Aspects cellulaires et mol

1
SURFACTANT PULMONAIRE

• Aspects cellulaires et moléculaires,
• Régulation,
• Aspect thérapeutique

Dr Carole Planès, Physiologie, Paris
Ile-de-France Ouest
2
PLAN

• Historique Propriétés tensioactives du
  surfactant
• Composition lipides et protéines spécifiques
• Synthèse, sécrétion, élimination et recyclage
• Fonctions du surfactant non liées aux propriétés
  tensioactives
• Régulation de la synthèse et de la sécrétion
• Maturation du surfactant en période foetale
• Pathologies du surfactant et thérapeutique

3
SURFACTANT PULMONAIRE

• Ensemble des substances permettant de diminuer la
  tension de surface à linterface gaz-liquide
• au niveau des alvéoles pulmonaires

4
Historique de la découvertedu surfactant

• Propriétés tensioactives du surfactant

5

• Von Neergaard (1929), Radford (1954) rôle des
  forces de surface à linterface air-liquide dans
  le poumon

Compliance pulmonaire (distensibilité) DV / DP
Hysteresis
6

• En plus des forces tissulaires, il existe des
  forces de surface qui représentent une part
  importante des forces de rétraction élastique du
  poumon

7
Tension de surface
La tension de surface T est la résultante des
forces dattraction intermoléculaires appliquées
sur les molécules de surface par unité de
longueur T F/L (en dyn/cm ou mN/m).
Tension de surface à linterface air-eau 70
dyn/cm (mN/m)
8
Tension de surface
Sphère (la plus petite surface possible pour un
volume donné)
P 2T / r (Loi de Laplace)
9
Interface gaz-liquide dans lalvéole
10
Interface gaz-liquide dans lalvéole
11

• Pattle (1955) très faible tension de surface
  dans les bulles de liquide dœdème alvéolaire
• Clements (1958) la tension de surface du
  liquide recueilli par lavage bronchoalvéolaire
  est variable selon la surface offerte au liquide
  (balance de surface)
• La tension de surface est minimale (10 dyn/cm)
  quand la surface du liquide est comprimée,
  maximale (40 dyn/cm) sans compression

12
Matériel tensioactif à linterfaceair-liquide
des alvéoles

• 1961 action tensioactive du surfactant
  attribuée aux phospholipides

13
Agents tensioactifs qui réduisent la tension de
surface
Molécules de solvant
F
f
et
résultantes des forces dattraction sur les
molécules du solvant et du corps tensioactif
14
Hypophase
Surfactant
15
Fonctions du surfactantliées aux propriétés
tensioactives

• Augmentation de la compliance pulmonaire
  diminution de leffort inspiratoire
• Stabilisation alvéolaire et bronchiolaire au
  cours du cycle ventilatoire
• effet anti-atélectasie

16
Effet anti-atélectasie
P 2T / r
T1
Si T était constante, lalvéole la plus petite se
viderait dans la grande P1 gt P2 car r1 lt r2
17
Effet anti-atélectasie
Tension de surface à linterface air-eau 70 mN
/m
La tension de surface à linterface gaz-liquide
des alvéoles varie avec la taille des
alvéoles. Lactivité tensioactive du surfactant
augmente quand le volume pulmonaire diminue.
18
Effet anti-atélectasie
P 2T / r
T2
T1
P1
P2
r1
r2
T1 lt T2 car laction tensioactive du surfactant
est dautant plus grande que le volume est petit
19
Fonctions du surfactantliées aux propriétés
tensioactives

• Augmentation de la compliance pulmonaire
  diminution de leffort inspiratoire
• Stabilisation alvéolaire et bronchiolaire au
  cours du cycle ventilatoire
• effet anti-atélectasie
• Rôle dans lhoméostasie du fluide alvéolaire en
  diminuant la force de succion engendrée par
  linterface gaz-liquide
• effet anti-oedème

20
Effet anti-oedème
Pinterstitielle P0 ( 2T / r) P0
Pinterstitielle en labsence dinterface
21
Composition du surfactant
22
Composition du surfactant

• LIPIDES (90)
• PHOSPHOLIPIDES (85)
• Phosphatidylcholines saturées 50
• (Dipalmitoïlphosphatiylcholine DPPC)
• Phosphatidylcholines insaturées 18
• Phosphatidyléthanolamine
  4
• Phosphatidylglycérol 8
• Phosphatidylinositol 2
• Sphingomyéline 1
• LIPIDES NEUTRES et CHOLESTEROL (5)

• PROTEINES (10)
• SPECIFIQUES (3)
• Glycoprotéines hydrophiles SPA, SPD
• Protéines hydrophobes
• SPB, SPC
• NON SPECIFIQUES (7)

23
Structure des phospholipides
24
Phosphatidylcholine (DPPC)
Hydrophile
Hydrophobe
25
Protéines hydrophiles (collectines) SPAla plus
abondante,synthétisée par PII, cellules de
Clara, et tissus non pulmonaires
Hydrophile (Lectin-like)
Hydrophobe
CRD Carbohydrate Recognition Domain
28-36 kDa
650 kDa
26
Protéines hydrophiles (collectines)
SPDsynthétisée par PII et tissus non
pulmonaires, faiblement associée au surfactant
(10)
620 kDa
27
Protéines hydrophobes Tissus pulmonaires
uniquement
SPC
SPB
4 kDa
8 kDa
Très importante fonctionnellement Interaction
avec SPA et PL Rôle dans le métabolisme du
surfactant (synthèse PG, maturation SPC )
Spécifique des PII Extrêmement hydrophobe Interact
ions très fortes avec PL
28
Protéines du surfactant

• Chez lhomme, le déficit dorigine génétique en
  SPB produit une détresse respiratoire à la
  naissance et une mort en bas âge
• Protéinose alvéolaire congénitale
• Chez la souris, seule linvalidation du gène de
  SPB est létale par détresse respiratoire aiguë
  néo-natale.
• Chez la souris adulte, une diminution gt 75 du
  contenu pulmonaire en SPB induit une détresse
  respiratoire aiguë.

