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22.1 : Anatomie et microbiote normal des voies respiratoires

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    Objectifs d'apprentissage

    • Décrire les principales caractéristiques anatomiques des voies respiratoires supérieures et inférieures
    • Décrire le microbiote normal des voies respiratoires supérieures et inférieures
    • Expliquer comment les microorganismes surmontent les défenses des membranes des voies respiratoires supérieures et inférieures pour provoquer une infection
    • Expliquer comment les microbes et le système respiratoire interagissent et se modifient mutuellement chez les personnes en bonne santé et lors d'une infection

    Orientation clinique : 1ère partie

    John, un homme de 65 ans souffrant d'asthme et de diabète de type 2, travaille comme vendeur dans un magasin de bricolage local. Récemment, il a commencé à se sentir très malade et a pris rendez-vous avec son médecin de famille. À la clinique, John a déclaré avoir souffert de maux de tête, de douleurs thoraciques, de toux et d'essoufflement. Au cours de la journée écoulée, il avait également eu des nausées et de la diarrhée. Une infirmière a pris sa température et a découvert qu'il avait une fièvre de 40 °C (104 °F).

    John a suggéré qu'il devait avoir un cas de grippe et a regretté d'avoir reporté la date de sa vaccination contre la grippe cette année. Après avoir écouté la respiration de John à l'aide d'un stéthoscope, le médecin a prescrit une radiographie pulmonaire et a prélevé des échantillons de sang, d'urine et de crachats.

    Exercice\(\PageIndex{1}\)

    Sur la base de ces informations, quels facteurs ont pu contribuer à la maladie de John ?

    La fonction principale des voies respiratoires est d'échanger des gaz (oxygène et dioxyde de carbone) pour le métabolisme. Cependant, l'inhalation et l'expiration (en particulier lorsqu'elles sont violentes) peuvent également servir de véhicule de transmission d'agents pathogènes entre individus.

    Anatomie de l'appareil respiratoire supérieur

    Le système respiratoire peut être divisé conceptuellement en régions supérieure et inférieure au point de l'épiglotte, la structure qui isole le système respiratoire inférieur du pharynx lors de la déglutition (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les voies respiratoires supérieures sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Les narines (ou narines) sont les ouvertures externes du nez qui mènent à la cavité nasale, un grand espace rempli d'air situé derrière les narines. Ces sites anatomiques constituent respectivement l'ouverture primaire et la première section des voies respiratoires. La cavité nasale est tapissée de poils qui retiennent les grosses particules, comme la poussière et le pollen, et les empêchent d'accéder aux tissus plus profonds. La cavité nasale est également recouverte d'une membrane muqueuse et de glandes de Bowman qui produisent du mucus pour aider à piéger les particules et les microorganismes en vue de leur élimination. La cavité nasale est reliée à plusieurs autres espaces remplis d'air. Les sinus, un ensemble de quatre petites cavités appariées dans le crâne, communiquent avec la cavité nasale par une série de petites ouvertures. Le nasopharynx fait partie de la partie supérieure de la gorge qui s'étend à partir de la cavité nasale postérieure. Le nasopharynx transporte l'air inhalé par le nez. L'oreille moyenne est reliée au nasopharynx par la trompe d'Eustache. L'oreille moyenne est séparée de l'oreille externe par la membrane tympanique, ou tympan. Enfin, les glandes lacrymales s'écoulent vers la cavité nasale par les canaux nasolacrymaux (canaux lacrymaux). Les connexions ouvertes entre ces sites permettent aux microorganismes de se déplacer de la cavité nasale vers les sinus, les oreilles moyennes (et inversement) et de descendre dans les voies respiratoires inférieures à partir du nasopharynx.

