L’appareil respiratoire

Généralités

L’appareil respiratoire est constitué d’un ensemble d’organes permettant les échanges gazeux entre un organisme et son environnement. Chez l’Homme, l’air est conditionné et conduit tout au long de « l’arbre trachéo-bronchique », division successive des voies aériennes en structures de plus en plus petites (Figure 1). Le passage de l’air se fait d’abord dans les voies aériennes supérieures : fosses nasales, cavité oro-pharyngée puis larynx et trachée. L’air inspiré y est alors réchauffé et humidifié, afin de permettre la dissolution des gaz pour les échanges ultérieurs avec le compartiment sanguin. Il y est également purifié de particules potentiellement dangereuses telles que des poussières ou microorganismes pathogènes. La qualité de l’air inspiré continue d’être optimisée (humidification, épuration) via sa conduction dans les voies aériennes inférieures. Ces dernières sont constituées des bronches et, au sein des poumons, des bronchioles puis enfin des alvéoles où le dioxygène (O2) diffuse dans le sang et où le dioxyde de carbone (CO2) sanguin est relargué : c’est l’hématose.

Epithélium des voies aériennes

Un épithélium est un tissu recouvrant toute partie de l’organisme se trouvant au contact du milieu extérieur. Ainsi, il peut recouvrir la peau, mais également toute cavité interne de l’organisme telles que le système digestif, urinaire, reproducteur ou encore respiratoire. Ce type de tissu est formé d’une ou plusieurs couches de cellules juxtaposées et jointives, permettant une étanchéité entre le milieu extérieur et le tissu sous-jacent. L’épithélium est ainsi souvent assimilé à une véritable barrière physique contre le passage d’éléments pathogènes ou non1 . La proportion de chaque type cellulaire et la configuration de l’épithélium varie tout au long du tractus respiratoire (Figure 2). De manière simplifiée, un épithélium pluri-stratifié, squameux et kératinisé recouvre les fosses nasales. De la trachée aux bronches, l’épithélium est dit pseudostratifié : la totalité des cellules repose sur la lame basale mais ne sont pas toutes au contact de la lumière. Dans cette portion des voies aériennes, l’épithélium est principalement constitué de cellules ciliées, de cellules caliciformes et de cellules basales. Au niveau des bronchioles proximales, on observe au sein de l’épithélium pseudo-stratifié l’apparition des cellules club tandis que les cellules basales se raréfient. Pour finir, les bronchioles distales sont couvertes d’un épithélium cuboïde simple composé de cellules club L’épithélium des voies aériennes est ainsi composé d’une grande variété de cellules, récemment décrite en détails par Davis et Wypych 3 , comprenant les cellules basales, les cellules club, les cellules ciliées, les cellules caliciformes mais aussi les cellules neuroendocrines, les cellules à touffe, les ionocytes, les cellules micropliées ou encore les cellules en collines (Figures 2 et 3). Il s’agit ici d’une liste non exhaustive, car de très nombreux types cellulaires pulmonaires commencent tout juste à être découverts par séquençage des ARNm en cellule unique (scRNA seq). Travaglini et al., ont par exemple identifié, en 2020, 58 populations cellulaires dans le poumon humain, dont 14 inconnues jusqu’à lors 

Les cellules basales

Les cellules basales sont de forme cuboïde, fixées à la membrane basale 10 (Figures 2 et 3). Ces cellules représentent environ 5 à 30 % des cellules épithéliales des voies aériennes chez l’homme, en fonction de leur emplacement le long du tractus respiratoire 11. Les cellules basales sont des acteurs clés de l’homéostasie respiratoire et de la régénération épithéliale 12. En effet, les cellules basales sont les principales cellules souches des voies respiratoires. Elles ont Introduction – Chapitre 1 : L’appareil respiratoire 20 la capacité de s’auto-renouveler lors d’une lésion ainsi que de se différencier en cellules caliciformes, cellules ciliées, cellules à touffe, cellules neuroendocrines pulmonaires (PNEC, pour pulmonary neuroendocrine cells) ou encore en ionocytes pulmonaires 11–14. De nombreuses études ont suggéré qu’au moins deux sous-populations distinctes sur le plan transcriptionnel sont présentes parmi les cellules basales des voies respiratoires humaines 4,10 et murines 15. Une des deux sous-populations serait composée de cellules souches, tandis que la seconde serait composée de cellules progénitrices permettant la différenciation luminale 16 . 

Les cellules club

Précédemment connues sous le nom de cellules de Clara, ces cellules en forme de dôme (Figures 2 et 3) sont les cellules épithéliales majoritairement retrouvées au niveau des bronchioles 17. Les cellules club, ainsi que leurs produits sécrétés, jouent un rôle important dans le maintien de l’homéostasie pulmonaire. Comme les cellules basales, elles peuvent agir comme des cellules souches, c’est-à-dire contribuer à la réparation de l’épithélium 18 et donner naissance à des cellules ciliées et à des cellules caliciformes. Les cellules club ont également la capacité de se dédifférencier en cellules basales lorsque survient, par exemple, une lésion ou une perte de cellules basales 19,20. Les cellules club ont également un rôle de cellules sécrétrices, participant à la production du liquide de surface des voies respiratoires 21–23 .

Les cellules ciliées

Les cellules ciliées, de forme cylindrique (Figures 2 et 3), sont présentes tout du long des voies respiratoires. Au moins deux sous-ensembles distincts sur le plan transcriptionnel ont été identifiés par scRNAseq entre les parties proximales et distales du tractus respiratoire 4 . Les cellules ciliées proviennent de la différenciation de cellules club ou des cellules caliciformes 24 . Elles jouent un rôle central dans l’homéostasie des voies respiratoires. En effet, les cellules ciliées permettent l’élimination par expectoration des micro-organismes pathogènes, de particules inhalées ainsi que d’autres débris piégés dans le mucus, grâce au battement rythmique et asynchrone des cils présents au pôle apical. Ce processus est communément appelé clairance mucociliaire 25, et est altéré dans le cas de pathologies pulmonaires telles que la mucoviscidose.