveolaires Les bronchioles respiratoires se prolongent en canaux alveolaires. Ce sont des conduits dont la paroi est formee d'alveoles, que l'on peut comparer a des petits sacs dont le diametre est d'environ 0,2 mm. On note la presence de bourrelets alveolaires entre deux alveoles : on observe a ce niveau la persistance de certaines structures bronchiolaires, en particulier du petit muscle lisse. 9/16
La terminaison de ce systeme est relativement simple : il s'agit d'un ensemble d'alveoles. Alveole pulmonaire Representation schematique d'une alveole : epithelium cubique de la bronchiole respiratoire depression formant l'alveole, avec en surface un epithelium alveolaire qui repose sur un chorion on retrouve les capillaires pulmonaires dans le chorion, tres proches de l'alveole La structure des alveoles est extremement simplifiee, on arrive a l'etudier en microscopie electronique a transmission. (MET) La paroi de l'alveole est formee de deux types cellulaires : Pneumocyte I C'est une cellule a gros noyau et au cytoplasme tres fin et etale sur pratiquement toute la surface de l'alveole (il recouvre 95% de la surface alveolaire). Pneumocyte II C'est une cellule beaucoup plus grosse, mais moins etalee. Elle est remplie de corps lamellaires : ces derniers permettent la production du surfactant pulmonaire. 10/16
Surfactant pulmonaire Il est compose a 90% de lipides (phospholipides et sphingomyeline) et a 10% de proteines. Il est synthetise par le pneumocyte II, qui libere le contenu des corps lamellaires au niveau du pole apical, directement dans la lumiere alveolaire. Dans la lumiere, lipides et proteines s'organisent de facon a former le surfactant, qui va tapisser la totalite de l'interieur de l'alveole. Le surfactant a un role essentiel dans la fonction respiratoire, en effet il possede des proprietes tensio-actives : il va faciliter l'ouverture alveolaire pendant l'inspiration et va surtout empecher la fermeture totale des alveoles pendant l'expiration (collapsus). Ainsi, grace au surfactant, les alveoles restent toujours plus ou moins ouvertes. c. Capillaires pulmonaires Les arteres pulmonaires se divisent en arteres puis arterioles pour aboutir aux capillaires pulmonaires, organises tout autour des alveoles. Les capillaires pulmonaires sont composes de cellules endotheliales, reposant sur une lame basale continue, sans pores, et unies entre elles par des jonctions serrees systeme cohesif important ++. Les capillaires sont tres proches des alveoles (on parle de capillaires pulmonaires peri-alveolaires) ++. Ils ont un role metabolique important : synthese de l'enzyme de conversion, de la NO synthase, de prostacyclines... d. Interstitium pulmonaire Present dans tout le poumon, il s'agit d'un tissu conjonctif riche en fibres elastiques, qui forme l'appareil suspenseur du poumon. Il est tendu entre le hile du poumon et la plevre viscerale. En effet, il sert de support a la fois aux alveoles et aux capillaires pulmonaires situes autour. Au sein de ce tissu conjonctif, on retrouve une zone particuliere : l'espace inter-alveolaire. 11/16
i. Espace inter-alveolaire C'est le tissu conjonctif situe entre alveoles et capillaires. Il est forme de collagene I et de fibres elastiques. Il contient des cellules septales assez grosses, qui permettent la synthese des composants fibrillaires (un peu comme des fibrocytes). On trouve toujours des lymphocytes (defense immunitaire) et des polynucleaires. On note la presence particuliere d'histiocytes : provenant des monocytes circulants qui sortent des vaisseaux et arrivent dans le tissu conjonctif, ils ont la capacite de passer a l'interieur meme de l'alveole (sang tissu conjonctif interieur de l'alveole), ou ils se transforment et deviennent des macrophages alveolaires. Ces macrophages ont la capacite de nettoyer les alveoles de toutes les particules etrangeres qui ont pu arriver jusque la ++ : cette zone reste donc toujours tres propre pour assurer une hematose de bonne qualite. ii. Barriere alveolo-capillaire En pratique, les echanges entre O2 et CO2 se font au niveau de la barriere alveolo-capillaire. Entre une alveole et un capillaire on retrouve l'intersitium qui prend le nom de barriere alveolo-capillaire. Cette barriere alveolo-capillaire est tres fine, elle mesure seulement quelques microns d'epaisseur. On observe, bordant la lumière du capillaire on retrouve la cellule endothéliale ( cytoplasme assez fin ) qui repose sur une lame basale. Cette lame basale est fusionnée à la lame basale du pneumocyte I qui forme la paroi de l'alvéole. Elle est donc formee par : le cytoplasme du pneumocyte I (voile cytoplasmique tres etale tout autour de l'alveole) les lames basales du pneumocyte I et des cellules endotheliales fusionnees le cytoplasme des cellules endotheliales du capillaire A travers cette barriere tres fine se font les echanges permettant l'hematose : passage de l'o2 de l'alveole vers le capillaire et passage du CO2 du capillaire vers l'alveole. Les gaz passent par diffusion simple ( zone de haute pression vers zone de basse pression ). Au final, la fonction principale de l'appareil respiratoire est d'assurer correctement l'hematose. 12/16
