Causes et pathogénie de l'emphysème pulmonaire

En 1965, Eriksson a décrit le déficit en α1-antitrypsine. À la même époque, l'hypothèse d'un lien entre le développement de l'emphysème et le déficit en α1-antitrypsine a été émise. Lors d'une expérience sur des animaux, un modèle d'emphysème pulmonaire a été reproduit en introduisant dans les poumons des extraits d'enzymes protéolytiques de plantes.

Emphysème pulmonaire diffus primitif

Déficit génétique en alpha1-antitrypsine

L'α1-antitrypsine est le principal inhibiteur des protéases à sérine, parmi lesquelles la trypsine, la chymotrypsine, l'élastase des neutrophiles, la kallicréine tissulaire, le facteur X et le plasminogène. Le gène codant pour l'α1-antitrypsine est situé sur le bras long du chromosome 14 et est appelé gène PI (inhibiteur de protéinase). Ce gène est exprimé dans deux types de cellules: les macrophages et les hépatocytes.

La concentration la plus élevée d'alpha1-antitrypsine se trouve dans le sérum sanguin et environ 10 % du taux sérique est déterminé à la surface des cellules épithéliales des voies respiratoires.

Actuellement, 75 allèles du gène PI sont connus. Ils sont répartis en quatre groupes:

• normal - avec un niveau physiologique de concentration d'α1-antitrypsine dans le sérum sanguin;
• déficient - le niveau de concentration de l'inhibiteur de trypsine diminue à 65 % de la norme;
• « zéro » -a1-antitrypsine n'est pas détectée dans le sérum sanguin;
• Dans le sérum, la teneur en alpha1-antitrypsine est normale, mais son activité par rapport à l'élastase est réduite.

Les allèles PI sont également subdivisés en fonction de la mobilité électrophorétique de la glycoprotéine a1-antitrypsine:

• option « A » - située plus près de l'anode;
• "variante" - cathode;
• L'option « M » est la plus courante.

La part principale du pool génétique (plus de 95 %) est constituée de trois sous-types de l'allèle normal « M » - M1, M2, M3.

La pathologie humaine causée par le gène PI survient en cas de déficit ou d'allèles nuls. Les principales manifestations cliniques du déficit en α1-antitrypsine sont l'emphysème pulmonaire et la cirrhose hépatique juvénile.

Chez une personne en bonne santé, les neutrophiles et les macrophages alvéolaires des poumons sécrètent des enzymes protéolytiques (principalement de l'élastase) en quantités suffisantes pour développer un emphysème, mais cela est empêché par l'alpha1-antitrypsine, qui est présente dans le sang, les sécrétions bronchiques et d'autres structures tissulaires.

Dans le cas d'un déficit en alpha1-antitrypsine d'origine génétique, ainsi que dans le cas d'un déficit causé par le tabagisme, des facteurs étiologiques agressifs et des risques professionnels, un déplacement du système protéolyse/alpha1-antitrypsine se produit vers la protéolyse, ce qui provoque des lésions des parois alvéolaires et le développement d'un emphysème pulmonaire.

Les effets de la fumée de tabac

Le tabagisme provoque un déséquilibre du système oxydant/antioxydant avec une prédominance des oxydants, ce qui a un effet néfaste sur les parois alvéolaires et contribue au développement de l'emphysème pulmonaire.

On ignore encore pourquoi le tabagisme provoque un emphysème chez seulement 10 à 15 % des fumeurs. Outre le déficit en alpha-1-antitrypsine, des facteurs inconnus (possiblement génétiques) jouent probablement un rôle dans la prédisposition des fumeurs à l'emphysème.

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Impact des facteurs environnementaux agressifs

L'emphysème est, dans une certaine mesure, une maladie environnementale (AG Chuchalin, 1998). Les facteurs agressifs de l'environnement extérieur pollué (polluants) endommagent non seulement les voies respiratoires, mais aussi les parois alvéolaires, contribuant ainsi au développement de l'emphysème pulmonaire. Parmi les polluants, les dioxydes de soufre et d'azote sont les plus importants; leurs principaux générateurs sont les centrales thermiques et les transports. De plus, la fumée noire et l'ozone jouent un rôle majeur dans le développement de l'emphysème pulmonaire. L'augmentation des concentrations d'ozone est associée à l'utilisation de fréon dans la vie quotidienne (réfrigérateurs, aérosols ménagers, parfums, formes galéniques d'aérosols). Par temps chaud, une réaction photochimique du dioxyde d'azote (produit de la combustion du carburant) avec les rayons ultraviolets se produit dans l'atmosphère, ce qui produit de l'ozone, provoquant une inflammation des voies respiratoires supérieures.

