Anatomie & histologie pulmonaire

Les poumons sont les organes de la respiration. Ils appartiennent à l’appareil respiratoire, dont la fonction est d’apporter le dioxygène (O2) nécessaire à l’organisme et d’éliminer le dioxyde de carbone (CO2) produit. L’appareil respiratoire est composé des voies aériennes et de la zone respiratoire. Les voies aériennes acheminent l’air jusqu’aux poumons. L’air y est réchauffé, humidifié et purifié des poussières et micro-organismes aériens. La zone respiratoire, composée des bronchioles et des alvéoles pulmonaires, est le siège des échanges gazeux.

Divisions morphologiques 

Au nombre de deux, les poumons, droit et gauche, se situent dans la cage thoracique. Le poumon droit est séparé du poumon gauche par le médiastin. Le médiastin est composé du cœur et des gros vaisseaux, de la trachée, de l’œsophage et des deux bronches souches. Les poumons sont entourés des plèvres, des membranes séreuses. Les plèvres sont composées de deux feuillets : la plèvre viscérale et la plèvre pariétale. La plèvre viscérale recouvre les deux poumons. La plèvre pariétale, elle, recouvre l’ensemble de la paroi thoracique, y compris le diaphragme et le médiastin. L’espace entre ces deux feuillets est appelé cavité pleurale et est rempli d’une mince couche de liquide pleural, permettant aux feuillets de glisser l’un sur l’autre au cours des mouvements respiratoires.

Les poumons se composent de lobes pulmonaires séparés par des scissures lobaires. Le poumon droit est constitué de 3 lobes : les lobes supérieur, moyen et inférieur. Ces lobes sont séparés par une scissure oblique et une scissure horizontale. Le poumon gauche est séparé en 2 lobes, supérieur et inférieur, délimités par une scissure oblique. Les scissures sont des sillons visibles à la surface des poumons dans lesquels s’insère la plèvre viscérale. A gauche, la lingula, partie homologue du lobe moyen du poumon droit, est attachée au lobe supérieur. Chaque lobe est divisé en segments par des cloisons conjonctives. Ces segments suivent la segmentation bronchique et en portent le nom. Les lobes supérieurs sont divisés en 3 segments : S1 ou segment apical, S2 ou segment postérieur et S3 ou segment antérieur. A gauche, le segment apical et le segment postérieur ne forment qu’un seul segment appelé segment apico-postérieur. Le lobe moyen du poumon droit est divisé en 2 segments : S4 ou latéral et S5 ou médial. La lingula est également divisée en 2 segments : S4 ou lingulaire supérieur et S5 ou lingulaire inférieur. Les lobes inférieurs droit et gauche sont divisés en 5 segments : S6 ou segment apical, S7 ou segment basal médial, S8 ou segment basal antérieur, S9 ou segment basal latéral et S10 ou segment basal postérieur. Chacun de ces segments est ventilé par une bronche segmentaire et irrigué par une branche de l’artère pulmonaire. Chaque segment est composé de lobules pulmonaires, unités fonctionnelles du poumon. Chaque lobule est ventilé par une bronchiole terminale qui se divise en bronchioles respiratoires puis en conduits alvéolaires avant d’arriver aux saccules alvéolaires et alvéoles pulmonaires. Les lobules sont irrigués par les branches de l’artère pulmonaire qui suivent la segmentation des bronches. La partie ventilée par la bronchiole terminale est appelée acinus.

L’arbre bronchique

Avant d’arriver dans les lobules, l’air doit passer par les voies aériennes composées des cavités nasales, du pharynx, du larynx, de la trachée, des bronches et de leurs ramifications. Les ramifications des bronches sont appelées arbre bronchique. La trachée donne naissance aux bronches principales (ou bronches souches) droite et gauche au niveau du hile pulmonaire. Les bronches principales se divisent en bronches lobaires, supérieures et inférieures, en bronches intermédiaires puis en bronches segmentaires à l’intérieur des poumons. A droite, la bronche lobaire supérieure se divise en 3 bronches segmentaires : B1 ou bronche apicale, B2 ou bronche postérieure, B3 ou bronche antérieure. La bronche lobaire inférieure se divise en bronches segmentaires B4 ou bronche latérale, B5 ou bronche médiale, B6 ou bronche segmentaire apicale, B7 ou bronche basale médiale, B8 ou bronche basale antérieure, B9 ou bronche basale latérale et B10 ou bronche basale postérieure. A gauche, la bronche lobaire supérieure donne la bronche apico postérieure correspondant à B1+2, puis la B3 ou bronche antérieure. La bronche lingulaire donne les bronches B4 et B5, respectivement bronches lingulaires supérieure et inférieure. La bronche inférieure se divise en bronche segmentaire apicale, correspondant à B6, en bronche basale antéro-médiale, correspondant à B7+8, en bronche basale latérale (B9) et basale postérieure (B10) (Figure 1). Les bronches se divisent ensuite en bronchioles. Les bronchioles donnent les bronchioles terminales puis les bronchioles respiratoires : les alvéoles pulmonaires apparaissent à ce niveau.

