Poumons

Revue de l’appareil respiratoire

Le système respiratoire est un ensemble d'organes chargés du transport et de l'échange de gaz essentiels. Le système commence par le nez et la bouche, qui servent tous deux de points d'entrée pour l'air dans les voies respiratoires. Le nez est le principal point d'entrée, mais l'air peut également passer par la bouche si les voies nasales sont obstruées. Les narines et les sinus nasaux sont conçus pour réchauffer, humidifier et filtrer l'air lorsqu'il traverse les voies respiratoires supérieures. Le reste des voies respiratoires supérieures comprend le pharynx, le larynx et la trachée. La carène, située à la bifurcation de la trachée, marque la transition des voies respiratoires supérieures vers les voies respiratoires inférieures.

Anatomie 

Les poumons sont des organes spongieux et extensibles qui occupent la cavité thoracique. Bien qu'ils soient présents par paire, ils présentent des différences morphologiques. Chaque poumon occupe l'hémithorax correspondant, avec le médiastin et son contenu situé entre eux. Ils sont suspendus librement dans la cavité pleurale et ne sont attachés qu'à la trachée par les bronches principales et au cœur par les vaisseaux pulmonaires, respectivement. La différence morphologique entre le poumon gauche et le poumon droit se reflète également dans leur poids : le poumon gauche (565 g) est plus léger que le droit (625 g). Ils ont également tendance à être plus lourds chez les hommes que chez les femmes, bien que cette caractéristique dépende de la taille des individus. De plus, le poumon adulte a un aspect marbré foncé qui reflète la filtration des particules à base de carbone des voies respiratoires. Cela diffère considérablement des poumons d'un nouveau-né, qui sont rose clair.

La plèvre est une membrane séreuse qui enveloppe chaque poumon. Cette membrane est constituée de deux feuillets :

• un feuillet viscéral, adhérent au poumon
• un feuillet pariétal, fixé à la paroi thoracique interne, aux vertèbres cervicales inférieures, à la région costo-vertébrale, au médiastin et au diaphragme.

Entre les feuillets pariétal et viscéral se trouve un espace virtuel appelé cavité pleurale. Cette cavité est remplie de liquide pleural qui permet aux feuillets pariétal et viscéral de glisser librement l'un sur l'autre pendant la respiration. Cela réduit la friction entre les surfaces et facilite ainsi la mécanique respiratoire.

Chaque poumon peut être décrit de façon simple par son apex et sa base. L’apex se projette vers l'ouverture thoracique supérieure, tandis que la base repose sur le diaphragme. Une autre façon de décrire le poumon est de considérer ses trois surfaces (costale, médiane et diaphragmatique) séparées par trois bords (antérieur, postérieur et inférieur).

Les poumons ont une forme approximativement conique et sont divisés en lobes par des scissures. Le poumon gauche a deux lobes et une scissure, tandis que le poumon droit a trois lobes et deux scissures. Les lobes sont ensuite subdivisés en segments bronchopulmonaires ; ainsi, le poumon gauche a 9 à 10 segments, tandis que le poumon droit en a 10. Les lobes sont eux-mêmes subdivisés en plus petites structures appelées lobules pulmonaires. Entre les lobes se trouvent les surfaces interlobaires des poumons, séparées par les scissures pulmonaires.

L’apex est le point le plus élevé du poumon, s'étendant dans le défilé thoracique supérieur. C'est une partie en forme de dôme du poumon qui dépasse le premier cartilage costal et le tiers médial de la clavicule. Les deux poumons sont séparés des muscles scalènes antérieurs ipsilatéraux par l'artère subclavière qui se trouve entre eux. À mesure que le vaisseau suit son trajet supérieur vers la première côte, il passe le long de la surface antérieure du poumon et par-dessus la membrane suprapleurale.

Chaque apex pulmonaire est antérieurement relié à la branche antérieure du nerf spinal T1, au ganglion stellaire (sympathique cervicothoracique) et à l'artère intercostale supérieure du même côté. La face médiale de l’apex du poumon gauche est en rapport latéralement avec la veine brachiocéphalique gauche et l'artère subclavière gauche. En revanche, le sommet du poumon droit est en rapport latéralement avec la trachée, le tronc brachiocéphalique et la veine brachiocéphalique droite. Les deux sommets sont en rapport médialement avec les muscles scalènes médians ipsilatéraux.