Le mécanisme de développement de l'emphysème pulmonaire sous l'influence d'une exposition à long terme aux polluants atmosphériques est le suivant:

• effet dommageable direct sur les membranes alvéolaires;
• activation de l'activité protéolytique et oxydative dans le système bronchopulmonaire, ce qui provoque la destruction de la structure élastique des alvéoles pulmonaires;
• augmentation de la production de médiateurs de réaction inflammatoire - leucotriènes et cytokines nocives.

Risques professionnels, présence d'infection bronchopulmonaire persistante ou récurrente

Chez les personnes âgées, chez qui l'emphysème pulmonaire est particulièrement fréquent, l'influence simultanée de plusieurs facteurs étiologiques sur plusieurs années de vie est généralement préoccupante. Dans certains cas, l'étirement mécanique des poumons joue un rôle (chez les musiciens de fanfare, les souffleurs de verre).

Pathogénèse

Les principaux mécanismes généraux de développement de l'emphysème pulmonaire sont:

• perturbation du rapport normal protéase/alpha1-antitrypsine et oxydants/antioxydants vers la prédominance des enzymes protéolytiques et des oxydants qui endommagent la paroi alvéolaire;
• perturbation de la synthèse et de la fonction des tensioactifs;
• dysfonctionnement des fibroblastes (selon l'hypothèse de Times et al., 1997).

Les fibroblastes jouent un rôle important dans la réparation du tissu pulmonaire. Il est connu que la structuration et la restructuration du tissu pulmonaire sont assurées par l'interstitium et ses deux principaux composants: les fibroblastes et la matrice extracellulaire. Cette matrice est synthétisée par les fibroblastes et relie les bronches, les vaisseaux, les nerfs et les alvéoles en un seul bloc fonctionnel. C'est ainsi que le tissu pulmonaire se structure. Les fibroblastes interagissent avec les cellules du système immunitaire et la matrice extracellulaire en synthétisant des cytokines.

Les principaux composants de la matrice extracellulaire sont le collagène et l'élastine. Les premier et troisième types de collagène stabilisent le tissu interstitiel; le quatrième type de collagène participe à la membrane basale. L'élastine confère au tissu pulmonaire ses propriétés élastiques. La liaison entre les différentes molécules de la matrice extracellulaire est assurée par les protéoglycanes. La connexion structurelle entre le collagène et l'élastine est assurée par les protéoglycanes décorine et dermatane sulfate; la connexion entre le quatrième type de collagène et la laminine dans la membrane basale est assurée par le protéoglycane héparane sulfate.

Les protéoglycanes influencent l’activité fonctionnelle des récepteurs à la surface cellulaire et participent aux processus de réparation des tissus pulmonaires.

La phase précoce de réparation du tissu pulmonaire est associée à la prolifération des fibroblastes. Les neutrophiles migrent ensuite vers le site du tissu pulmonaire endommagé, où ils participent activement à la dépolymérisation des molécules de la matrice extracellulaire. Ces processus sont régulés par diverses cytokines produites par les macrophages alvéolaires, les neutrophiles, les lymphocytes, les cellules épithéliales et les fibroblastes. Les cytokines impliquées dans le processus de réparation sont les facteurs de croissance plaquettaire et le facteur de stimulation des colonies de granulocytes/macrophages. Un dépôt de cytokines se forme dans la matrice extracellulaire et régule l'activité proliférative des fibroblastes.

Ainsi, dans le développement de l'emphysème pulmonaire, un rôle majeur est joué par la perturbation de la fonction des fibroblastes et des processus adéquats de réparation du tissu pulmonaire endommagé.

Les principales conséquences physiopathologiques de l'emphysème sont:

• effondrement des petites bronches non cartilagineuses lors de l'expiration et développement de troubles obstructifs de la ventilation pulmonaire;
• réduction progressive de la surface fonctionnelle des poumons, ce qui entraîne une réduction des membranes alvéolo-capillaires, une forte diminution de la diffusion de l'oxygène et le développement d'une insuffisance respiratoire;
• réduction du réseau capillaire des poumons, ce qui conduit au développement d'une hypertension pulmonaire.

Pathomorphologie

L'emphysème pulmonaire se caractérise par l'expansion des alvéoles, des voies respiratoires, une augmentation générale de la légèreté du tissu pulmonaire, une dégénérescence des fibres élastiques des parois alvéolaires et une désolation des capillaires.

La classification anatomique de l'emphysème pulmonaire repose sur le degré d'atteinte de l'acinus dans le processus pathologique. On distingue les variantes anatomiques suivantes:

• emphysème acineux proximal;
• emphysème panacinaire;
• emphysème distal;
• emphysème irrégulier.