29
Synthèse, sécrétion,élimination et recyclage
30
SYNTHESE DU SURFACTANT
Tous les constituants du surfactant sont
synthétisés, puis assemblés dans les pneumocytes
II (PII), avant dêtre sécrétés.
31
Voies de synthèse de la DPPC
Glucose
Choline
ATP
Acetyl CoA
Choline Phosphate
fatty acid synthetase
CDP
Glycerol-3-P
cholinephosphate cytidylyltransferase
Fatty acyl CoA
Phosphatidic acid
CDP-Choline
Diacylglycerol
PHOSPHATIDYLCHOLINES
DPPC
phospholipase A2
acyltransferase
Fatty acid
LYSOPHOSPHATIDYLCHOLINES
32
Sécrétion du surfactant par exocytoseen présence
de calcium
LB lamellar bodies (corps lamellaires)
stockage intracellullaire
TM tubular myelin (myéline tubulaire)
stockage extracellullaire
33
Myéline tubulaire
LB corps lamellaires TM myéline
tubulaire structure tubulaire à mailles
carrées avec SPA et SPB aux intersections des
feuillets phospholipidiques
34
Surfactant et cycle ventilatoire
SPB et SPC facilitent ladsorption des
phospholipides dans le film, Augmentent les
propriétés tensioactives du film
35
Elimination et recyclage
Turn-over du surfactant 5 à 10h (10 renouvelés
/ h) 85 des phospholipides sont recyclés
36
Fonctions du surfactantnon liées aux propriétés
tensioactives
37
Fonctions non tensioactives du surfactant (1)

• Propriétés physicochimiques
• - Effet anti-évaporation
• - Capture des particules hydrophobes
• Propriétés anti-inflammatoires
• - Rôle dans la clairance mucociliaire
• - Effet cytoprotecteur et anti-oxydant

38
Fonctions non tensioactives du surfactant (2)

• Propriétés anti-infectieuses liées à SPA et SPD
  (domaines CRD) immunité innée
• - Effet indirect
• Agglutination des pathogènes (bactéries, virus )
• Effet chimiotactique sur les macrophages,
• Opsonisation et facilitation de la phagocytose
  par les macrophages,
• Rôle immunomodulateur de la production de
  cytokines par les cell. inflam.
• - Effet direct anti-prolifératif et bactéricide
  
• Augmentation de la perméabilité de la membrane
  bactérienne
• Souris invalidées en SPA ou SPD très
  sensibles aux infections pulmonaires bactériennes
  ou virales

39
Régulation de la synthèseet de la sécrétion du
surfactant
40
Régulation de la synthèse
Glucocorticoïdes H. Thyroïdiennes AMPc

• Phospholipides
• enzymes de synthèse
• (CYT et FAS mRNA)
• synthèse DPPC
• synthèse DPPC

• Protéines
• SP mRNA
• SPA mRNA

41
Régulation de la sécrétion (1)

• Hormonale
• Implique la PKC, la PKA ou une PK dépendante de
  la calmoduline
• phosphorylation des protéines du cytosquelette
• Les mécanismes distaux ne sont pas connus

42
Régulation de la sécrétion (2)

• Pas de régulation par voie nerveuse
• Régulation homéostasique
• - in vitro inhibition de la sécrétion par SPA
  et DPPC
• Stimulation par lhyperventilation in vivo

43
Maturation du surfactanten période foetale
44
Maturation biochimique du surfactant en période
foetale
DPPC / Sphingo
Surfactant mature
Présurfactant
Corps lamellaires
Activation des enz. synthèse DPPC Accumulation
des SP
45
Contrôle de la maturationdu surfactant

• Corticoïdes synthèse DPPC
• H. thyroïdiennes synthèse PL
• Médiateurs locaux EGF, KGF, VEGF
• cAMP agonistes sécrétion juste avant la
  naissance

46
Pathologies du surfactantet thérapeutique
47
Maladie des membranes hyalines (MMH)
Déficit quantitatif et qualitatif du
surfactant chez les nouveaux-nés nés avant terme
Atélectasies progressives
Collapsus alvéolaire
Exsudation deau et de protéines dans les alvéoles
Œdème alvéolaire et membranes hyalines
DETRESSE RESPIRATOIRE AIGUE
80 de risque avant 28 semaines de grossesse 60
à 28-29 semaines 40 à 30-31 semaines 5 après 32
semaines
48
Administration thérapeutiquede surfactant exogéne
Chez le lapin prématuré
49
Surfactants exogènes
50
Avancées thérapeutiques

• Surfactants exogènes
• Mais aussi
• Administration IM à la mère de stéroïdes de
  synthèse
• Amélioration des techniques de ventilation (PEEP)
• La mortalité a chuté de 70 à moins de 10
• en 10 ans.
• Mais le risque de développer une dysplasie
  bronchopulmonaire persiste.

51
T bronchiole terminale R bronchiole
respiratoire V vaisseau AD canal alvéolaire
AS sac alvéolare A alvéole
52
P1 pneumocyte de type 1 P2 pneumocyte de
type 2