17.1 : Défenses physiques

Objectifs d'apprentissage

• Décrire les différentes barrières physiques et défenses mécaniques qui protègent le corps humain contre les infections et les maladies
• Décrire le rôle du microbiote comme moyen de défense de première ligne contre les infections et les maladies

Orientation clinique : 1ère partie

Angela, une patiente de 25 ans aux urgences, a de la difficulté à communiquer verbalement à cause de son essoufflement. Une infirmière observe une constriction et un gonflement des voies respiratoires ainsi qu'une respiration difficile. L'infirmière demande à Angela si elle a des antécédents d'asthme ou d'allergies. Angela secoue la tête, non, mais elle a de la peur dans les yeux. Elle explique avec difficulté que son père est décédé subitement à 27 ans, alors qu'elle n'était qu'une petite fille, d'une crise respiratoire similaire. La cause sous-jacente n'avait jamais été identifiée.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

1. Quelles sont les causes possibles de constriction et de gonflement des voies respiratoires ?
2. Quelles sont les causes du gonflement des tissus corporels en général ?

L'immunité innée non spécifique peut être caractérisée comme un système de défense à multiples facettes qui cible les agents pathogènes envahissants de manière non spécifique. Dans ce chapitre, nous avons divisé les nombreuses défenses qui composent ce système en trois catégories : les défenses physiques, les défenses chimiques et les défenses cellulaires. Cependant, il est important de garder à l'esprit que ces défenses ne fonctionnent pas de manière indépendante et que les catégories se chevauchent souvent. Le tableau\(\PageIndex{1}\) fournit une vue d'ensemble des défenses non spécifiques abordées dans ce chapitre.

Tableau\(\PageIndex{1}\) : Aperçu des défenses immunitaires innées non spécifiques

Vue d'ensemble des défenses immunitaires innées non spécifiques
Défenses physiques	Barrières physiques
	Défenses mécaniques
	Microbiome
Défenses chimiques	Substances chimiques et enzymes présentes dans les fluides corporels
	Peptides antimicrobiens
	Médiateurs des protéines plasmatiques
	Cytokines
	Médiateurs déclenchant l'inflammation
Défenses cellulaires	Granulocytes
	Agranulocytes

Les défenses physiques constituent la forme de défense non spécifique la plus élémentaire de l'organisme. Ils comprennent des barrières physiques contre les microbes, tels que la peau et les muqueuses, ainsi que des défenses mécaniques qui éliminent physiquement les microbes et les débris des zones du corps où ils peuvent causer des dommages ou des infections. De plus, le microbiome fournit une certaine protection physique contre les maladies, car les microbes du microbiote normal entrent en compétition avec les agents pathogènes pour les nutriments et les sites de fixation cellulaire nécessaires à l'infection.

Barrières physiques

Les barrières physiques jouent un rôle important en empêchant les microbes d'atteindre les tissus susceptibles d'être infectés. Au niveau cellulaire, les barrières sont constituées de cellules étroitement liées pour empêcher les envahisseurs de traverser les tissus plus profonds. Par exemple, les cellules endothéliales qui tapissent les vaisseaux sanguins ont des jonctions intercellulaires très étroites, empêchant ainsi les microbes d'accéder à la circulation sanguine. Les jonctions cellulaires sont généralement composées de protéines de la membrane cellulaire qui peuvent se connecter à la matrice extracellulaire ou à des protéines complémentaires provenant de cellules voisines. Les tissus de différentes parties du corps présentent différents types de jonctions cellulaires. Il s'agit notamment des jonctions serrées, des desmosomes et des jonctions lacunaires, comme illustré dans la Figure\(\PageIndex{1}\). Les microorganismes envahisseurs peuvent tenter de décomposer ces substances chimiquement en utilisant des enzymes telles que les protéases qui peuvent endommager la structure afin de créer un point d'entrée pour les agents pathogènes.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Il existe plusieurs types de jonctions cellulaires dans les tissus humains, dont trois sont illustrés ici. Des jonctions serrées relient deux cellules adjacentes, empêchant ou limitant l'échange de matière à travers les espaces qui les séparent. Les desmosomes contiennent des fibres intermédiaires qui agissent comme des lacets, liant deux cellules entre elles, permettant ainsi à de petits matériaux de passer à travers les espaces qui en résultent. Les jonctions lacunaires sont des canaux entre deux cellules qui permettent leur communication via des signaux. (crédit : modification de l'œuvre de Mariana Ruiz Villareal)

La barrière cutanée

L'une des barrières physiques les plus importantes du corps est la barrière cutanée, composée de trois couches de cellules étroitement regroupées. La fine couche supérieure s'appelle l'épiderme. Une deuxième couche plus épaisse, appelée derme, contient des follicules pileux, des glandes sudoripares, des nerfs et des vaisseaux sanguins. Une couche de tissu adipeux appelée hypoderme se trouve sous le derme et contient des vaisseaux sanguins et lymphatiques (Figure\(\PageIndex{2}\)).