    La cavité buccale est une ouverture secondaire pour les voies respiratoires. Les cavités buccale et nasale sont reliées par les robinets au pharynx ou à la gorge. Le pharynx peut être divisé en trois régions : le nasopharynx, l'oropharynx et le laryngopharynx. L'air inhalé par la bouche ne passe pas par le nasopharynx ; il passe d'abord par l'oropharynx, puis par le laryngopharynx. Les amygdales palatines, constituées de tissu lymphoïde, sont situées dans l'oropharynx. Le laryngopharynx, la dernière partie du pharynx, est relié au larynx, qui contient la corde vocale (Figure\(\PageIndex{1}\)).

    a) schéma de l'oreille ; un gros plan montre les os et les membranes de l'oreille moyenne. Le tympan est un disque plat étiqueté membrane tympanique. Derrière cela se trouve la cavité tympanique (oreille moyenne) qui contient les os. Un tube pointant vers le bas à partir de l'oreille moyenne est étiqueté trompe d'Eustache (tube auditif). b) Schéma d'une coupe transversale de la tête. Au-dessus du nez se trouve un espace dans l'os appelé sinus frontal. L'espace dans le nez est la cavité nasale et un canal dans le nez est le canal nasolacrymal. Un espace dans l'os situé derrière le nez est le sinus sphénoïdal. À l'arrière du nez se trouve l'ouverture de la trompe d'Eustache (tube auditif). Derrière cela se trouve l'amygdale du pharynx. En dessous se trouve un tube étiqueté nasopharynx qui devient le pharynx qui, à cause de l'oropharynx (derrière la bouche), devient le laryngopharynx, qui devient l'œsophage. Les cordes vocales se trouvent juste au-delà du laryngopharynx, dans le larynx, un tube qui devient la trachée. L'épiglotte est un lambeau qui détermine si la matière présente dans le pharynx se déplace vers l'œsophage ou la trachée, car la bouche mène également au pharynx. La bouche contient la langue. Sous la langue se trouve l'amygdale linguale et à l'arrière de la bouche se trouve l'amygdale palatine. Tout à l'arrière de la bouche se trouvent les robinets. Devant la trachée se trouve la glande thyroïde.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : (a) L'oreille est reliée aux voies respiratoires supérieures par la trompe d'Eustache, qui débouche sur le nasopharynx. (b) Les structures des voies respiratoires supérieures.

    Exercice\(\PageIndex{2}\)

    1. Identifiez la séquence des structures anatomiques par lesquelles les microbes passeraient des narines au larynx.
    2. Quels sont les deux points anatomiques qui relient les trompes d'Eustache ?

    Anatomie de l'appareil respiratoire inférieur

    Le système respiratoire inférieur commence sous l'épiglotte, dans le larynx ou la boîte vocale (Figure\(\PageIndex{2}\)). La trachée, ou trachée, est un tube cartilagineux qui part du larynx et permet à l'air de pénétrer librement dans les poumons. La trachée bifurque dans les bronches gauche et droite lorsqu'elle atteint les poumons. Ces voies se ramifient à plusieurs reprises pour former des réseaux de tubes plus petits et plus étendus, les bronchioles. Les bronchioles terminales formées dans ce réseau arborescent se terminent par des cul-de-sacs appelés alvéoles. Ces structures sont entourées de réseaux capillaires et sont le site d'échanges gazeux dans le système respiratoire. Les poumons humains contiennent environ 400 000 000 d'alvéoles. La surface externe des poumons est protégée par une membrane pleurale à double couche. Cette structure protège les poumons et assure la lubrification afin de permettre aux poumons de bouger facilement pendant la respiration.

    Dessin dessiné de l'appareil respiratoire inférieur. L'épiglotte est un lambeau qui permet à la matière de pénétrer dans le larynx. Le larynx est un tube qui mène à la trachée. La trachée se ramifie pour devenir les bronches primaires. Ces branches deviendront les bronches secondaires, ces branches deviendront les bronches tertiaires. Elles se ramifient pour devenir les bronchioles. Les bronchioles terminales se terminent par des amas de ballons appelés sacs alvéolaires. Chaque forme de ballon est une alvéole. De fins capillaires palmés recouvrent l'extérieur de l'alvéole et sont reliés aux veines pulmonaires et aux artères pulmonaires. L'oxygène de l'alvéole pénètre dans le capillaire et le dioxyde de carbone du capillaire pénètre dans l'alvéole des voies respiratoires inférieures. L'épiglotte est un lambeau qui permet à la matière de pénétrer dans le larynx. Le larynx est un tube qui mène à la trachée. La trachée se ramifie pour devenir les bronches primaires. Ces branches deviendront les bronches secondaires, ces branches deviendront les bronches tertiaires. Elles se ramifient pour devenir les bronchioles. Les bronchioles terminales se terminent par des amas de ballons appelés sacs alvéolaires. Chaque forme de ballon est une alvéole. De fins capillaires palmés recouvrent l'extérieur de l'alvéole et sont reliés aux veines pulmonaires et aux artères pulmonaires. L'oxygène de l'alvéole se déplace dans le capillaire et le dioxyde de carbone du capillaire passe dans l'alvéole.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : Les structures des voies respiratoires inférieures sont identifiées dans cette illustration. (source : modification des travaux du National Cancer Institute)

