Résumé
Lorsque nous respirons, les poumons échangent l’oxygène de l’air contre des déchets de dioxyde de carbone provenant du sang. Cet échange est vital pour la vie. Chaque respiration expose les poumons à l’environnement extérieur, qui contient de la pollution et des germes, menaçant notre santé. La première ligne de défense s’appelle l’escalator mucociliaire: le mucus emprisonne la matière potentiellement dangereuse et les cils poussent cette matière vers le haut et hors de nos voies respiratoires. Lorsque l’escalator mucociliaire ne fonctionne pas correctement, nous pouvons développer une maladie pulmonaire. Par exemple, les patients atteints de maladies génétiques comme la fibrose kystique (FK) et la dyskinésie ciliaire primitive (PCD), ou de maladies liées au tabagisme comme la bronchopneumopathie obstructive chronique (MPOC) ont un mucus extrêmement épais. Ce mucus s’accumule, permettant aux bactéries, aux champignons et aux virus de prospérer, causant des lésions pulmonaires et une diminution de l’oxygénation. Les maladies pulmonaires rendent la respiration extrêmement difficile et les patients peuvent avoir une maladie respiratoire potentiellement mortelle lorsque l’escalator mucociliaire ne peut pas maintenir la santé pulmonaire.
Comment fonctionnent les poumons?
La fonction principale des poumons est la respiration. L’échange gazeux est le nom du processus par lequel l’oxygène pénètre dans la circulation sanguine (par inhalation) et les déchets de dioxyde de carbone quittent le corps (par expiration). La structure du poumon a évolué pour effectuer cette tâche très efficacement. La structure de base des poumons est une série de tubes creux, appelés voies respiratoires. Les voies respiratoires se ramifient et deviennent plus petites, se terminant par de minuscules sacs aériens appelés alvéoles. Les alvéoles sont recouvertes de petits vaisseaux sanguins appelés capillaires, qui fonctionnent pour échanger des gaz dans le sang. Les poumons peuvent être comparés à un arbre qui a un grand tronc principal dont les branches deviennent plus petites plus elles sont éloignées du tronc. Les alvéoles sont comme les feuilles.
Il y a deux régions principales dans le poumon: la zone conductrice et la zone respiratoire (figure 1). L’air est transporté dans les poumons à travers la zone conductrice et amené dans la zone respiratoire contenant les alvéoles. Les alvéoles d’une personne ont la même surface qu’un court de tennis, ce qui représente beaucoup de surface pour permettre l’échange de gaz. La zone conductrice est la partie du poumon que l’air traverse sans aucun échange gazeux, car les tubes sont trop épais pour que les gaz puissent se déplacer. La zone conductrice est bordée de structures ressemblant à des poils appelées cils recouverts de mucus, ce qui aide à piéger les matières potentiellement dangereuses. Les cils sont des projections mobiles, minuscules et ressemblant à des doigts à la surface des cellules des voies respiratoires. Les cils tapissent les voies respiratoires et aident à déplacer le mucus vers le haut et vers l’extérieur des poumons. Les cils mesurent environ 6 à 7 micromètres de haut, soit environ un dixième de la largeur d’un cheveu humain.
- Figure 1 – L’escalator mucociliaire chez une personne en bonne santé (à gauche) et chez une personne atteinte d’un escalator mucociliaire malade (à droite).
- L’escalator mucociliaire se trouve dans la trachée, les bronches et les bronchioles, qui font partie de la zone conductrice. L’échange gazeux se produit dans les alvéoles de la zone respiratoire (encart).
Particules et germes dans l’air — Pourquoi les poumons ont besoin de défense
Il existe de nombreux types de particules qui pourraient pénétrer dans les poumons et causer des dommages. Certaines de ces particules sont des polluants, tels que les émissions des véhicules à essence, le monoxyde de carbone des cheminées, les toxines du vapotage ou du tabagisme et les aérosols comme la laque pour cheveux. Les particules peuvent être piégées dans diverses zones du poumon. Les poils courts, comme ceux sur le dessus de votre tête, tapissent l’intérieur des narines et sont recouverts de mucus. Ces poils recouverts de mucus aident à piéger les particules plus grosses lorsqu’elles pénètrent dans le nez. Les particules qui pénètrent dans la zone conductrice peuvent blesser les cellules des voies respiratoires, ce qui peut réduire le mouvement de leurs cils et entraîner une accumulation de mucus qui ne peut pas être éliminé des voies respiratoires. Les voies respiratoires obstruées par le mucus peuvent ne pas permettre à l’air de voyager aussi efficacement, comme la façon dont les feuilles dans une gouttière interfèrent avec l’écoulement de l’eau. Des particules plus petites peuvent parfois atteindre les alvéoles. Les dommages aux alvéoles rendent la respiration beaucoup plus difficile, car l’oxygène ne se diffuse pas aussi bien dans le sang. Cette efficacité réduite des échanges gazeux peut entraîner une hypoxie du reste du corps, ce qui signifie une faible teneur en oxygène. Seule la zone conductrice, de la trachée aux bronchioles, a la capacité de déplacer le mucus à l’aide de cils, de sorte que les alvéoles ne peuvent pas compter sur ce mécanisme pour se débarrasser de ces petites particules. Vivre dans une ville polluée ou des années de tabagisme / vapotage peuvent provoquer une inflammation du tissu pulmonaire et entraîner des maladies, telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO).