Figure\(\PageIndex{2}\) : La peau humaine comporte trois couches, l'épiderme, le derme et l'hypoderme, qui forment une barrière épaisse entre les microbes situés à l'extérieur du corps et les tissus plus profonds. Les cellules mortes de la peau à la surface de l'épiderme sont continuellement éliminées, emportant avec elles les microbes présents à la surface de la peau. (source : modification des travaux des National Institutes of Health)

La couche supérieure de la peau, l'épiderme, est constituée de cellules remplies de kératine. Ces cellules mortes restent sous la forme d'une couche dense et étroitement liée d'enveloppes cellulaires remplies de protéines à la surface de la peau. La kératine rend la surface de la peau mécaniquement robuste et résistante à la dégradation par les enzymes bactériennes. Les acides gras présents à la surface de la peau créent un environnement sec, salé et acide qui inhibe la croissance de certains microbes et est très résistant à la dégradation par les enzymes bactériennes. De plus, les cellules mortes de l'épiderme sont fréquemment éliminées, de même que les microbes qui peuvent s'y accrocher. Les cellules de la peau éliminées sont continuellement remplacées par de nouvelles cellules provenant du bas, constituant ainsi une nouvelle barrière qui sera bientôt éliminée de la même manière.

Des infections peuvent survenir lorsque la barrière cutanée est compromise ou brisée. Une plaie peut servir de point d'entrée à des agents pathogènes opportunistes, qui peuvent infecter les tissus cutanés entourant la plaie et éventuellement se propager à des tissus plus profonds.

Chaque rose a son épine

Mike, un jardinier du sud de la Californie, a récemment remarqué une petite bosse rouge sur son avant-bras gauche. Au début, il n'y a pas beaucoup pensé, mais elle s'est rapidement agrandie puis s'est ulcérée (ouverte), devenant une lésion douloureuse qui s'étendait sur une grande partie de son avant-bras (Figure\(\PageIndex{3}\)). Il s'est rendu dans un établissement de soins d'urgence, où un médecin lui a posé des questions sur sa profession. Lorsqu'il a dit qu'il était paysagiste, le médecin a immédiatement soupçonné un cas de sporotrichose, un type d'infection fongique connue sous le nom de maladie des rosiers, car elle touche souvent les paysagistes et les amateurs de jardinage.

Dans la plupart des cas, les champignons ne peuvent pas provoquer d'infections cutanées chez les individus sains. Les champignons produisent des filaments appelés hyphes, qui ne sont pas particulièrement invasifs et peuvent être facilement tenus à distance par les barrières physiques de la peau et des muqueuses. Cependant, de petites blessures cutanées, comme celles causées par des épines, peuvent ouvrir la voie à des agents pathogènes opportunistes tels que Sporothrix schenkii, un champignon vivant dans le sol et responsable de la maladie des rosiers. Une fois qu'elle franchit la barrière cutanée, S. schenkii peut infecter la peau et les tissus sous-jacents, produisant des lésions ulcérées comme celle de Mike. D'autres agents pathogènes peuvent pénétrer dans les tissus infectés et provoquer des infections bactériennes secondaires.

Heureusement, la maladie du rosier peut être traitée. Le médecin de Mike lui a prescrit des médicaments antifongiques ainsi qu'une cure d'antibiotiques pour combattre les infections bactériennes secondaires. Ses lésions se sont finalement guéries et Mike est retourné au travail avec une nouvelle appréciation pour les gants et les vêtements de protection.

Figure\(\PageIndex{3}\) : La maladie des rosiers peut survenir lorsque le champignon Sporothrix schenkii pénètre la peau par de petites incisions, comme celles qui peuvent être infligées par des épines. (crédit gauche : modification du travail par Elisa Self ; crédit à droite : modification du travail par les Centers for Disease Control and Prevention)

Membranes muqueuses

Les muqueuses qui tapissent le nez, la bouche, les poumons, les voies urinaires et digestives constituent une autre barrière non spécifique contre les agents pathogènes potentiels. Les muqueuses sont constituées d'une couche de cellules épithéliales liées par des jonctions serrées. Les cellules épithéliales sécrètent une substance humide et collante appelée mucus, qui recouvre et protège les couches cellulaires les plus fragiles qui se trouvent en dessous et emprisonne les débris et les particules, y compris les microbes. Les sécrétions de mucus contiennent également des peptides antimicrobiens.

