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Histologie broncho-pulmonaire

Créé le 19/12/1999 Auteur : B. Vergier, A. Taytard (Mis à jour le 15/09/2009)
Révisé le 15/09/2009 H. Bégueret  
     

Plan
   Définitions

   Rappels

   L'arbre bronchique

   Le poumon périphérique

   Plèvre et cavité pleurale

   Conclusion


Définitions

Le poids moyen des poumons est d’environ 850 g chez l’homme, 750 g chez la femme. Ils sont divisés en 3 lobes à droite, deux lobes à gauche, desservis par les bronches lobaires. L’arborisation bronchique proximale définit au sein de ces lobes à droite et à gauche 10 segments broncho-pulmonaires (figures 1 et 2). Les bronchioles vont aboutir aux lobules, correspondants au plus petit compartiment anatomique et fonctionnel du poumon.

Ainsi se distinguent 2 secteurs anatomiques : l’arbre bronchique et le poumon périphérique. 
Ces 2 secteurs sont continus mais diffèrent par  
leur structure histologique, 
leur fonction,
les procédures d'exploration,  
les problèmes pathologiques qu'ils posent.

L’arbre bronchique s’étend de la trachée à la bronchiole ; il a un rôle essentiel dans la conduction et le conditionnement de l’air. Il est exploré par 
technique standard de Scanner (Tomodensitométrie TDM) jusqu’aux bronches sous-segmentaires
voie endoscopique permettant de réaliser des prélèvements cytologiques (brossage, aspiration, empreintes) et histologiques (biopsies). 
Les phénomènes d’agression de l’arbre bronchique sont essentiellement aéroconduits (virus, bactéries, gaz toxiques, particules minérales ou allergènes inhalés).

  

Le poumon périphérique permet les échanges gazeux. Il s'étend de la bronchiole terminale à l'alvéole organisées en lobules. Chaque lobule renferme 3 à 30 acini, plus petite unité fonctionnelle du poumon où se réalisent les échanges gazeux. Dans le poumon périphérique, l'unité fonctionnelle de base est le lobule pulmonaire primaire ou acinus pulmonaire. 
Les phénomènes d’agression du poumon périphérique peuvent être aéroconduits ou véhiculés par voie systémique (cellules immunocompétentes, complexes immuns, cytokines ou molécules toxiques). 
Les prélèvements anatomopathologiques qui permettent d’étudier ce secteur sont cytologiques (lavage bronchiolo-alvéolaire) et/ou histologiques (biopsie transbronchique, biopsie trans-thoracique sous TDM, prélèvement chirurgical). 


Rappels

Un épithélium est un ensemble de cellules juxtaposées.

On distingue :
les épithéliums de revêtement qui recouvrent les principales cavités de l'organisme ainsi que la surface du corps (cet épithélium s'appelle alors épiderme).
les épithéliums glandulaires dont les cellules élaborent un produit de sécrétion : par exemple du mucus.

Ainsi, un cancer développé à partir d’un épithélium qui ressemble à celui de l’épiderme s’appelle un carcinome épidermoïde. Un cancer développé à partir d’un épithélium de type glandulaire s’appelle un adénocarcinome.

Le chorion est la couche (souvent située immédiatement sous l'épithélium) composée d'un tissu conjonctif dans lequel circulent vaisseaux et nerfs. Le tissu conjonctif est fait d'une substance fondamentale (eau et glycoaminoglycannes) et de fibres (collagène, élastiques etc…).

On parle de muqueuse pour désigner la couche qui est composée de l'épithélium et du chorion.

Souvent les "tubes" (digestif, bronches etc…) sont revêtus de différentes couches.

En partant de la lumière, ces couches se nomment :
- muqueuse
- sous-muqueuse
- musculeuse correspondant au muscle
- adventice.

Une des particularités des bronches est d'avoir en plus une couche de cartilage.


L'arbre bronchique

Les bronches souches se forment embryologiquement entre le 26ième jour et la 6ième semaine de grossesse (phase embryonique) ; secondairement l’arborisation bronchique se développe jusqu’aux bronchioles entre la 6ième semaine et la 16ième semaine de grossesse (phase pseudoglandulaire).
La structure de l’arbre bronchique est étroitement adaptée à sa fonction : conduction et conditionnement de l’air.

Conduction de l’air

Les voies aériennes se divisent de façon dichotomique : chaque bronche mère donne 2 bronches filles. Il y a 23 générations de voies aériennes dont les 16 premières sont "conductrices". Ainsi à la trachée succèdent 2 bronches souches, 5 lobaires, 20 segmentaires et environ 3000 bronchioles lobulaires (figure 3).

