POUMON ET HYDRATATION Dr C. CHRÉTIENNOT - Pr G. LENOIR Service de Pédiatrie Générale Hôpital Necker enfants malades 75015 Paris Introduction Rappel Physiologique Clairance muco-ciliaire Les sécrétions bronchiques Hydratation et bronches Conclusion Bibliographie Introduction Pour maintenir son intégrité, le poumon s'est doté d'un système défensif complexe à la fois anatomique, assurant la filtration des particules inhalées, et biologique, permettant la captation et la destruction de ces mêmes particules. Le film mucoïde qui recouvre l'épithélium bronchique est la résultante de l'activité secrétoire des cellules épithéliales et sous-épithéliales, de la circulation sanguine et du transport d'éléments provenant des alvéoles pulmonaires. Ce film mucoïde est constitué de deux phases : une première liquidienne mobilisée par les cils vibratoires, une deuxième le mucus - gel où viennent adhérer les particules piégées. L'efficacité du battement ciliaire est sous la dépendance des propriétés physiques de la sécrétion et se trouve compromise en cas de modification de la viscosité. En cas d'infection ou d'inflammation, les phénomènes sécrétoires locaux sont exacerbés conduisant à une hyperviscosité du mucus et à une atteinte des potentialités défensives du tractus respiratoire. Dans ce cadre, l'amélioration de l'hydratation en diminuant l'hyperviscosité fait partie intégrante de l'arsenal thérapeutique ; toute diminution de la clairance muco-ciliaire altérant les capacités de défense des voies respiratoires et favorisant les infections. Rappel Physiologique L'arbre respiratoire est stérile : les poumons filtrent plus de 10 000 litres d'air ambiant par jour. Cet air contient des polluants gazeux et des particules en suspension (virus, bactéries ou corps étrangers). Ces particules déjà nocives en elles-mêmes peuvent absorber des composés gazeux irritants ou carcinogènes présents dans l'air ambiant et en faciliter le dépôt dans les voies aériennes potentialisant encore les risques toxiques. Le poumon doit constamment neutraliser puis éliminer ces particules afin de maintenir son homéostasie indispensable aux échanges gazeux alvéolaires. Pour cela, il est doté de deux mécanismes de défense adaptés et efficaces : le filtrage des particules et le transport muco-ciliaire. Les voies aériennes supérieures, grâce à leur géométrie angulaire et aux cils de leur muqueuse, vont retenir la majorité de ces particules. La ramification de l'arbre bronchique va également permettre le dépôt des particules sur l'épithélium bronchique par simple sédimentation ou par impaction. Piégées dans le film liquidien qui tapisse les voies aériennes, ces particules sont propulsées par les cils vibratoires de l'épithélium bronchique vers le carrefour aéro-digestif. Là, elles vont être éliminées par déglutition ou expectoration. Ce premier rempart de défense anatomique et aérodynamique est complété par les efforts de toux et plus rarement de broncho-constriction en tant que réflexe de défense. Le résultat est une stérilité de l'arbre bronchique à partir des 3 - 4ème divisions qui est obtenue en deux temps et à deux niveaux différents. La toux élimine des voies aériennes les éléments étrangers et les sécrétions excessives des gros troncs. Le réflexe de broncho-constriction prévient l'entrée de particules inhalées au niveau des alvéoles distales. Seule une très faible proportion de particules va atteindre les alvéoles pulmonaires. L'épithélium cilié s'arrêtant aux bronchioles terminales, les alvéoles ne sont pas directement épurées par la clairance muco-ciliaire. Les macrophages alvéolaires vont d'abord entrer en action et après phagocytose des particules incriminées, vont migrer jusqu'à l'épithélium cilié des bronchioles terminales et être éliminés avec les sécrétions bronchiques et la toux. Clairance muco-ciliaire Le mucus est produit essentiellement par les glandes bronchiques et les cellules muqueuses (1-5). Il forme un film, véritable tapis protecteur de l'épithélium, disposé en deux couches : la première, fluide, profonde, dans laquelle vont battre les cils vibratiles, forme le sol ; la deuxième, plus superficielle, dense, forme le gel dans lequel sont engluées les particules inhalées. La couche périciliaire, ou phase sol, est faite d'un fluide aqueux dont l'épaisseur est légèrement inférieure à la longueur des cils. L'origine de ce liquide est secondaire aux mouvements ioniques transépithéliaux (sécrétion de Cl- et absorption de Na+). L'épaisseur de la couche périciliaire et donc sa composition ionique sont essentielles pour l'efficacité du transport muco-ciliaire. On sait qu'il faut une protéine CFTR fonctionnelle pour que la composition de ce liquide soit normale et puisse jouer son rôle. Une épaisseur exagérée de la couche périciliaire supprime le couplage entre les cils et la couche de mucus sus-jacente. A l'inverse, une quantité insuffisante de liquide périciliaire gène le battement de cils englués dans le mucus. Le mucus, ou phase gel, est discontinu dans les petites voies aériennes et continu dans les grosses voies aériennes. Cette différence est secondaire à la présence de glandes muqueuses et de l'impaction plus importante des particules inhalées qui stimulent la sécrétion de mucus au niveau des grosses bronches. Le mucus possède des propriétés rhéologiques et de surface qui conditionnent son épuration dans les voies aériennes. Une bonne élasticité, une filance élevée (propriété du mucus à former des fils), une faible adhésivité et une bonne mouillabilité (capacité à s'étaler sur la muqueuse) vont être corrélées à l'efficacité du transport muco-ciliaire. Les sécrétions bronchiques Les sécrétions trachéo-bronchiques sont un mélange complexe de sécrétions issues des cellules épithéliales et glandulaires, d'éléments provenant du sang et d'éléments d'origine bronchioalvéolaire (6-8). Les éléments secrétés par la muqueuse trachéo-bronchique regroupent des protéines (mucines), des immunoglobulines sécrétoires, du lysozyme, des inhibiteurs de protéases et des lipides, sans oublier les peptides antimicrobiens naturels dont on a appris récemment que l'activité est inversement proportionnelle à la teneur en ions sodium. Les mucines riches en acide sialique, douées d'une capacité de fixation à de nombreuses molécules, forment des complexes macromoléculaires qui assurent la structure fibrillaire du mucus. Les immunoglobulines et le lysozyme participent à la défense de l'épithélium respiratoire : les premières en s'agglutinant aux micro-organismes et en inhibant leur adhérence et le second en possédant une activité bactériolytique (gram positif) et en augmentant l'activité des immunoglobulines. Les inhibiteurs de protéases protègent la muqueuse contre les enzymes protéolytiques leucocytaires, macrophagiques et bactériens libérés lors de processus infectieux ou inflammatoire. Les éléments d'origine bronchiolo-alvéolaire incluent le surfactant et les macrophages alvéolaires. Le surfactant participe à la structuration du mucus et augmente le pouvoir phagocytaire et bactéricide des macrophages. Ces derniers assurent le nettoyage des alvéoles et présentent les antigènes aux cellules lymphocytaires situées dans la sous-muqueuse bronchique. Cette fraction non aqueuse ne représente que 5 % du volume des secrétions bronchiques. Hydratation et bronches L'eau, liée aux macromolécules ou emprisonnée dans la matrice gel, constitue l'élément essentiel du mucus bronchique. Le degré d'hydratation va influencer les caractéristiques physiques (propriétés d'écoulement) de la sécrétion. Le rôle protecteur de la surface épithéliale par l'humidification et le réchauffement des gaz inhalés est fondamental : cela est vrai en hiver, mais aussi dans toutes les conditions non physiologiques : oxygénothérapie continue par lunette, sonde nasale, voire assistance respiratoire avec intubation trachéale court-circuitant le filtre du nez. La grande proportion d'eau va protéger la muqueuse bronchique contre les grandes variations de température et d'humidité. La quantité d'eau présente dans les sécrétions bronchiques est la résultante de trois phénomènes distincts : la réabsorption, l'évaporation et la sécrétion. La réabsorption d'eau est un mécanisme se déroulant probablement au niveau des microvillosités des cellules intermédiaires et mettant en jeu un canal ionique sodé. Dans le cadre de la mucoviscidose l'on sait que CFTR mutée perturbe le canal sodium et que la réabsorption est exagérée; par contre elle serait inhibée par des substances produites par certains germes comme le pseudomonas aeruginosa lorsqu'il colonise durablement la muqueuse. Le deuxième phénomène responsable de la quantité d'eau présente dans les sécrétions bronchiques est l'évaporation. Elle peut varier en importance selon le degré d'hygrométrie de l'air ambiant. La sécrétion des molécules diverses retrouvées dans le mucus s'ajoute aux deux mécanismes précédents. Cette sécrétion va s'accompagner d'un certain volume d'eau. De plus, il existe une sécrétion active d'eau et de chlorure au niveau du pôle apical des cellules épithéliales et glandulaires. D'une façon générale il existe un cycle nycthéméral des sécrétions bronchiques physiologiques : l'acmé survenant entre 11 h et midi. On explique ainsi les fièvres brutales de fin de matinée en cas d'infection bronchique aiguë ou sinusienne avec obstruction dont témoigne la céphalée accompagnatrice. La crise d'asthme se termine par une phase d'hypersécrétion (13-14). Lors de la mucoviscidose, l'anomalie principale est la déshydratation des sécrétions par perturbation de ce transport ionique transépithélial : la réabsorption de Na+ est augmentée au niveau de la cellule épithéliale entraînant une diminution de la teneur en Na+ du mucus et donc une diminution de son hydratation (15-16). L'essai d'aérosols d'amiloride que nous avons conduit en France dans les années 1990 se basait sur le blocage par cette molécule du transport de Na+. Il fut cependant négatif. Dans le cadre de la mucoviscidose, lors d'épisodes de surinfection, le contenu en lipides augmente, et la production de mucines et de protéines est stimulée par l'augmentation des métabolites de l'acide arachidonique, des prostaglandines et des leucotriènes synthétisés en réponse à l'inflammation et l'infection bronchique. Tous ces phénomènes concourent à l'augmentation de la viscosité du mucus et à l'engluement des cils provoquant une diminution de la clairance muco-ciliaire et favorisant la surinfection bronchique. Le traitement repose alors sur la kinésithérapie et des cures antibiotiques mais également sur une hydratation renforcée pour rétablir une meilleure fluidité du mucus malade. Conclusion Il est important de recommander à ses consultants de bien boire ; une bonne hydratation est le garant d'un mucus de bonne qualité, ainsi que d'un transport muco-ciliaire efficace et protecteur. A fortiori lors d'infections et d'inflammation de l'appareil broncho-pulmonaire, une augmentation de l'hydratation est indispensable et doit faire partie intégrante du traitement : elle permet en effet de diminuer l'hyperviscosité du mucus qui résulte de ces affections. Ainsi au cours de la mucoviscidose, on doit conseiller des apports d'eau, et notamment d'eau salée pour compenser les pertes sudorales. Dans les BPCO, le message est assez identique et les eaux bicarbonatées, apportant un fluidifiant naturel du mucus (le bicarbonate), sont à recommander. On se méfiera bien évidemment des surcharges hydriques en début de pneumonie, en raison de la survenue possible d'un SIHAD (syndrome de sécrétion inappropriée d'hormone anti-diurétique). 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