Rapporteurs : Professeur Bruno levy (Nancy)








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INTRODUCTION

I) Revue de la littérature

A) Agression pulmonaire aiguë et syndrome de détresse respiratoire aigu (SDRA)

1) Définitions

En 1967, Ashbaugh et col ont décrit pour la première fois 12 patients présentant une détresse respiratoire aiguë, une cyanose réfractaire à l’oxygénothérapie associée à une diminution de la compliance et à des infiltrats pulmonaires diffus sur la radiographie de thorax (4). Peu après, le même auteur associé à Petty publiait un article dans lequel le terme de SDRA était employé pour la première fois (5). En 1988, Murray et al ont proposé de quantifier l’atteinte pulmonaire par un score basé sur le niveau de pression positive de fin d’expiration, le rapport entre la pression partielle d’oxygène (O2) dans le sang artériel (PaO2) et la fraction inspirée d’O2 (FiO2), la compliance statique pulmonaire et l’importance de l’infiltration pulmonaire sur la radiographie de thorax (6). En 1994, une conférence de consensus américano-européenne a proposé une nouvelle définition du SDRA (7). Deux concepts ont été introduits, celui d’agression pulmonaire aiguë (« acute lung injury ») et le SDRA actuel. Le SDRA a été défini comme un syndrome caractérisé par une inflammation pulmonaire et une augmentation de la perméabilité capillaire pulmonaire, associées à des anomalies cliniques, radiologiques et physiologiques, qui ne peuvent être expliquées mais peuvent coexister avec une hypertension artérielle pulmonaire ou auriculaire gauche. La différence principale entre l’agression pulmonaire aiguë et le SDRA réside dans la sévérité de l’hypoxémie, exprimée par le rapport PaO2/FiO2. Dans le SDRA, ce rapport est inférieur à 200 mm Hg, dans l’agression pulmonaire aiguë, il est inférieur à 300 mm Hg.

2) Epidémiologie

Une évaluation ancienne du National Institutes of Health suggérait une incidence annuelle aux Etats-Unis de 75 cas de SDRA pour 100 000 habitants (8). Par la suite, des études plus récentes réalisées aux Etats-Unis et en Europe ont retrouvé des incidences plus basses de l’ordre de 1,5 à 8,3 pour 100 000 habitants (9-11). Quant à l’agression pulmonaire aiguë, son incidence est moins bien connue.

L’incidence était estimée entre 10 à 20 cas pour 100 000 habitants bien qu’une étude récente américaine conduite dans 21 hôpitaux a retrouvé une incidence bien plus élevée de l’ordre de 78,9 pour 100 000 habitants avec une mortalité hospitalière de 38,5% (12). D’autre part, une étude réalisée dans les services de réanimation en France a montré que ces deux affections représentaient environ 50% des patients ventilés pour une détresse respiratoire aiguë hypoxémiante (13).

3) Facteurs de risque

Les facteurs de risque de développement d’une agression pulmonaire aiguë et d’un SDRA sont représentés par des agressions directes et indirectes (tableau I). Parmi les agressions directes, la pneumopathie aiguë infectieuse représente la cause la plus fréquente (14). Parmi les agressions indirectes, le sepsis présente le risque le plus élevé de progression vers une agression pulmonaire aiguë et un SDRA, approximativement de 40% (15).

Tableau I: facteurs de risque de développement d’un SDRA.

Atteinte pulmonaire directe

Atteinte pulmonaire indirecte

Pneumopathies infectieuses

Inhalation du liquide gastrique

Contusion pulmonaire

Noyade

Inhalation de gaz toxique

Irradiation thoracique

Ischémie reperfusion pulmonaire

Embolies graisseuses

Sepsis sévère

Traumatisme majeur

Transfusions multiples

Pancréatite aiguë

Overdose

Brûlures

Circulation extra-corporelle

Etat de choc de toute origine

4) Physiopathologie

Au cours de l’évolution du SDRA, trois principales phases, pouvant s’associer se distinguent :

    • Phase exsudative caractérisée par un afflux alvéolaire de PNN et une lésion diffuse de la barrière alvéolo-capillaire

    • Phase de fibrose caractérisée par une prolifération fibroblastique

    • Phase de résolution des phénomènes inflammatoires et du processus fibrotique

4.1) Agression de la barrière alvéolo-capillaire

4.1.1) Agression endothéliale

L’atteinte de l’endothélium pulmonaire au cours du SDRA a été mise en évidence par des études ultrastructurales il y a environ 30 ans (16). L’augmentation de la perméabilité microvasculaire pulmonaire a été confirmée en utilisant des protéines marquées par des traceurs radioactifs chez les patients présentant un SDRA et en comparant simultanément les concentrations protéiques dans le liquide de LBA et dans le plasma des patients (17). D’autre part, des marqueurs circulants de lésions cellulaires endothéliales, comme l’endotheline-1 ou le facteur von Willebrand (vWF) ont été mis en évidence chez les patients présentant un SDRA (18).