Dans de nombreuses régions du corps, des actions mécaniques servent à éliminer le mucus (ainsi que les microbes piégés ou morts) du corps ou des sites potentiels d'infection. Par exemple, dans le système respiratoire, l'inhalation peut introduire des microbes, de la poussière, des spores de moisissures et d'autres petits débris en suspension dans l'air dans l'organisme. Ces débris sont piégés dans le mucus qui tapisse les voies respiratoires, une couche connue sous le nom de couverture mucociliaire. Les cellules épithéliales qui tapissent les parties supérieures des voies respiratoires sont appelées cellules épithéliales ciliées parce qu'elles possèdent des appendices ressemblant à des cheveux appelés cils. Le mouvement des cils pousse le mucus chargé de débris vers l'extérieur et l'éloigne des poumons. Le mucus expulsé est ensuite avalé et détruit dans l'estomac, ou on tousse ou on éternue (Figure\(\PageIndex{4}\)). Ce système d'ablation est souvent appelé escalator mucociliaire.

Figure\(\PageIndex{4}\) : Cette micrographie électronique à balayage montre des cellules épithéliales ciliées et non ciliées de la trachée humaine. L'escalator mucociliaire éloigne le mucus des poumons, ainsi que les débris ou les microorganismes qui peuvent être piégés dans le mucus collant, et le mucus remonte jusqu'à l'œsophage où il peut être éliminé par déglutition.

L'escalator mucociliaire est une barrière tellement efficace contre les microbes que les poumons, la partie la plus basse (et la plus sensible) des voies respiratoires, ont longtemps été considérés comme un environnement stérile chez les personnes en bonne santé. Ce n'est que récemment que des recherches ont suggéré que des poumons sains peuvent contenir un petit microbiote normal. La perturbation de l'escalator mucociliaire par les effets néfastes du tabagisme ou par des maladies telles que la mucoviscidose peut entraîner une colonisation accrue des bactéries dans les voies respiratoires inférieures et des infections fréquentes, ce qui met en évidence l'importance de cette barrière physique pour les défenses de l'hôte.

Comme les voies respiratoires, le tube digestif est une porte d'entrée par laquelle les microbes pénètrent dans l'organisme, et les muqueuses qui tapissent le tube digestif constituent une barrière physique non spécifique contre les microbes ingérés. Le tractus intestinal est tapissé de cellules épithéliales entrecoupées de cellules caliciformes sécrétant du mucus (Figure\(\PageIndex{5}\)). Ce mucus se mélange à la matière provenant de l'estomac et retient les microbes et les débris d'origine alimentaire. L'action mécanique du péristaltisme, une série de contractions musculaires du tube digestif, fait circuler le mucus et d'autres matières dans les intestins, le rectum et l'anus, les excrétant dans les matières fécales.

Figure\(\PageIndex{5}\) : Les cellules caliciformes produisent et sécrètent du mucus. Les flèches de cette micrographie pointent vers les cellules caliciformes sécrétant du mucus (grossissement de 1600°) dans l'épithélium intestinal. (micrographie de crédit : micrographie fournie par les régents de la faculté de médecine de l'Université du Michigan © 2012)

Endothélie

Les cellules épithéliales qui tapissent le tractus urogénital, les vaisseaux sanguins, les vaisseaux lymphatiques et certains autres tissus sont appelées endothélies. Ces cellules serrées constituent une barrière de première ligne particulièrement efficace contre les envahisseurs. L'endothélie de la barrière hémato-encéphalique, par exemple, protège le système nerveux central (SNC), qui comprend le cerveau et la moelle épinière. Le SNC est l'une des zones les plus sensibles et les plus importantes du corps, car une infection microbienne du SNC peut rapidement entraîner une inflammation grave et souvent fatale. Les jonctions cellulaires des vaisseaux sanguins qui traversent le SNC sont parmi les plus étroites et les plus résistantes de l'organisme, empêchant ainsi tout microbe transitoire présent dans le sang de pénétrer dans le SNC. Cela permet de maintenir stérile le liquide céphalorachidien qui entoure et baigne le cerveau et la moelle épinière dans des conditions normales.

Exercice\(\PageIndex{2}\)

1. Décrivez le fonctionnement de l'escalator mucociliaire.
2. Citez deux endroits où vous pourriez trouver de l'endothélie.

Défenses mécaniques

Outre les barrières physiques qui empêchent les microbes d'entrer, le corps possède un certain nombre de défenses mécaniques qui éliminent physiquement les agents pathogènes du corps, les empêchant ainsi de s'installer. Nous avons déjà discuté de plusieurs exemples de défenses mécaniques, notamment l'élimination des cellules de la peau, l'expulsion du mucus par l'escalateur mucociliaire et l'excrétion des matières fécales par le péristaltisme intestinal. D'autres exemples importants de défenses mécaniques incluent l'action de rinçage de l'urine et des larmes, qui servent toutes deux à éloigner les microbes de l'organisme. L'action de rinçage de l'urine est en grande partie responsable de l'environnement normalement stérile des voies urinaires, qui comprend les reins, les uretères et la vessie. L'urine qui sort du corps élimine les microorganismes transitoires, les empêchant de s'installer. Les yeux sont également dotés de barrières physiques et de mécanismes mécaniques pour prévenir les infections. Les cils et les paupières empêchent la poussière et les microorganismes en suspension dans l'air d'atteindre la surface de l'œil. Tous les microbes ou débris qui franchissent ces barrières physiques peuvent être évacués par l'action mécanique du clignement des yeux, qui baigne l'œil de larmes et élimine les débris (Figure\(\PageIndex{6}\)).