La structure histologique de la paroi des voies aériennes est très bien adaptée à la conduction car elle permet d’associer rigidité, flexibilité et extensibilité. Elle est formée de différentes couches dont la composition et la répartition varient de la trachée à la bronchiole afin de s’adapter au mieux au diamètre des voies aériennes et à leur fonction (figures 4, 5a).

La muqueuse tapisse la lumière bronchique. Elle est composée d’un épithélium pseudostratifié de type respiratoire reposant sur une membrane basale et d’un chorion conjonctif (lamina propria) constitué de fibres collagènes et élastiques, contenant des vaisseaux capillaires sanguins et lymphatiques. Les fibres élastiques permettent une certaine flexibilité et un retour à la normale après dilatation des bronches. Ce chorion peut également classiquement renfermer un tissu lymphoïde appelé MALT (Tissu Lymphoïde Associé aux Muqueuses) ; il se compose de lymphocytes dispersés ou regroupés en follicules lymphoïdes primaires ou secondaires (figure 5b).

Entre le chorion et le cartilage s’insère une tunique musculaire lisse. Au niveau de la trachée et des bronches souches la tunique musculaire lisse tapisse essentiellement la face postérieure dépourvue de cartilage. Dans les bronches de plus petit calibre elle se positionne entre la muqueuse et le cartilage sous forme d’une structure spiralée comparable à deux lacets s’enroulant autour d’un bâton, l’un dans le sens horaire l’autre dans le sens anti-horaire. Ces deux spirales inversées peuvent ainsi entraîner une constriction et un raccourcissement de la bronche lors de la contraction musculaire (figure 6). La contraction musculaire permet de réguler le flux aérien lors de l’inspiration et de l’expiration. Ainsi ce muscle lisse intervient dans la résistance des voies aériennes à l’écoulement de l’air et la bronchomotricité.

Entre le musculeuse et le cartilage se retrouvent des trajets nerveux, vasculaires et lymphatiques et des glandes séromuqueuses s’ouvrant dans la lumière bronchique.

La couche cartilagineuse est variable de la trachée à la bronchiole. Elle assure la rigidité de l’arbre bronchique et évite l’occlusion complète des lumières bronchiques. La trachée est maintenue par une armature de 16 à 20 anneaux cartilagineux en forme de fer à cheval réunis à la partie postérieure par un tissu fibro-musculaire (figure 7). Les bronches extra-pulmonaires sont encerclées par un anneau cartilagineux. Les bronches intra-pulmonaires acquièrent une armature cartilagineuse en plaques irrégulières réparties sur toute la circonférence. La quantité de plaques diminue au fur et à mesure de la diminution du diamètre bronchique et disparaît au niveau des bronchioles (dont le diamètre est ≤ 2 mm).

Enfin l’adventice (la couche la plus externe) est constituée d’un tissu conjonctivo-adipeux lâche contenant vaisseaux et nerfs.

Conditionnement de l’air

Ce conditionnement est principalement sous la responsabilité de l’épithélium bronchique et des glandes séro-muqueuses. Là encore la structure de l’épithélium varie en fonction du diamètre des voies aériennes. Au niveau des bronches l’épithélium respiratoire est pseudo-stratifié : toutes les cellules sont rattachées à la membrane basale. Cette pseudo-stratification disparaît au niveau des bronchioles. L’épithélium est alors unistratifié : cylindrique puis cubique.

L’épithélium respiratoire est composé de 4 types de cellules (figure 8) :

Les cellules ciliées sont les plus abondantes. Ces cellules ciliées jouent un rôle fondamental dans l’épuration pulmonaire en assurant la clairance muco-ciliaire. Les cils (200-300/cellule) se situent au pôle apical, mesurent (5-7 mm de long, 0.25mm de diamètre), et battent à une fréquence régulière de 10 à 20 battements par seconde. Le cytosquelette du cil est l’axonème (figure 9), support du mouvement ciliaire. Entre les cils existent quelques microvillosités.

Les cellules caliciformes (1 pour environ 5 cellules ciliées) ont un noyau refoulé vers la base par des vacuoles supranucléaires contenant du mucigène qui participe, avec les secrétions des glandes séro-muqueuses à la formation du mucus (10 à 20 ml/j). Celui-ci permet d’emprisonner les impuretés de l’air inspiré et d’absorber certains gaz (SO2, ozone…) et possède des propriétés rhéologiques et anti-bactériennes. Il se compose à 95 % d’eau et d’électrolytes, 2 % de mucines, 1 % de protéines, 1 % de lipides, 1 % de sels inorganiques. Les cellules ciliées persistent dans les bronches de petit calibre au delà des cellules caliciformes. Le nombre de cellules caliciformes augmente avec celui des impuretés dans l’air inspiré. Le nouveau-né en est dépourvu. A l’opposé, il existe une hyperplasie des cellules caliciformes chez les fumeurs.