Qu’est-ce que l’Escalator Mucociliaire?
L’escalator mucociliaire se trouve à l’intérieur des voies respiratoires conductrices et est composé de mucus et de cils, ce qui déplace le mucus vers le haut et vers l’extérieur des poumons où il peut être expulsé en toussant ou en avalant (Figures 1, 2). En tant que première ligne de défense, le mucus des voies respiratoires est composé de différents composants qui l’aident à piéger les particules et les germes. Le mucus est une barrière physique pour protéger les poumons et possède des propriétés qui aident à se débarrasser des bactéries, des champignons et des virus potentiellement infectieux. Certains des composants importants du mucus des voies respiratoires sont les mucines (protéines collantes enrobées de sucre), les protéines de défense, le sel et l’eau. Ensemble, ces composants forment un gel qui emprisonne les particules qui pénètrent dans les voies respiratoires.
- Figure 2 – (à gauche) Les cils des voies respiratoires saines sont mobiles et capables de déplacer efficacement le mucus dans l’escalator mucociliaire.
- (Milieu) Dans la mucoviscidose, le mucus devient épais et difficile à déplacer, ce qui rend l’escalator mucociliaire moins efficace; cela permet de piéger les germes / particules, causant éventuellement des lésions pulmonaires. (À droite) Dans le PCD, les cils sont moins mobiles ou même immobiles, ce qui les rend incapables de déplacer le mucus dans l’escalator mucociliaire.
Le mucus est principalement produit par les cellules qui tapissent l’intérieur des voies respiratoires. Ce sont des cellules caliciformes. Les cellules en gobelet ont la forme de calices médiévaux, d’où le nom de gobelet. Contrairement aux autres cellules des voies respiratoires qui sont ciliées et en forme de colonnes, les cellules caliciformes n’ont pas de cils sur le dessus. Les cellules caliciformes ne sont pas présentes au-delà de la zone conductrice, afin d’empêcher le mucus d’interférer avec les échanges gazeux. Le mucus est également impliqué dans l’hydratation des voies respiratoires, ce qui est nécessaire au bon fonctionnement des cils.
Le mouvement des cils est similaire à la façon dont vos bras bougent en nageant la brasse. Un cil individuel n’est pas assez fort pour déplacer seul la couche de mucus, mais lorsque des milliers de cils se battent ensemble de manière coordonnée, ils peuvent collectivement faire bouger le mucus. Imaginez une foule lors d’un concert lorsque l’interprète plonge hors de la scène pour surfer sur la foule: l’interprète est comme un paquet de mucus, étant retenu par les bras de la foule et se déplaçant dans une vague coordonnée. Dans un sens, les cils se parlent par le mouvement pour produire un mouvement coordonné et efficace du mucus! C’est ainsi que fonctionne l’escalator mucociliaire.
Quelles Maladies Peuvent Survenir Lorsque l’Escalator Mucociliaire Ne Fonctionne Pas Correctement?
Certaines personnes héritent de gènes anormaux de leurs parents et naissent avec une maladie appelée dyskinésie ciliaire primitive (PCD) (Figure 2). La PCD est une maladie pulmonaire qui empêche les cils de battre efficacement et, dans les cas graves, les empêche de bouger du tout. Chez les patients atteints de PCD, les voies respiratoires sont infectées en raison d’un transport inefficace du mucus, qui endommage les cellules des voies respiratoires. Lorsque les voies respiratoires sont endommagées au fil du temps, elles deviennent souples, comme une paille effondrée, empêchant l’air de les traverser et rendant la respiration difficile. Imaginez boire un milk-shake épais et délicieux; moins d’effort est requis lorsque vous utilisez une paille de largeur normale par rapport à une paille de la largeur d’une nouille spaghetti.