e. Relation structure-fonction ++ i. Zone des echanges gazeux O2/CO2 C'est la paroi alveolo-capillaire : les echanges sont facilites car la barriere est tres fine. ii. Preparer l'air aux echanges gazeux L'air doit etre prepare pour optimiser les echanges gazeux. Rechauffement et humidification de l'air : Essentiellement dans les fosses nasales, grace a leur riche vascularisation et aux glandes sero-muqueuses abondantes qui forment un fluide (comme une atmosphere humide). Filtration des particules presentes dans l'air inspire : D'une part par le complexe muco-ciliaire (cellules caliciformes et cellules ciliées) Il permet une epuration mecanique des grosses particules (entre 2 et 10 microns ou plus) en secretant un film muqueux a la surface de l'epithelium respiratoire, qui est epais en surface pour pieger les particules et plus fluide en profondeur pour permettre le mouvement des cils. Les particules > 10 μm sont arretees par les poils et cils de la muqueuse nasale. Les particules de 2 a 10 μm de diametre sont arretees dans les voies tracheobronchiques (plus bas). D'autre part par le complexe alveolaire Pour les particules < 2 μm qui se deposent dans les alveoles, grace aux macrophages alveolaires. Defense immunitaire : Elle est assuree par le systeme lymphoide tres present dans tout l'appareil respiratoire (surtout au niveau des voies aeriennes extra-pulmonaires) : lymphocytes T et lymphocytes B avec production d'iga et IgE. La defense immunitaire est aussi assuree plus specifiquement par les macrophages alveolaires a ce niveau, grace a leur activite phagocytaire et la production de diverses substances (oxydantes ou lytiques). III. Plevre Elle est formee de deux feuillets : plevre viscerale : en contact avec le poumon plevre parietale : tapisse la cavite thoracique entre ces deux feuillets se trouve la cavite pleurale, contenant un film liquidien a. Organisation histologique La structure est relativement simple avec une muqueuse formee par : Un epithelium Appele alors mesothelium, il est forme d'une seule assise de cellules pavimenteuses (aplaties), possedant des microvillosites au pole apical. Un tissu conjonctif fibro-elastique Avec d'assez nombreux vaisseaux et nerfs. Les terminaisons nerveuses sensitives sont exclusivement situees dans le feuillet parietal (important a noter cas peut etre modifie dans certaines pathologies) ++ 13/16
b. Fonction i. Cavite pleurale Elle permet le bon glissement des feuillets pendant la respiration. ii. Liquide pleural Il est forme par un transsudat du plasma sanguin : il contient peu de proteines (<15g/L) et quelques cellules libres comme des histiocytes et des cellules mesotheliales (ce sont en fait des cellules desquamees de l'epithelium). Dans certaines pathologies, la composition du liquide pleural est modifiee. C. Bases anatomo-pathologiques Quelques exemples I. Atteintes des cellules ciliees Exemple de la «maladie des cils immobiles» Les cellules ciliees sont tres abondantes tout le long de l'appareil respiratoire. maladie genetique autosomique recessive. anomalie de structure des cils : absence ou desorganisation des doublets des cils, qui ne peuvent alors plus battre. Cette anomalie peut atteindre tous les cils (au niveau de tout l'organisme) Signes respiratoires : rhinites, sinusites et bronchites a repetition, difficulte pour respirer due a la dilatation des bronches a long terme. Une asthenospermie totale est aussi observable (spermatozoides completement immobiles). II. Atteinte des cellules caliciformes Exemple de la mucoviscidose Rappel : Les cellules caliciformes tapissent la surface de l'epithelium et fabriquent le mucus. maladie autosomique recessive atteinte de toutes les cellules a mucus (dans tout l'organisme, par exemple le tube digestif). Signes respiratoires : a cause du mucus secrete de facon anormale, il est epais et entraine un encombrement des bronches, necessitant une kinesitherapie respiratoire tres rapprochee. III. Anomalie de production de surfactant Exemple de la maladie des membranes hyalines Rappel : Le surfactant est produit par les pneumocytes II et permet a l'alveole de rester ouverte et de ne pas se collaber. Elle s'observe chez le nouveau-ne premature, ne avant 36 semaines d amenorrhee. Elle se traduit par une detresse respiratoire, du fait de la carence quantitative et qualitative en surfactant (car les alveoles ne sont pas encore fonctionnelles a cette etape de la gestation) : il va y avoir un collapsus alveolaire du a l absence de surfactant. En prevention, face a une menace d accouchement premature (avant 36 SA), on donne un traitement par corticoides (cortico-therapie) a la mere pour accelerer la maturation pulmonaire chez le fœtus. IV. Anomalie du tissu elastique Exemple de l'emphyseme Il s'agit d'un elargissement anormal et permanent des espaces aeriens avec destruction des cloisons interalveolaires et une perte de l'elasticite, ce qui va aboutir a une insuffisance respiratoire. Les causes sont diverses : congenitales ou acquises au cours de la vie 14/16
V. Tumeurs malignes a. Broncho-pulmonaires : Carcinomes en general i. Carcinome epidermoide Developpe a partir de l'epithelium malpighien s'il se keratinise (foyers de keratinisation surtout dans les bronches). ii. Adenocarcinome Developpe a partir des cellules bronchiques caliciformes. iii. Cancer a petites cellules Developpe a partir des cellules neuro-endocrines. Ils peuvent etre accompagnes d'une synthese hormonale anormale : on parle de syndrome para-neoplasique (ex : hausse de synthese de cortisone (ACTH) dans le syndrome de Cushing) b. Plevre Il s'agit la d'un cancer de type particulier : le mesotheliome. Ils sont provoques en grande partie par l'exposition prolongee a l'amiante. On peut rencontrer aussi : un pneumothorax = épanchement d'air dans la cavité pleurale une pleurésie = accumulation de liquide dans la cavité pleurale Causes : infection, cancer Conclusion L'appareil respiratoire est un ensemble de deux systemes : un systeme aerien un système vasculaire Le tout permettant l'hematose. Les pathologies sont tres frequentes et variees! 15/16
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