    Défenses de l'appareil respiratoire

    La paroi interne du système respiratoire est constituée de muqueuses (Figure\(\PageIndex{3}\)) et est protégée par de multiples défenses immunitaires. Les cellules caliciformes de l'épithélium respiratoire sécrètent une couche de mucus collant. La viscosité et l'acidité de cette sécrétion inhibent la fixation microbienne aux cellules sous-jacentes. De plus, les voies respiratoires contiennent des cellules épithéliales ciliées. Les cils qui battent délogent et propulsent le mucus et tous les microbes piégés vers le haut vers l'épiglotte, où ils seront avalés. L'élimination des microbes de cette manière est appelée effet escalator mucociliaire et constitue un mécanisme important qui empêche les microorganismes inhalés de migrer plus loin dans les voies respiratoires inférieures.

    Une micrographie montrant un espace dans la partie supérieure du lumen marqué de la trachée. En dessous se trouvent de longues cellules avec une bordure en forme de pinceau en haut. Ces cellules sont appelées épithéliums colonnaires pseudostratifiés. La bordure en brosse est composée de nombreux cils. Les cellules en forme de vase de cette couche sont appelées cellules caliciformes. Sous cette couche se trouve du tissu avec de petites sphères étiquetées glande séromuqueuse dans la sous-muqueuse.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : Cette micrographie montre la structure de la muqueuse des voies respiratoires. (crédit : modification de la micrographie fournie par les régents de la faculté de médecine de l'Université du Michigan © 2012)

    Les voies respiratoires supérieures sont surveillées en permanence par le tissu lymphoïde associé aux muqueuses (MALT), y compris les adénoïdes et les amygdales. Les autres défenses des muqueuses incluent les anticorps sécrétés (IgA), le lysozyme, le surfactant et les peptides antimicrobiens appelés défensines. Pendant ce temps, les voies respiratoires inférieures sont protégées par des macrophages alvéolaires. Ces phagocytes tuent efficacement tous les microbes qui parviennent à échapper aux autres défenses. L'action combinée de ces facteurs rend les voies respiratoires inférieures pratiquement exemptes de microbes colonisés.

    Exercice\(\PageIndex{3}\)

    1. Identifiez la séquence des structures anatomiques par lesquelles les microbes passeraient du larynx aux alvéoles.
    2. Nommez certaines défenses du système respiratoire qui protègent contre les infections microbiennes.

    Microbiote normal de l'appareil respiratoire

    Les voies respiratoires supérieures contiennent un microbiote abondant et diversifié. Les voies nasales et les sinus sont principalement colonisés par des membres des Firmicutes, des Actinobactéries et des protéobactéries. Les bactéries les plus couramment identifiées sont Staphylococcus epidermidis, les streptocoques du groupe des viridans (VGS) et les Corynebacterium spp. (diphtéroïdes), Propionibacterium spp., et Haemophilus spp. L'oropharynx contient bon nombre des mêmes isolats que ceux du nez et des sinus, auxquels s'ajoutent un nombre variable de bactéries telles que des espèces de Prevotella, de Fusobacterium, de Moraxella et d'Eikenella, ainsi que certains isolats de champignons Candida. De plus, de nombreux humains en bonne santé sont porteurs de pathogènes potentiels de façon asymptomatique dans les voies respiratoires supérieures. Jusqu'à 20 % de la population sont porteurs de Staphylococcus aureus dans leurs narines. 1 Le pharynx peut également être colonisé par des souches pathogènes de Streptococcus, Haemophilus et Neisseria.