Les cellules basales sont des petites cellules situées dans la partie profonde de l’épithélium contre la membrane basale. Elles sont très importantes dans le renouvellement cellulaire (cellule de réserve) car elles sont capables de remplacer n’importe quel autre type de cellule bronchique.

Les cellules neuroendocrines sont minoritaires (3 à 5 % des cellules épithéliales, visibles en microscopie électronique ou sur coupe histologique après un immunomarquage à l’aide de marqueurs neuro-endocrines (comme la chromogranine A ou la Synaptophysine, la sérotonine) (figure 10). Elles appartiennent au système APUD ou neuroendocrinien diffus. Ces cellules se groupent pour former des corps neuro-épithéliaux : chémorécepteurs capables de détecter les variations de teneur en O2 ou CO2 de l’air.

Le rôle des glandes séro-muqueuses est lui aussi important dans le conditionnement de l’air. Celui du mucus est décrit ci-dessus. La sécrétion des glandes séreuses humidifie l’air préalablement purifié par le mucus et les cils et possède des propriétés anti-bactériennes (figure 11). Ces glandes disparaissent à l’étage bronchiolaire.

Exploration anatomo-pathologique de l’arbre bronchique 

Les prélèvements réalisés par endoscopie bronchique sont cytologiques et histologiques (biopsies tissulaires). La place de la cytologie est réservée aux lésions tumorales permettant parfois de mieux apprécier les caractéristiques cyto-nucléaires des cellules. Les biopsies apportent beaucoup plus d’informations aussi bien dans le domaine de la pathologie tumorale que non tumorale.
Elles permettent d’apprécier l’architecture de la paroi bronchique, de la muqueuse à la sous-muqueuse, afin de pouvoir observer d’éventuelles modifications pathologiques telles que des signes de remodelage (asthme/BPCO),  une réaction inflammatoire spécifique, un processus tumoral… ; parfois du cartilage est visible. 


Le poumon périphérique

 

Le parenchyme pulmonaire représente 85 % du volume pulmonaire total (87 % d'air ; 13 % de tissu chez l'adulte)

Le poumon périphérique est un secteur anatomique situé au confluent des zones de conduction de l’air et d’échanges gazeux. Il comprend différentes zones continues :

une zone de conduction : la bronchiole terminale

une zone de transition : la bronchiole respiratoire

une zone d’échanges gazeux : l’alvéole

La bronchiole terminale définit la région centrale du lobule pulmonaire secondaire (lobule de Miller) (figure 12a, 12b).
Le territoire desservi par une bronchiole respiratoire est considéré comme une unité fonctionnelle de tissu pulmonaire appelée acinus pulmonaire ou " lobule pulmonaire primaire ".

Zone de conduction : la bronchiole terminale (figure 13)

Les bronchioles sont les ramifications les plus fines de l’arbre bronchiques de diamètre inférieur à 1 mm. Elles n’ont ni cartilage ni glandes séro-muqueuses. Elles sont revêtues d’un épithélium cylindrique simple fait de cellules ciliées qui sont progressivement associées au niveau des bronchioles terminales à des cellules de "Clara". Les cellules de Clara sont des cellules pyramidales dont le pôle apical est garni de microvillosités. Dans la partie apicale de leur cytoplasme existent des grains de sécrétion expulsés par exocytose. Ce produit de sécrétion est composé d’antiprotéases et d’oyxydases. Le chorion est riche en fibres élastiques. Le muscle devient discontinu mais toujours actif : il se contracte en fin d’expiration et se relâche à l’inspiration. En cas de crise d’asthme la contraction se prolonge et l’inspiration devient difficile. A noter la présence inconstante tout au long des bronchioles suivant les trajets lymphatiques d’un tissu lymphoïde (appartenant au MALT (Tissu Lymphoïde Associé aux Muqueuses). Celui ci peut devenir hyperplasique au cours de tout type d’agression bronchiolaire. La présence de follicules lymphoïdes est alors responsable d’une lésion appelée "bronchiolite folliculaire".

