La zone respiratoire commence à la jonction des bronchioles terminales et respiratoires. Ces dernières se prolongent par des conduits alvéolaires, auxquels font suite les sacs alvéolaires puis les alvéoles (Figure 15). Les cloisons de séparation entre deux alvéoles pulmonaires voisines sont appelées septa interalvéolaires. C'est dans ces cloisons que passent les nombreux capillaires sanguins permettant au sang de s'oxygéner (Figure 15). Le nombre élevé des
alvéoles chez l’homme (300.106) permet de développer une surface d’environ 150 m2pour les
échanges gazeux. Alvéoles Pulmonaires Capillaires Vaisseaux Sanguins Bronchiole Capillaires Septum interalvéolaire Bronchiole Respiratoire Alvéoles Sac Alvéolaire Muscles Lisses Circulation de l’air à travers des pores Conduit alvéolaire
Figure 15 : Schéma et coupe transversale d’une terminaison bronchiolaire débouchant sur des sacs alvéolaires
Les alvéoles communiquent entre elles par des pores de diamètre n'excédant guère quelques
dizaines de microns. Elles sont tapissées de différentes cellules*, les pneumocytes I et II.
(Figure 16).
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Cellule : unité structurale, fonctionnelle et reproductrice constituant tout ou partie d'un être vivant. Un schéma détaillé d’une cellule est fourni en Annexe (cf. Annexe A).
Particule minérale Membrane Pneumocyte de Type II Pneumocyte de Type I Macrophage alvéolaire Interstitium septal Capillaire sanguin alvéolo-capillaire Lumière alvéolaire Fibroblaste Fibres (réticuline, élastine)
Figure 16 : Schéma de coupe d’une alvéole. Visualisation d’une particule minérale déposée dans une cavité alvéolaire
La cloison interalvéolaire est continue mais présente de minuscules pores (pores de Kohn, 8 nm de diamètre) dans la cloison qui permettent la régulation de la pression et la circulation de l’air entre les alvéoles. L’interstitium septal représente le squelette conjonctif élastique du
poumon. Il est composé de quelques fibroblastes* et de fibres de réticuline et d’élastine qui
confèrent les propriétés remarquables d’extension et de contraction indispensables aux changements de volume des poumons lors du cycle respiratoire.
Le système alvéolaire est très vascularisé (Figure 15 et Figure 16) avec des capillaires formés de cellules endothéliales de 7 à 10 sm de diamètre qui entourent les alvéoles à la manière de corbeilles et pénètrent dans les cloisons interalvéolaires. La barrière « alvéolo capillaire », entre le capillaire et la cloison alvéolaire, d’une épaisseur de 0,35 sm, constitue l’interface entre l’air et le sang et permet les échanges gazeux qui se produisent par diffusion.
*
Fibroblastes : cellules en forme de fuseaux ou d’étoiles possédant de longs prolongements cytoplasmiques. Elles synthétisent d’une part les protéines de la matrice extracellulaire du tissu conjonctif et d’autre part sont capables de sécréter de nombreuses autres molécules (cytokines, facteurs de croissance, enzymes) jouant ainsi un rôle important dans les processus de réparation tissulaire et dans l'entretien des réactions inflammatoires.
Ainsi, lorsqu’une particule inhalée se dépose dans une alvéole pulmonaire, elle se retrouve dans un environnement délimité par les cellules épithéliales (pneumocytes de type I et II) où elle y rencontre les macrophages alvéolaires (Figure 16).
1.1. Les cellules épithéliales alvéolaires
Les parois des alvéoles sont constituées d’un épithélium*de revêtement pavimenteux simple
composé de deux types cellulaires, les pneumocytes de type I et II étroitement unis par de
nombreux systèmes de jonction et reposant sur une membrane basale*.
: Les pneumocytes I : leur cytoplasme très étendu (Figure 16) forme un voile très fin qui leur confère une grande surface (≈ 90% de la surface de l’alvéole) beaucoup plus importante que celle des pneumocytes II (≈ 10%).