    Les voies respiratoires inférieures, en revanche, sont peu peuplées de microbes. Parmi les organismes identifiés dans les voies respiratoires inférieures, les espèces de Pseudomonas, Streptococcus, Prevotella, Fusobacterium et Veillonella sont les plus communes. Il n'est pas clair pour le moment si ces petites populations de bactéries constituent un microbiote normal ou si elles sont transitoires.

    De nombreux membres du microbiote normal de l'appareil respiratoire sont des agents pathogènes opportunistes. Pour proliférer et endommager l'hôte, elles doivent d'abord vaincre les défenses immunitaires des tissus respiratoires. De nombreux agents pathogènes des muqueuses produisent des facteurs de virulence tels que des adhésines qui facilitent la fixation aux cellules épithéliales de l'hôte ou des capsules de polysaccharides qui permettent aux microbes d'échapper à la phagocytose. Les endotoxines des bactéries gram-négatives peuvent stimuler une forte réponse inflammatoire qui endommage les cellules respiratoires. D'autres agents pathogènes produisent des exotoxines et d'autres encore ont la capacité de survivre dans les cellules hôtes. Une fois qu'une infection des voies respiratoires est établie, elle a tendance à altérer l'escalator mucociliaire, limitant ainsi la capacité de l'organisme à expulser les microbes envahisseurs, facilitant ainsi la multiplication et la propagation des agents pathogènes.

    Des vaccins ont été mis au point pour de nombreux agents pathogènes bactériens et viraux parmi les plus graves. Plusieurs des principaux agents pathogènes des voies respiratoires et leurs vaccins, s'ils sont disponibles, sont résumés dans le tableau\(\PageIndex{1}\). Les composants de ces vaccins seront expliqués plus loin dans le chapitre.

    Tableau\(\PageIndex{1}\) : Quelques maladies respiratoires et vaccins importants
    Maladie Agent pathogène Vaccin disponible (s) 2
    Varicelle/zona Virus de la varicelle et du zona Vaccin contre la varicelle, vaccin contre le zona
    Rhume Rhinovirus Aucune
    Diphtérie Corynebacterium diphtheriae Tap, Tdap, DT, Td, DTP
    Épiglottite, otite moyenne Haemophilus influenzae Hib
    Grippe virus de la grippe Inactivé, FluMist
    La rougeole virus de la rougeole MMR
    Coqueluche Bordetella coqueluche Appuyez, appuyez
    Pneumonie Streptococcus pneumoniae Vaccin antipneumococcique conjugué (PCV13), vaccin polysaccharidique contre le pneumocoque (PPSV23)
    Rubéole (rougeole allemande) Virus de la ru MMR
    Syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS) Coronavirus associé au SRAS (SARS-CoV) Aucune
    tuberculose Mycobacterium tuberculosis BCG

    Exercice\(\PageIndex{4}\)

    1. Quelles sont les bactéries pathogènes qui font partie du microbiote normal des voies respiratoires ?
    2. Quels sont les facteurs de virulence utilisés par les agents pathogènes pour surmonter la protection immunitaire des voies respiratoires ?