La surface médiane du poumon est la partie qui fait face au médiastin et se compose des surfaces médiastinale et vertébrale. Comme les autres surfaces pulmonaires, la surface médiane présente de nombreuses indentations laissées par les structures adjacentes qui s'impriment sur sa surface. La partie antérieure de la surface médiane est appelée partie médiastinale antérieure, tandis que la moitié dorsale est appelée partie vertébrale postérieure. La partie médiastinale antérieure peut être identifiée non seulement par sa relation au médiastin, mais aussi par la concavité qui abrite l'empreinte cardiaque. La partie vertébrale postérieure se trouve à côté des vertèbres thoraciques et de leurs disques intervertébraux associés.

Le bord postérieur est arrondi et sépare la surface vertébrale de la surface médiane de la partie costale. Contrairement aux autres bords du poumon, le bord postérieur est une ligne imaginaire qui coïncide avec la tête des côtes adjacentes. En avant, les surfaces costale et médiane du poumon se rejoignent au niveau du bord antérieur. C'est un bord tranchant et fin qui recouvre le péricarde et atteint la zone où la plèvre pariétale se réfléchit à la jonction des cartilages costaux et du médiastin (ligne costomédiastinale de réflexion pleurale). Alors que ce bord est presque vertical à droite, il a un trajet variable à gauche. Il se poursuit jusqu'au 4ème cartilage costal mais devient irrégulier au niveau de l'échancrure cardiaque.

Même si ce qui rend la surface médiane unique est la présence du hile. Situé entre les 5ème et 7ème vertèbres thoraciques, le hile est le pédicule du poumon par lequel les structures neurovasculaires et aériennes entrent et sortent du parenchyme pulmonaire. Il fournit également un point d'attache entre le poumon et le cœur et la trachée situés dans le médiastin. Les structures présentes au niveau du hile des deux poumons sont identiques, mais leur disposition respective diffère légèrement. L'ensemble de ces structures est également enveloppé par la membrane pleurale. On retrouve les structures suivantes à chaque hile :

• Bronches principales
• Artère pulmonaire
• Deux veines pulmonaires
• Vaisseaux bronchiques
• Plexus pulmonaire anatomique
• Nœds lymphatiques et vaisseaux
• Tissu conjonctif

Plusieurs autres structures, importantes en chirurgie, se trouvent à proximité immédiate de chaque hile. En avant, nous retrouvons les vaisseaux péricardiophréniques, le nerf phrénique et le plexus pulmonaire antérieur qui se dirigent vers leurs organes cibles respectifs. En dessous se trouve le ligament pulmonaire et en arrière, le plexus pulmonaire postérieur et le nerf vague.

La base, également appelée surface diaphragmatique des poumons, repose sur la partie thoracique du diaphragme. À gauche, le diaphragme sépare la base du poumon de la rate et de l'estomac, tandis qu'à droite, il la sépare du foie. Le poumon droit présente une concavité basale plus profonde que le gauche et est donc plus court. Cela est dû au fait que l'hémicoupole diaphragmatique droite est légèrement plus haute que la gauche afin de loger le foie.

La base du poumon est séparée de la surface costale par le bord inférieur. Médialement à son origine, le bord apparaît arrondi lorsqu'il s'intercale entre les deux surfaces. Cependant, il devient plus mince et plus tranchant en s'étendant jusqu'au récessus costodiaphragmatique. La surface costale du poumon est moins remarquable que la surface médiane. Elle est marquée par les empreintes des côtes sus-jacentes et les sillons des fissures correspondantes.

Vascularisation

Les poumons ont un double système d'irrigation sanguine parallèle, appelé circuits pulmonaire et systémique. Le circuit pulmonaire part du cœur et achemine le sang désoxygéné vers les poumons pour l'échange gazeux. Ce circuit ramène également le sang oxygéné vers le cœur pour être redistribué dans le reste du corps. Le circuit systémique transporte le sang oxygéné du cœur vers le parenchyme pulmonaire qui ne peut être approvisionné par simple diffusion. La partie veineuse de ce circuit ramène également le sang désoxygéné vers le cœur pour être traité.

Drainage lymphatique

Les vaisseaux lymphatiques qui drainent les poumons prennent naissance sous la plèvre et forment le plexus sous-pleural. Cet ensemble de vaisseaux se subdivise ensuite en groupes superficiels et profonds. Le groupe profond suit l'artère et la veine pulmonaire, ainsi que les bronches. Tous les vaisseaux lymphatiques superficiels convergent vers le hile où ils se drainent dans les nœuds lymphatiques bronchopulmonaires du même côté (ipsilatéraux).