La forme acineuse proximale se caractérise par une dilatation et une lésion anormales de la bronchiole respiratoire, partie proximale de l'acinus. Il existe deux formes d'emphysème acinaire proximal: l'emphysème centrolobulaire et l'emphysème de la pneumoconiose des mineurs. Dans la forme centrolobulaire de l'emphysème acinaire proximal, la bronchiole respiratoire se déplace à proximité de l'acinus, créant ainsi un effet de localisation centrale dans le lobule pulmonaire. Le tissu pulmonaire distal n'est pas modifié.

La pneumoconiose des mineurs est caractérisée par une combinaison de fibrose pulmonaire interstitielle et de zones focales d'emphysème.

L'emphysème panacinaire (diffus, généralisé, alvéolaire) est caractérisé par l'implication de l'ensemble de l'acinus dans le processus.

L'emphysème acineux distal est caractérisé par l'implication des canaux principalement alvéolaires dans le processus pathologique.

La forme irrégulière de l'emphysème se caractérise par une hypertrophie et une destruction variées des acini, associées à un processus cicatriciel prononcé du tissu pulmonaire. C'est ce qui explique son caractère irrégulier.

Une forme particulière d'emphysème est l'emphysème bulleux. Une bulle est une zone emphysémateuse du poumon dont le diamètre est supérieur à 1 cm.

L'emphysème primaire comprend, dans une certaine mesure, l'emphysème pulmonaire involutif (sénile). Il se caractérise par une dilatation des alvéoles et des voies respiratoires sans réduction du système vasculaire pulmonaire. Ces modifications sont considérées comme une manifestation de l'involution et du vieillissement.

Dans l'emphysème pulmonaire involutif, il n'y a pas de troubles significatifs de la perméabilité bronchique; l'hypoxémie et l'hypercapnie ne se développent pas.

Emphysème pulmonaire secondaire

L'emphysème pulmonaire secondaire peut être focal ou diffus. On distingue les formes suivantes d'emphysème focal: périscar (périfocal), infantile (lobaire), paraseptal (intermédiaire) et unilatéral du poumon ou du lobe.

Emphysème pulmonaire péricardique: il survient autour de foyers de pneumonie, de tuberculose ou de sarcoïdose. La bronchite régionale joue un rôle majeur dans le développement de l'emphysème pulmonaire focal. L'emphysème pulmonaire péricardique est généralement localisé au niveau de l'apex pulmonaire.

L'emphysème lobaire infantile est une altération emphysémateuse d'un lobe pulmonaire chez le jeune enfant, généralement due à une atélectasie des autres lobes. Le lobe supérieur du poumon gauche et le lobe moyen du poumon droit sont le plus souvent touchés. L'emphysème lobaire infantile se manifeste par une dyspnée sévère.

Syndrome de McLeod (emphysème unilatéral) - se développe généralement après une bronchiolite ou une bronchite unilatérale subie dans l'enfance.

L'emphysème paraseptal est un foyer de tissu pulmonaire altéré par l'emphyte, adjacent à un septum conjonctif compact ou à une plèvre. Il se développe généralement à la suite d'une bronchite focale ou d'une bronchiolite. Cliniquement, il se manifeste par la formation de bulles et un pneumothorax spontané.

L'emphysème pulmonaire diffus secondaire est beaucoup plus grave. Sa principale cause de développement est la bronchite chronique.

On sait que le rétrécissement des petites bronches et l'augmentation de la résistance bronchique se produisent à l'inspiration comme à l'expiration. De plus, lors de l'expiration, la pression intrathoracique positive crée une compression supplémentaire des bronches, déjà difficilement accessibles, et provoque un retard de l'air inspiré dans les alvéoles, ainsi qu'une augmentation de la pression dans celles-ci, ce qui conduit naturellement au développement progressif d'un emphysème pulmonaire. La propagation du processus inflammatoire des petites bronches aux bronchioles et aux alvéoles respiratoires est également d'une importance significative.

L'obstruction locale des petites bronches entraîne un étirement excessif de petites zones de tissu pulmonaire et la formation de cavités à parois minces, les bulles, situées sous-pleurales. En cas de bulles multiples, le tissu pulmonaire est comprimé, ce qui aggrave les troubles obstructifs secondaires des échanges gazeux. La rupture d'une bulle entraîne un pneumothorax spontané.

Dans l'emphysème diffus secondaire, le réseau capillaire pulmonaire est réduit et une hypertension pulmonaire précapillaire se développe. À son tour, l'hypertension pulmonaire favorise la fibrose des petites artères fonctionnelles.