    Signes et symptômes d'une infection respiratoire

    Les maladies microbiennes de l'appareil respiratoire se traduisent généralement par une réponse inflammatoire aiguë. Ces infections peuvent être regroupées en fonction de l'emplacement touché et porter des noms se terminant par « itis », ce qui signifie littéralement inflammation de. Par exemple, la rhinite est une inflammation des fosses nasales, souvent caractéristique du rhume. La rhinite peut également être associée à des allergies au rhume des foins ou à d'autres irritants. L'inflammation des sinus est appelée sinusite L'inflammation de l'oreille est appelée otite. L'otite moyenne est une inflammation de l'oreille moyenne. Divers microbes peuvent provoquer une pharyngite, communément appelée mal de gorge. Une inflammation du larynx est appelée laryngite. L'inflammation qui en résulte peut interférer avec le fonctionnement des cordes vocales et provoquer une perte de voix. Lorsque les amygdales sont enflammées, on parle d'amygdalite. Les cas chroniques d'amygdalite peuvent être traités chirurgicalement par amygdalectomie. Plus rarement, l'épiglotte peut être infectée, une affection appelée épiglottite. Dans les voies respiratoires inférieures, l'inflammation des bronches entraîne une bronchite. La plus grave de toutes est la pneumonie, dans laquelle les alvéoles des poumons sont infectées et s'enflamment. Le pus et l'œdème s'accumulent et remplissent les alvéoles de liquides (consolidations). Cela réduit la capacité des poumons à échanger des gaz et entraîne souvent une toux productive qui expulse les mucosités et le mucus. Les cas de pneumonie peuvent être légers ou potentiellement mortels et restent une cause importante de mortalité chez les très jeunes enfants et les personnes très âgées.

    Exercice\(\PageIndex{5}\)

    Décrivez les symptômes typiques de la rhinite, de la sinusite, de la pharyngite et de la laryngite.

    Pneumonie associée au tabagisme

    Camila est une étudiante de 22 ans qui fume de façon chronique depuis 5 ans. Récemment, elle a développé une toux persistante qui n'a pas répondu aux traitements en vente libre. Son médecin a demandé une radiographie du thorax pour enquêter. Les résultats radiologiques étaient compatibles avec une pneumonie. De plus, Streptococcus pneumoniae a été isolé à partir des expectorations de Camila.

    Les fumeurs courent un plus grand risque de développer une pneumonie que la population générale. Il a été démontré que plusieurs composants de la fumée de tabac altèrent les défenses immunitaires des poumons. Ces effets incluent la perturbation de la fonction des cellules épithéliales ciliées, l'inhibition de la phagocytose et le blocage de l'action des peptides antimicrobiens. Ensemble, ils entraînent un dysfonctionnement de l'effet escalator mucociliaire. Les organismes piégés dans le mucus peuvent donc coloniser les poumons et provoquer des infections plutôt que d'être expulsés ou avalés.

    Concepts clés et résumé

    • Les voies respiratoires sont divisées en régions supérieure et inférieure au niveau de l'épiglotte.
    • L'air pénètre dans les voies respiratoires supérieures par la cavité nasale et la bouche, qui mènent toutes deux au pharynx. Les voies respiratoires inférieures s'étendent du larynx à la trachée avant de se ramifier dans les bronches, qui se divisent davantage pour former les bronchioles, qui se terminent par des alvéoles, où se produit un échange gazeux.
    • Les voies respiratoires supérieures sont colonisées par un microbiote normal étendu et diversifié, dont beaucoup sont des agents pathogènes potentiels. Peu d'habitants microbiens ont été trouvés dans les voies respiratoires inférieures, et ils peuvent être transitoires.
    • Les membres du microbiote normal peuvent provoquer des infections opportunistes en utilisant diverses stratégies pour surmonter les défenses non spécifiques innées (y compris l'escalator mucociliaire) et les défenses spécifiques adaptatives du système respiratoire.
    • Des vaccins efficaces sont disponibles contre de nombreux agents pathogènes respiratoires courants, à la fois bactériens et viraux.
    • La plupart des infections respiratoires entraînent une inflammation des tissus infectés ; ces affections portent des noms se terminant par -ite, comme rhinite, sinusite, otite, pharyngite et bronchite.

    Notes

    1. 1 J. Kluytmans et coll. « Transport nasal de Staphylococcus aureus : épidémiologie, mécanismes sous-jacents et risques associés ». Revues de microbiologie clinique 10 no 3 (1997) :505—520.
    2. 2 Noms complets des vaccins figurant dans le tableau : Haemophilus influenzae de type B (Hib) ; diphtérie, tétanos et coqueluche acellulaire (DCaT) ; tétanos, diphtérie et coqueluche acellulaire (Tdap) ; diphtérie et tétanos (DT) ; tétanos et diphtérie (Td) ; diphtérie, coqueluche, et le tétanos (DTP) ; Bacillus Calmette-Guérin ; rougeole, oreillons, rubéole (ROR)