D’un point de vue histologique, les voies aériennes sont composées de 3 tuniques (Figure 2) :
♦ La muqueuse, constituée de l’épithélium respiratoire dont la composition cellulaire varie le long des voies aériennes, du chorion et de la sous-muqueuse, dont les compositions varient également lors de la progression dans l’arbre bronchique.
♦ L’armature ou tunique moyenne constituée d’une composante fibro-musculaire plus ou moins cartilagineuse.
♦ L’adventis, un tissu conjonctif de soutien où circulent les nerfs et les vaisseaux.

L’épithélium respiratoire de la trachée est un épithélium cylindrique pseudo-stratifié composé de différents types cellulaires :
♦ Les cellules ciliées, responsables de la clairance muco-ciliaire, c’est-à-dire de l’élimination des poussières et pathogènes grâce au mucus et aux mouvements des cils.
♦ Les cellules caliciformes qui sécrètent le mucus
♦ Les cellules séreuses sécrétrices de protéines
♦ Les cellules basales neuro-endocrines capables de détecter les variations d’O2 et de CO2
♦ Les cellules souches basales, capables de se diviser et de se différencier afin d’assurer le renouvellement de l’épithélium .

Ces différents types cellulaires reposent sur la membrane basale qui sépare l’épithélium du chorion. Le chorion de la trachée est un tissu de soutien lâche vascularisé et innervé. La sous-muqueuse, située sous le chorion, est constituée de glandes mixtes séromuqueuses. La sous-muqueuse se confond avec le cartilage ou le tissu conjonctif fibro-élastique de l’armature, situé entre les anneaux de cartilage. Le muscle trachéal (muscle lisse), joint les bords libres des anneaux trachéaux. Les anneaux trachéaux sont des anneaux de cartilage en fer à cheval. Ils sont liés entre eux par des ligaments et des fibres musculaires. L’adventis englobe l’armature d’un tissu conjonctivo-adipeux où passent les vaisseaux et les nerfs.

Au niveau des bronches souches, la muqueuse est constituée d’un épithélium respiratoire pseudo-stratifié moins haut et contenant moins de cellules caliciformes que l’épithélium respiratoire de la trachée. Le chorion est riche en fibres élastiques et repose sur une couche de cellules musculaires lisses qui le sépare de la sous muqueuse. Les glandes séromuqueuses sont moins abondantes dans la sous muqueuse. L’armature cartilagineuse se fragmente, les îlots de cartilage sont reliés entre eux par du tissu conjonctif fibreux et des fibres musculaires lisses. L’adventis, lieu de passage des vaisseaux et des nerfs, est composé d’un tissu conjonctivo élastique. Les bronches segmentaires et intra-segmentaires possèdent un chorion encore plus riche en fibres élastiques, la couche musculaire lisse spiralée séparant le chorion et la sous-muqueuse forme le muscle de Reissessen. La sous-muqueuse, constituée d’une majorité de glandes séreuses, se confond avec l’armature et ses structures cartilagineuses. L’adventis est alors relié au parenchyme pulmonaire.