En périphérie, il existe une communication entre les voies lymphatiques superficielles et profondes. Ces vaisseaux communicants peuvent se dilater et rediriger le flux de liquide lymphatique d'un système à l'autre en présence d'une maladie pulmonaire qui obstrue les vaisseaux lymphatiques. Traditionnellement, les lobes inférieurs des poumons drainent leur liquide lymphatique vers les nœuds trachéobronchiques inférieurs. En revanche, les nœuds trachéobronchiques supérieurs drainent le liquide lymphatique des lobes supérieurs.

Consultez les ressources suivantes pour en savoir plus sur les vaisseaux lymphatiques des poumons !

Innervation 

Le système nerveux autonome et le nerf vague se partagent la responsabilité de l'innervation des poumons. Le système nerveux autonome est responsable de la dilatation et de la constriction des voies respiratoires, ainsi que de la régulation des sécrétions bronchiques. Des branches du nerf vague et des branches sympathiques provenant des nerfs cardiaques cervicaux s'unissent pour former le plexus pulmonaire. Ce plexus est ensuite subdivisé en divisions antérieure et postérieure en fonction de sa relation avec le hile du poumon. En plus d'innerver les bronches, il innerve également la plèvre viscérale.

Embryologie

Pendant la vie intra-utérine, le fœtus en développement dépend non seulement de la future mère pour se nourrir, mais aussi pour éliminer ses déchets. Même si les poumons du fœtus ne participent pas aux échanges gazeux tout au long de la grossesse, leur développement est nécessaire pour le soutenir dès sa sortie du ventre maternel. Les poumons doivent développer trois caractéristiques fondamentales afin de faciliter la transition de l'échange gazeux placentaire à l'échange gazeux pulmonaire.

1. Augmentation de la production de surfactant : Ce composé agit comme un lubrifiant qui aide à réduire la tension superficielle dans les alvéoles et leur permet de se dilater lors de l'inspiration.
2. Acquisition d'une capacité d'échange gazeux : Cela se produit lorsque les unités alvéolaires commencent à se développer en fin de grossesse.
3. Mise en place d'une double circulation parallèle : Cette circulation permet l'oxygénation du sang et la perfusion simultanée du parenchyme pulmonaire.

La maturation des poumons se poursuit tout au long de la période embryonnaire et se prolonge jusqu'à l'enfance (jusqu'à l'âge de 8 ans). La maturation pulmonaire embryonnaire se déroule en quatre étapes régulées par des cascades biochimiques complexes. Ces étapes sont appelées stade pseudoglandulaire, stade canaliculaire, stade sac terminal et stade alvéolaire. Les cellules de la paroi endodermique du tube digestif antérieur sont exposées à des facteurs de transcription tels que le facteur de transcription thyroïdien 1, les protéines homéotiques, le facteur nucléaire hépatique et d'autres composés. Ces facteurs induisent la différenciation de l'endoderme du tube digestif antérieur en lignée cellulaire respiratoire engagée.

Le développement du parenchyme pulmonaire est lié au développement de l'arbre bronchopulmonaire. À la 5ème semaine de gestation, le mésenchyme splanchnique qui entoure les bourgeons bronchiques (branches terminales du diverticule laryngo-trachéal) commence à se développer. Le mésenchyme splanchnique libère également de nombreuses protéines de signalisation (dont le facteur de croissance des fibroblastes 10), qui favorisent la croissance des bourgeons respiratoires. La croissance du mésenchyme splanchnique se produit donc en même temps que l'expansion et la ramification des bourgeons bronchiques. Alors que les bourgeons bronchiques donnent naissance aux bronches et aux bronchioles, le mésenchyme splanchnique forme le parenchyme pulmonaire.