: Les pneumocytes II : de forme cuboïde ou arrondie, ces cellules sont orientées vers la lumière alvéolaire et présentent de courtes microvillosités en surface. Elles reposent sur la membrane basale et sont étroitement unies aux pneumocytes I voisins par de nombreux systèmes de jonction. Elles sont constituées d’un noyau central arrondi clair et d’un cytoplasme riche en grains de sécrétion, composés de phospholipides et de protéines à l’origine du surfactant. Le surfactant, sécrété en permanence dans la lumière alvéolaire, s’étale en un film de 0,2 sm d’épaisseur sur la face interne de l’alvéole. Agissant comme un véritable tensio actif, son rôle principal est de réduire la tension superficielle air/liquide créée par la fine couche de liquide se trouvant à la surface des alvéoles pulmonaires. Il empêche le collapsus des alvéoles lors de l’expiration (Vives Plourde, 2007). En outre, en cas de lésions du tissu respiratoire, les pneumocytes II sont capables de régénérer la paroi alvéolaire en se divisant, puis en se différenciant en pneumocytes I.
*
Épithélium : terme général désignant le tissu fondamental assurant la séparation entre l'intérieur de l'organisme et le milieu l'extérieur. Les épithéliums tapissent les organes creux de l'organisme et participent à la formation de la peau.
*
La membrane basale : elle correspond à une matrice extracellulaire particulière que l'on trouve à l'interface entre un épithélium et un autre tissu. Sa perméabilité régule les échanges de molécules, en particulier de nutriments, entre les deux tissus. Elle contribue également à la cohésion structurale de l'épithélium. Elle est constituée d'une lame basale d'origine épithéliale et d'une lame réticulaire d'origine conjonctive.
1.2. Les macrophages alvéolaires
Présents dans la lumière de l’alvéole, les macrophages sont des cellules qui appartiennent à la
famille des leucocytes*. De 20 à 80 _m de diamètre, ils présentent un grand noyau arrondi ou
ovalaire et la majeure partie de la cellule est composée de cytoplasme (Figure 17). Ils proviennent de monocytes du sang qui ont gagné l'espace septal puis les lumières alvéolaires.
Noyau
Lysosomes Cytoplasme
Membrane cytoplasmique
Figure 17 : Schéma d’un macrophage et de ses constituants
Ils sont fixés à la membrane des pneumocytes I grâce à des récepteurs (fibronectine), eux mêmes présents sur ces pneumocytes, assurant leurs déplacements dans la lumière alvéolaire. Ces cellules présentent des capacités phagocytaires accrues par rapport à celles des autres macrophages de l'organisme. Elles leur permettent de capter tous les corps étrangers qui arrivent dans l'alvéole (poussières organiques et inorganiques, bactéries, parasites divers, etc.). Ces derniers peuvent être soit véhiculés dans les vaisseaux lymphatiques situés dans l’interstitium, soit entraînés par les gaz alvéolaires dans les bronchioles, les bronches et la trachée pour être déglutis ou expectorés au niveau du pharynx. Ce mécanisme élimine des poumons plus de deux millions de macrophages alvéolaires par heure.
D’autres cellules inflammatoires peuvent s’observer dans le tissu interalvéolaire
(polynucléaires, lymphocytes, plasmocytes, mastocytes). S’introduisant par diapédèse† (cf.
Annexe B), leur afflux dépend de l’état inflammatoire ou infectieux des poumons.
*
Leucocytes : nom générique des globules blancs.
†
Diapédèse : mécanisme de traversée des barrières endothéliales par les cellules pour rejoindre le lieu de l’inflammation. La traversée s'effectue dans les jonctions intercellulaires; elle est contrôlée par des récepteurs sur les endothéliums, et augmentée en cas d'inflammation (chimiotactisme et relâchement des jonctions). Ce mécanisme assure les passages des leucocytes entre le sang et les tissus.
1.3. Autres
Suite au déclenchement de la réaction entre particules et macrophages d’autres cellules pourront se retrouver dans le tissu interalvéolaire (polynucléaires, basophiles, lymphocytes, etc.). Certaines d’entre elles possèdent de la même façon que le macrophage la capacité de phagocyter les particules étrangères, comme les polynucléaires neutrophiles (PMN). Ces derniers représentent environ 65% des globules blancs et exercent leurs fonctions tout particulièrement dans les zones inflammatoires. Leur durée de vie est courte, inférieure à 24 heures, avant d’être à leur tour phagocytés par les macrophages.
Conclusion :
Le système d’étude, défini par la cavité alvéolaire, est très complexe dans la réalité. Par conséquent, on ne peut pas reproduire avec certitude l’environnement réel mais seulement se contenter d’une approche simplifiée qui vise à étudier un type cellulaire. Représentant la première ligne de défense face aux particules inhalées, nous choisirons de travailler avec des macrophages.
Il nous reste à voir comment le macrophage alvéolaire participe et module la réaction inflammatoire locale.