Les bronchioles, voies aériennes de moins de 1 mm de diamètre, se caractérisent par l’absence de cartilage au niveau de la tunique moyenne et l’absence de glandes dans la sousmuqueuse. L’épithélium des bronchioles est un épithélium cylindrique cilié plissé avec de très rares cellules caliciformes. Au niveau des bronchioles terminales, l’épithélium respiratoire devient cubique simple. Les cellules ciliées y sont très rares et les cellules caliciformes y sont absentes. Les cellules club constituent le type cellulaire majoritaire de l’épithélium des bronchioles terminales. Elles ont pour rôle de protéger l’épithélium bronchiolaire en sécrétant de l’utéroglobine (Club Cell Secretory Protein ou CCSP) et en détoxifiant les substances nocives inhalées grâce aux cytochromes P450 présents dans leur réticulum endoplasmique rugueux. Les cellules club sont aussi capables de se diviser et de se différencier pour réparer l’épithélium bronchiolaire. L’épithélium repose sur le muscle de Reissessen (1 à 2 assises de fibres musculaires) dont l’épaisseur diminue au fur et à mesure de la progression dans l’arbre bronchique.

La bronchiole terminale se transforme en bronchiole respiratoire, dont la structure est semblable aux bronchioles terminales, interrompue par l’apparition des alvéoles. L’épithélium des bronchioles respiratoires est essentiellement constitué de cellules club. La bronchiole respiratoire s’ouvre sur les conduits alvéolaires : l’air arrive dans l’alvéole pulmonaire.

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Table des matières

Introduction
Chapitre I : Anatomie & histologie pulmonaire
1. Divisions morphologiques des poumons
2. L’arbre bronchique
3. L’alvéole pulmonaire & la barrière alvéolo-capillaire
a. Les pneumocytes
b. Le surfactant
c. Les échanges gazeux
d. Les cellules endothéliales
e. Les macrophages
Chapitre II : Pathologies pulmonaires
1. Les pathologies bronchiques
a. La bronchopneumopathie chronique obstructive
b. L’asthme
2. Les pathologies interstitielles
a. La fibrose pulmonaire idiopathique
b. La sarcoïdose
3. Les cancers broncho-pulmonaires
a. Les cancers broncho-pulmonaires non à petites cellules
b. Les cancers broncho-pulmonaires à petites cellules
Chapitre III : Histoire de la prise en charge des cancers broncho-pulmonaires
1. La chirurgie
2. La radiothérapie normofractionnée : des débuts à aujourd’hui
3. La radiothérapie stéréotaxique
Chapitre IV : Le poumon & la radiothérapie stéréotaxique
1. Le poumon : un bon candidat pour la radiothérapie stéréotaxique
2. Les organes à risques en radiothérapie stéréotaxique thoracique
3. Les contraintes dosimétriques aux organes à risque
4. Le cas particulier des tumeurs broncho-pulmonaires centrales
5. Les volumes cibles en radiothérapie stéréotaxique
6. Les séquelles cliniques : pneumopathie radique & fibrose pulmonaire radio-induite
Chapitre V : Outils diagnostiques, pronostiques & prise en charge thérapeutique de la pneumopathie radique
1. Diagnostic de la pneumopathie radique
2. Marqueurs sériques des lésions pulmonaires radio-induites
3. Facteurs de prédisposition à la pneumopathie radique après radiothérapie
stéréotaxique
4. Prise en charge thérapeutique des lésions pulmonaires radio-induites
Chapitre VI : Radiobiologie des doses ablatives
1. Les 5Rs de la radiobiologie
a. Réparation des dommages à l’ADN
b. Réoxygénation
c. Redistribution dans le cycle cellulaire
d. Régénération
2. Le fractionnement en radiothérapie
3. Les modèles prédictifs en radiobiologie
4. Réponse à l’hypofractionnement sévère
Problématique et objectifs
Résultats
Preclinical model of arc therapy stereotactic ablative lung irradiation in the mouse: volume and dose effects
Etude de l’effet du fractionnement de la dose en conditions stéréotaxiques en arc thérapie chez la souris : une étude in vivo et in vitro
Discussion & perspectives
Avant-propos
1. Pertinence de notre modèle préclinique d’irradiation stéréotaxique pulmonaire en arcthérapie chez la souris
2. Effet du volume d’irradiation
3. Effet de la dose totale
4. Effet du fractionnement de la dose
5. Modèle d’irradiation stéréotaxique pulmonaire avec tumeur
6. Effet de la dose par fraction sur différentes lignées cellulaires pulmonaires
7. Perspective directe au laboratoire : implication des macrophages dans le développement des lésions pulmonaires radio-induites
Conclusion générale
Annexe

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