La trachée et les bronches souches

Conception structurelle de l’arbre des voies respiratoires

La hiérarchie des voies aériennes de division, et en partie aussi des vaisseaux sanguins pénétrant dans le poumon, détermine en grande partie la structure interne du poumon. D’un point de vue fonctionnel, le système des voies aériennes intrapulmonaires peut être subdivisé en trois zones, une zone proximale, purement conductrice, une zone périphérique, purement échangeuse de gaz, et une zone de transition entre les deux, où les deux fonctions se graduent l’une dans l’autre. D’un point de vue morphologique, cependant, il est logique de distinguer les tubes à paroi relativement épaisse, purement conducteurs d’air, des branches de l’arbre des voies aériennes structurellement conçues pour permettre les échanges gazeux.

La conception structurelle de l’arbre des voies aériennes est importante sur le plan fonctionnel car le schéma de ramification joue un rôle dans la détermination du flux d’air et du dépôt de particules. Dans la modélisation de l’arbre des voies respiratoires humaines, il est généralement admis que les voies respiratoires se ramifient selon les règles de la dichotomie irrégulière. La dichotomie régulière signifie que chaque branche d’une structure arborescente donne naissance à deux branches filles de dimensions identiques. En revanche, dans le cas de la dichotomie irrégulière, les branches filles peuvent être très différentes en longueur et en diamètre. Les modèles calculent que le chemin moyen de la trachée à la périphérie du poumon est constitué d’environ 24-25 générations de branches. Cependant, les chemins individuels peuvent varier de 11 à 30 générations. La transition entre la partie conductrice et la partie respiratoire d’une voie aérienne se situe en moyenne à la fin de la 16e génération, si la trachée est considérée comme la génération 0. Les voies aériennes conductrices comprennent la trachée, les deux bronches souches, les bronches et les bronchioles. Leur fonction est de réchauffer, humidifier et nettoyer l’air inspiré et de le distribuer dans la zone d’échange gazeux du poumon. Elles sont tapissées par l’épithélium respiratoire typique avec des cellules ciliées et de nombreuses cellules en gobelet sécrétant du mucus. Les cellules ciliées sont présentes loin dans l’arbre des voies respiratoires, leur hauteur diminuant avec le rétrécissement des tubes, tout comme la fréquence des cellules de gobelet. Dans les bronchioles, les cellules à gobelet sont complètement remplacées par un autre type de cellules sécrétoires appelées cellules de Clara. L’épithélium est recouvert d’une couche de fluide de faible viscosité, à l’intérieur de laquelle les cils exercent un battement synchronisé et rythmique dirigé vers l’extérieur. Dans les voies respiratoires plus larges, cette couche de fluide est surmontée d’une couverture de mucus de haute viscosité. La couche de mucus est entraînée par l’action des cils et transporte les particules interceptées vers le pharynx, où elles sont avalées. Cette conception peut être comparée à un tapis roulant pour les particules, et en effet, le mécanisme est appelé escalator mucociliaire.

Alors que les anneaux ou les plaques de cartilage fournissent un support aux parois de la trachée et des bronches, les parois des bronchioles, dépourvues de cartilage, tirent leur stabilité de leur intégration structurelle dans les tissus d’échange de gaz. Les dernières générations de voies aériennes purement conductrices dans le poumon sont les bronchioles terminales. À l’extrémité distale, la structure des voies respiratoires est fortement modifiée par l’apparition d’excroissances en forme de coupe dans les parois. Celles-ci forment de minuscules chambres à air et représentent les premières alvéoles d’échange de gaz sur le trajet des voies aériennes. Dans les alvéoles, l’épithélium respiratoire laisse place à une couche de revêtement très plate qui permet la formation d’une fine barrière air-sang. Après plusieurs générations (Z) de ces bronchioles respiratoires, les alvéoles sont tellement denses le long des voies respiratoires qu’il n’y a pas de paroi des voies respiratoires proprement dite ; les voies respiratoires sont constituées de canaux alvéolaires. Les dernières générations de l’arbre des voies aériennes se terminent en aveugle dans les sacs alvéolaires.