La fibrose kystique (FK) est une autre maladie héréditaire qui affecte l’escalator mucociliaire (Figure 2). Les personnes atteintes de mucoviscidose ont des mutations dans les deux copies du gène (une de maman et une de papa) responsables de la fabrication d’une protéine appelée régulateur de conductance transmembranaire de la fibrose kystique (CFTR). Le CFTR forme un canal à travers les membranes des cellules qui est impliqué dans la production de sueur, de fluides digestifs et de mucus. Le CFTR régule la quantité d’eau qui se retrouve dans ces sécrétions et donc l’épaisseur et la viscosité du mucus. Lorsque le canal ne fonctionne pas correctement, le mucus n’a pas assez d’eau et devient épais, comme de la colle. Le mucus extraordinairement épais s’accumule dans les poumons, contrairement au mucus aqueux normal qui est facilement éliminé par l’escalator mucociliaire, provoquant l’accumulation du mucus épais et éventuellement la destruction des voies respiratoires et l’insuffisance pulmonaire.
La bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est une maladie qui peut survenir après avoir fumé des cigarettes ou vapoté des cigarettes électroniques. La MPOC peut avoir un impact négatif sur l’escalator mucociliaire et provoquer une maladie pulmonaire qui ressemble à bien des égards à la mucoviscidose. Les dommages à l’escalator mucociliaire peuvent contribuer à d’autres maladies courantes comme la pneumonie et l’asthme, qui ont des problèmes similaires, mais parfois moins graves, de mucus.
Conclusion:Pourquoi le mucus, les Cils et l’Escalator mucociliaire Importent
Le bon fonctionnement de l’escalator mucociliaire est nécessaire pour des poumons sains. Le mucus et les cils sont un mécanisme de défense primaire pour les poumons. En cas de problème avec le mucus ou les cils, les voies respiratoires peuvent se bloquer et les germes et particules nocifs peuvent être piégés dans les poumons, causant des dommages. Les maladies génétiques comme le PCD et la FC et les maladies acquises comme la MPOC ont un impact négatif sur l’escalator mucociliaire. Ces maladies pulmonaires peuvent entraîner moins d’échanges gazeux et entraîner une hypoxie du reste du corps. Alors rappelez-vous – lorsque vous êtes malade à la maison avec un rhume, le mucus que vous toussez provient de votre escalator mucociliaire, et il aide à garder vos poumons heureux et en bonne santé en éliminant les particules et les germes potentiellement nocifs!
Contributions de l’auteur
MW, JP, JK, TB, SP, R-JS et SR ont contribué à la préparation du manuscrit et à l’édition finale. Tous les auteurs ont approuvé la version finale du manuscrit avant sa soumission.
Glossaire
Échange gazeux : Procédé par lequel les déchets de dioxyde de carbone (CO2) sont éliminés de la circulation sanguine et remplacés par de l’oxygène inhalé (O2).
Alvéoles: Sacs aériens qui constituent la plus petite partie de la zone respiratoire; les alvéoles et les vaisseaux sanguins capillaires sont très proches; c’est là que se produisent les échanges gazeux.
Zone conductrice: Partie des voies respiratoires qui n’est pas impliquée dans les échanges gazeux; le but de la zone conductrice est de déplacer l’air vers et depuis la zone respiratoire; où se trouve l’escalator mucociliaire; trouvé dans le poumon proximal de la trachée aux bronchioles.
Zone respiratoire: La partie des voies respiratoires où se produit l’échange gazeux; trouvé dans le poumon distal où se trouvent les alvéoles.
Cils: Projections mobiles ressemblant à des poils sur la partie supérieure des cellules tapissant les voies respiratoires de la zone conductrice; les cils déplacent le mucus le long de l’escalator mucociliaire.
Mucus: Substance collante ressemblant à un gel qui se trouve au-dessus de la brosse à cils dans la zone conductrice des voies respiratoires; dans les poumons, le mucus est fabriqué par les cellules caliciformes et les glandes et sert à protéger les voies respiratoires des matières dangereuses; le mucus est composé d’eau, de glycoprotéines de mucine, de protéines de défense et de sel.
Escalator mucociliaire: Terme désignant l’appareil du mucus et des cils; responsable du mouvement du mucus vers le haut et vers l’extérieur des voies respiratoires; le mucus emprisonne les particules et les cils propulsent le mucus vers le haut et vers l’extérieur des poumons.
Déclaration de conflit d’intérêts
SR a une utilisation brevetée sans licence de la tomographie par cohérence micro-optique comme dispositif de diagnostic, qui est utilisée pour caractériser la microanatomie fonctionnelle de l’escalator mucociliaire.
Les autres auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de relations commerciales ou financières pouvant être interprétées comme un conflit d’intérêts potentiel.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier George D. Phillips (13 ans), S. Corinne Phillips (16 ans) et Andrew Rowe (14 ans) pour la lecture du manuscrit et leurs modifications et commentaires réfléchis. Jeremie Lever et Basil Bono pour leur soutien inestimable à la réalisation de ce projet.
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