À la 6ème semaine de gestation, le développement pulmonaire entre dans la phase pseudoglandulaire. Histologiquement, le tissu est organisé selon un modèle tubulo-acinaire, ressemblant beaucoup à celui observé dans les glandes exocrines. Ces caractéristiques dominent tout au long du début de la grossesse, jusqu'à environ la 16ème semaine de gestation. À ce stade, le poumon en maturation contient les structures conductrices de l'air. Cependant, les composants d'échange gazeux ne sont pas encore formés. Par conséquent, si une femme enceinte accouche à ce stade de la grossesse, le nouveau-né a peu de chance de survivre car ses poumons sont immatures. Le développement du poumon n'est pas uniforme à l'intérieur de l'organe : les apex des poumons se développent plus rapidement que les bases. Ainsi, alors que les bases pulmonaires peuvent encore être en phase pseudoglandulaire, les sommets seront passés en phase canaliculaire. Cette période, qui dure de la 16ème à la 26ème semaine de gestation, est caractérisée par la formation des canaux alvéolaires primitifs. La formation de ces tubules est précédée par la dilatation de la lumière bronchique (ainsi que des bronchioles terminales). Autour de la 24ème semaine de gestation, les bronchioles terminales se divisent pour donner au moins deux bronchioles respiratoires. Chaque bronchiole respiratoire s'arborise ensuite pour donner jusqu'à six canaux alvéolaires primitifs. À l'extrémité des canaux alvéolaires primitifs se trouvent des sacculations terminales appelées alvéoles primitives. Les parois de ces sacs sont suffisamment minces pour permettre les échanges gazeux. C'est également à ce stade que les poumons acquièrent une importante vascularisation. Par conséquent, un nourrisson né à cette période a une chance de survivre. Cependant, il est probable qu'il rencontre d'autres difficultés liées au sous-développement d'autres organes. Vers la fin de la 26ème semaine de gestation, des alvéoles primitives plus nombreuses aux parois nettement plus minces se développent. Dans cette phase sacculaire du développement pulmonaire, les parois des sacs sont tapissées d'un épithélium squameux dérivé de l'endoderme. Ces cellules sont spécifiquement appelées pneumocytes de type I et facilitent les échanges gazeux. Dispersés parmi les autres cellules squameuses se trouvent les pneumocytes de type II. Ces cellules rondes sont sécrétoires et produisent du surfactant. Même si les poumons commencent à produire et à sécréter du surfactant dès 20 à 22 semaines, la quantité augmente de manière significative au cours des derniers mois de la grossesse. Il est important de noter que la phase sacculaire se poursuit de la 26ème semaine de gestation jusqu'à l'accouchement. Bien qu'il y ait une augmentation de la quantité de surfactant produite, elle n'est pas suffisante pour supporter efficacement la vie avant la 32ème semaine de gestation. Par conséquent, les bébés nés avant 32 semaines ont une chance de survie avec une intervention médicale.

La maturation finale des alvéoles primitives débute à partir de la 32ème semaine de gestation et peut se poursuivre jusqu'à la 8ème année de la vie extra-utérine. Cette étape commence par des amas de sacs alvéolaires situés à l'extrémité des bronchioles respiratoires. Ces sacs se différencient ensuite en canaux alvéolaires. De plus, on peut observer les lits vasculaires bombant dans les parois alvéolaires au fur et à mesure que les sacs deviennent progressivement plus fins. Finalement, les parois des lits capillaires et les pneumocytes de type I deviennent si étroitement liés qu'ils forment la membrane alvéolocapillaire. Cette interface est également appelée membrane respiratoire ou barrière de diffusion pulmonaire. Comme son nom l'indique, elle agit comme le point d'échange gazeux entre les alvéoles et les capillaires environnants. À ce stade, les poumons sont capables de soutenir la vie ; par conséquent, un nourrisson né à ce stade et au-delà a plus de chances de survivre. Même si ces événements importants se produisent in utero, la majorité de la maturation alvéolaire se produit pendant la vie extra-utérine. On observe une augmentation significative du nombre d'alvéoles primitives et de bronchioles respiratoires, ainsi qu'une distension des alvéoles primitives après la naissance. Dans l'ensemble, ces deux facteurs expliquent l'augmentation de la taille des poumons, bien que l'augmentation de la quantité d'entités respiratoires joue un rôle plus important que la distension des alvéoles primitives.

Il existe d'autres événements qui se produisent dans l'utérus et qui favorisent la maturation des poumons. Les mouvements respiratoires fœtaux et la quantité de liquide amniotique présente dans le sac amniotique influencent tous deux le développement des poumons du fœtus. Les mouvements respiratoires fœtaux correspondent à des mouvements d'entraînement qui entraînent l'aspiration d'une partie de liquide amniotique dans les poumons. Ils se produisent de manière occasionnelle, mais deviennent plus fréquents plus tard pendant la grossesse.