Figure\(\PageIndex{6}\) : Les larmes éloignent les microbes de la surface de l'œil. L'urine élimine les microbes des voies urinaires lorsqu'elle les traverse ; par conséquent, le système urinaire est normalement stérile.

Exercice\(\PageIndex{3}\)

Nommez deux défenses mécaniques qui protègent les yeux.

Microbiome

Dans diverses régions du corps, le microbiote résident constitue une importante défense de première ligne contre les agents pathogènes envahissants. En occupant les sites de liaison cellulaire et en se disputant les nutriments disponibles, les microbiotes résidents empêchent les premières étapes critiques de la fixation et de la prolifération des agents pathogènes nécessaires à l'établissement d'une infection. Par exemple, dans le vagin, les membres du microbiote résident entrent en compétition avec des agents pathogènes opportunistes tels que la levure Candida. Cette compétition prévient les infections en limitant la disponibilité des nutriments, inhibant ainsi la croissance du Candida et contrôlant ainsi sa population. Des compétitions similaires se produisent entre le microbiote et les agents pathogènes potentiels présents sur la peau, dans les voies respiratoires supérieures et dans le tractus gastro-intestinal. Comme nous le verrons plus loin dans ce chapitre, le microbiote résident contribue également aux défenses chimiques des défenses non spécifiques innées de l'hôte.

L'importance du microbiote normal pour les défenses de l'hôte est mise en évidence par la sensibilité accrue aux maladies infectieuses lorsque le microbiote est perturbé ou éliminé. Le traitement aux antibiotiques peut épuiser de manière significative le microbiote normal du tractus gastro-intestinal, ce qui permet aux bactéries pathogènes de coloniser et de provoquer des infections diarrhéiques. Dans le cas de diarrhée causée par Clostridium difficile, l'infection peut être grave et potentiellement mortelle. L'une des stratégies de traitement des infections à C. difficile est la transplantation fécale, qui implique le transfert de matières fécales d'un donneur (dépistage d'agents pathogènes potentiels) dans les intestins du patient receveur afin de rétablir le microbiote normal et de combattre C. difficile. infections.

Le tableau\(\PageIndex{2}\) fournit un résumé des défenses physiques abordées dans cette section.

Tableau\(\PageIndex{2}\) : Défenses physiques de l'immunité innée non spécifique

Défense	Exemples	Fonction
Barrières cellulaires	Peau, muqueuses, cellules endothéliales	Refuser l'entrée aux agents pathogènes
Défenses mécaniques	Excrétion de cellules de la peau, balayage mucociliaire, péristaltisme, rougeur des urines et des larmes	Éliminer les agents pathogènes des sites d'infection potentiels
Microbiome	Bactéries résidentes de la peau, des voies respiratoires supérieures, du tractus gastro-intestinal et des voies génito-urinaires	Faites concurrence aux agents pathogènes pour les sites de liaison cellulaire et les nutriments

Exercice\(\PageIndex{4}\)

Énumérez deux moyens par lesquels le microbiote résident se défend contre

Concepts clés et résumé

• L'immunité innée non spécifique constitue une première ligne de défense contre les infections en bloquant de manière non spécifique l'entrée des microbes et en les ciblant pour les détruire ou les éliminer de l'organisme.
• Les défenses physiques de l'immunité innée comprennent les barrières physiques, les actions mécaniques qui éliminent les microbes et les débris, et le microbiome, qui entre en compétition avec les agents pathogènes et en inhibe la croissance.
• La peau, les muqueuses et l'endothélie de tout le corps constituent des barrières physiques qui empêchent les microbes d'atteindre les sites potentiels d'infection. Les jonctions cellulaires serrées dans ces tissus empêchent le passage des microbes.
• Les microbes piégés dans les cellules mortes de la peau ou le mucus sont éliminés du corps par des actions mécaniques telles que l'élimination des cellules de la peau, le balayage mucociliaire, la toux, le péristaltisme et le rinçage des fluides corporels (par exemple, miction, larmes)
• Le microbiote résident fournit une défense physique en occupant les sites de liaison cellulaires disponibles et en entrant en compétition avec les agents pathogènes pour les nutriments disponibles.