Zone de transition : la bronchiole respiratoire (figure 13)

Cette zone est extrêmement vulnérable car elle est située entre les voies de conduction et d’échanges gazeux. Ainsi des lésions atteignant la bronchiole respiratoire sont fréquentes chez les fumeurs. Il existe 3 générations de bronchioles respiratoires. Leur structure histologique est identique à celle de la bronchiole terminale à ceci près que plus elles sont périphériques plus leur paroi est interrompue par la présence d’alvéoles. Leur chorion contient des cellules musculaires dispersées.

Zone d’échanges gazeux : l’acinus pulmonaire (ou lobule pulmonaire primaire) et la barrière alvéolo-capillaire

Au fur et à mesure le nombre d’alvéoles s’ouvrant dans la bronchiole respiratoire est tellement important qu’il n'y a plus réellement d’épithélium bronchiolaire :  on parle alors de canal alvéolaire (canal de Lambert). Un acinus (ou lobule pulmonaire primaire) est constitué d’une bronchiole respiratoire donnant naissance à 3 à 6 canaux alvéolaires. Chaque canal alvéolaire lui même se divise 2 à 3 fois. Chaque canal alvéolaire final s’ouvre au niveau de l’atrium sur 2 ou 3 sacs alvéolaires. A ce niveau le muscle disparaît, l’armature est uniquement faites de fibres collagènes et élastiques. Les fibres élastiques permettent aux alvéoles de s’élargir lors de l’inspiration. Les alvéoles se contractent ensuite "passivement" lors de l’expiration. Les fibres collagène évitent une trop grande distension des murs alvéolaires et donc leur rupture.  

Les alvéoles sont des "sacs" de 200µm de diamètre. Leur structure histologique est adaptée à leur fonction essentielle : l’échange oxygène/gaz carbonique. 
La surface d’échange de l’ensemble des 300 millions d’alvéoles représente à peu près 140 m2 ;
12000 L d'air filtrés face à 6000 L de sang perfusés par jour.
Dans chaque alvéole on distingue la lumière alvéolaire bordée par un épithélium alvéolaire et le "mur" ou cloison inter alvéolaire (interstitium) où circule un réseau capillaire abondant. Les alvéoles communiquent entre elles par les pores de Kohn (développés dès la naissance).

L’épithélium alvéolaire se compose de 2 types de cellules (figure 14a) :

les pneumocytes de type I recouvrent 97% de la paroi alvéolaire. Ils sont aplatis. Leur rôle principal est d’être imperméable aux liquides et mais perméable aux gaz.

les pneumocytes de type II sont des cellules plus volumineuses cubo-cylindriques dont le cytoplasme peut être microvacuolisé. 
Elles produisent et secrètent le surfactant. Cette substance est composée de protéines à propriétés tensio-actives et de phospholipides. Il recouvre la surface alvéolaire et diminue la tension de surface. Ainsi la force d’inspiration nécessaire pour dilater l’alvéole est moins grande. De plus en l’absence de surfactant l’alvéole a tendance à se collaber. Chez l’enfant prématuré une insuffisance de surfactant peut-être responsable de la maladie des membranes hyalines. Le surfactant a aussi un rôle antibactérien.
Elles ont des capacités de présentation antigénique et de sécrétion de cytokines et donc rôle important dans les processus inflammatoires pulmonaires.
Les pneumocytes co-expriment la cytokératine 7 et l’antigène TTF-1. TTF-1 (thyroid transcription factor) est un des gènes de régulation du développement pulmonaire, marqueur de l’unité terminale respiratoire. C’est ainsi qu’il se retrouve exprimé par l’épithélium des bronchioles respiratoires et des alvéoles (figure 15).

A l’état normal les principaux éléments cellulaires retrouvés dans la lumière alvéolaire sont les macrophages qui se déplacent sur la paroi alvéolaire, immergés dans le surfactant.

La cloison alvéolaire de 0,1 à 0,5 µm d’épaisseur, est formée par différentes couches ; de l'air vers le sang :

le surfactant (phospholipides et protéines)

un film aqueux de quelques microns
les pneumocytes 1 et 2
l'interstitium pulmonaire :  présence d’une fine trame de collagène III (réticuline) (figure 14b) et de fibres élastiques; présence de quelques monocytes, et de rares fibroblastes situés au niveau des zones d’intersection des cloisons alvéolaires

la membrane basale résultant de la fusion de la membrane basale des pneumocytes d’un côté et des cellules endothéliales de l’autre

les cellules endothéliales tapissent la paroi des capillaires ; elles ont une fonction métabolique importante (angiotensine, prostaglandine, bradykinine, sérotonine).  

    
La barrière alvéolo-capillaire est formée par le pneumocyte 1, la membrane basale et la cellule endothéliale. Cette barrière est perméable aux gaz ainsi l’oxygène qui est amené dans la lumière alvéolaire lors de l’inspiration passe à travers la barrière dans la circulation capillaire et sera transporté dans tout l’organisme par la circulation vasculaire. A l’inverse, le gaz carbonique, ramené aux poumons par la circulation capillaire, passe à travers la barrière alvéolo-capillaire et est éliminé lors de l’expiration. 
En cas d’agression le poumon périphérique réagit dans un premier temps le plus souvent par une atteinte des pneumocytes (desquamation, dystrophies, hyperplasie, inclusions virales, …), cette agression épithéliale induisant souvent un élargissement des cloisons alvéolaires par un œdème puis un afflux d’éléments inflammatoires (polynucléaires, lymphocytes…). Ces lésions peuvent avoir secondairement une évolution fibrosante : les murs alvéolaires sont alors siège d’une hyperplasie des fibroblastes responsable de la fibrose collagène, des myofibroblastes puis de fibres musculaires lisses.

Exploration anatomo-pathologique du poumon périphérique

Le lavage broncho-alvéolaire >est l’examen le moins invasif pour étudier le poumon périphérique. Il consiste à injecter, par voie endoscopique, du sérum physiologique qui va tapisser les alvéoles. Le liquide récupéré contiendra alors la population cellulaire des lumières alvéolaires, les éventuels micro-organismes pathogènes et dans certains cas le matériel non cellulaire présent dans les alvéoles. Les modifications quantitatives et qualitatives de ce liquide témoignent des différents types d’agression ; elles peuvent permettrent de classer l’alvéolite et ainsi orienter vers un diagnostic de pneumopathie interstitielle (lymphocytose CD4+ dans la sarcoïdose, lymphocytose CD8+ dans les pneumopathies d’hypersensibilité…).
Le poumon périphérique est aussi exploré histologiquement soit par biopsie distale transbronchique ou trans-thoracique, soit par prélèvement chirurgical.


Plèvre et cavité pleurale

 

La plèvre est la partie qui limite en périphérie le poumon (figure 16). 
Elle comprend 2 feuillets :

un feuillet interne qui recouvre le poumon : la plèvre viscérale

un feuillet externe qui est appliqué contre la paroi thoracique : la plèvre pariétale.

Chaque feuillet est revêtu d’un épithélium unistratifié fait de cellules mésothéliales qui 
expriment les pancytokératines, les cytokératines 5/6, et la calrétinine
phagocytent les fibres de crysotile, mais aussi les particules de quartz, latex, les bactéries et mycobactéries. 
Pour cette raison les tumeurs malignes primitives de la plèvre, les mésothéliomes, sont fréquents chez les sujets ayant été exposés l’amiante.
Ces cellules mésothéliales recouvrent une double couche fibro-élastique encadrant un tissu conjonctif. Dans ce dernier circulent de nombreux lymphatiques, des capillaires et des filets nerveux (figure 17). 

Les 2 feuillets délimitent une cavité virtuelle : la cavité pleurale qui contient à l’état normal 
peu de liquide (0,5 à 1mL de liquide pleural avec 1-2g de protides par 100mL) qui a un rôle lubrifiant
1500 à 4500cellules (mononucléaires)/100mL 
De nombreuses conditions pathologiques sont responsable d’un afflux de liquide par exsudation dans la cavité pleurale, responsable d’un épanchement pleural.

Réf
Anthony VB. Immunological mechanisms in pleural disease. Eur respir J 2003;21:539-44

Conclusion

  

Le rôle du médecin anatomopathologiste en pathologie pulmonaire se répartie en 2 domaines différents de la pathologie :

d’une part la pathologie tumorale (bénigne ou maligne)

d’autre part la pathologie non tumorale : infections, pneumopathies interstitielles …

En pathologie tumorale, le pathologiste a pour mission d’établir le diagnostic de tumeur bénigne ou maligne, de préciser son type histologique, et sur pièce opératoire de préciser le bilan d’extension loco-régional (ganglions lymphatiques, atteinte pleurale etc…) et signaler des critères histo-pronostics.
En pathologie non tumorale, le rôle du pathologiste sera, en fonction du type de matériel transmis, d’orienter ou de faire un diagnostic de pneumopathie interstitielle (par exemple confirmer le diagnostic de sarcoïdose) et de préciser son degré de gravité.

Au total un diagnostic anatomo et cytopathologique ne peut se faire que sur des prélèvements histologiques et cytologiques techniquement de bonne qualité. Il n’a de valeur que s’il est intégré dans le contexte clinique ce qui nécessite une bonne échange d’informations entre pneumologue, radiologue et pathologiste.


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