4.1.2) Agression épithéliale

La distinction entre la perméabilité endothéliale et épithéliale est importante. Wiener-Kronish et al ont montré qu’il pouvait exister une atteinte sélective de la perméabilité endothéliale, qui ne soit pas à l’origine d’un œdème pulmonaire lésionnel (19). In vitro, la perméabilité des jonctions serrées de l’épithélium alvéolaire est régulée. L’élévation de la concentration intracellulaire d’AMPc ou de calcium induit une augmentation de la résistance transépithéliale et un changement de structure des jonctions serrées. A l’inverse, l’activation de la protéine kinase C (PKC) diminue la perméabilité des jonctions serrées (18).

4.2) Agression pulmonaire dépendante des polynucléaires neutrophiles (PNN)

Les études histologiques obtenues à la phase précoce du SDRA ont montré une infiltration des PNN dans le parenchyme pulmonaire (20). Par ailleurs, les PNN représentent 70 à 80% de la population cellulaire au sein du liquide du lavage bronchoalvéolaire (LBA) au cours du SDRA (18). Bien que l’agression pulmonaire aiguë et le SDRA puissent se rencontrer chez les patients présentant une neutropénie profonde, l’activation et la transmigration des PNN circulants jouent un rôle majeur à la phase précoce de l’agression pulmonaire aiguë (21).

4.2.1) Séquestration des PNN dans le poumon inflammatoire

La séquestration des PNN correspond à l’accumulation de PNN dans la circulation pulmonaire en réponse à un stimulus inflammatoire. La migration des PNN de l’espace vasculaire à l’espace alvéolaire se fait au niveau des capillaires pulmonaires où les leucocytes vont se bloquer du fait d’une diminution de leur déformabilité, par opposition à la circulation systémique où ce phénomène a lieu à partir des veinules post capillaires. Les PNN présentent des modifications biomécaniques importantes en réponse à différents médiateurs comme le TNF-α, l’IL-8, le platelet-activating factor (PAF) et le N-formylmethionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP), facteur chémotactique d’origine bactérien (22, 23). Les PNN activés perdent ainsi leurs capacités à se déformer du fait d’une polymérisation intracellulaire des filaments d’actines à l’origine de la prolongation du temps de transit dans la circulation pulmonaire (24). L’inhibition de la réorganisation des filaments d’actine par la cytochalasine prévient la séquestration des PNN induite par la fMLP (25). Le rôle des molécules d’adhésion dans ce processus n’est pas clair. Sur un modèle de SDRA induit par l’injection intraveineuse d’E.coli chez le babouin, l’administration d’anticorps anti-sélectines E et L n’a pas modifié la séquestration de PNN ni protégé les animaux de l’agression pulmonaire aiguë (26). Cependant, le blocage du CD18, de l’intégrine α4 et α5 induisait une réduction significative de la séquestration pulmonaire des PNN induite par le fMLP. L’inhibition additionnelle des sélectines E et P atténuait la séquestration de PNN alors que l’inhibition isolée de ces sélectines n’avait aucun effet (27).

4.2.2) Migration transendothéliale des PNN

La migration transendothéliale nécessite la présence de facteurs chémoattractants des PNN (par exemple : IL-8, LTB4, C5a) et implique une participation active de la cellule endothéliale (ouverture des jonctions intercellulaires secondaire à une augmentation du calcium intracellulaire) (28). La migration au travers de la matrice extracellulaire (membrane basale puis tissu interstitiel) met en jeu l’action locale des protéases des PNN.

4.2.3) Rôle des molécules d’adhésion

Suite à l’activation des monocytes/macrophages, de nombreux médiateurs sont sécrétés et vont activer les cellules endothéliales afin de permettre l’extravasation des leucocytes. Ce processus se déroule en trois phases : « rolling », adhésion et diapédèse. Les cellules endothéliales vont exposer à leurs surfaces, les sélectines E et P, les « intercellular adhesion molecules » (ICAM)-1 et les « vascular cell adhesion molecules » (VCAM). Les leucocytes activés vont exprimer le « leukocyte function-associated antigen » (LFA)-1 ou le « very late antigen » (VLA)-4. LFA-1 et VLA-4 vont s’associer respectivement à l’ICAM-1 et VCAM afin de permettre le roulement et l’adhérence des leucocytes sur les cellules endothéliales.

4.2.3.1) Sélectines

Bien que les sélectines jouent un rôle fondamental dans les processus de « rolling » dans la circulation systémique, leurs rôles dans la migration des PNN au niveau de la microcirculation pulmonaire sont mal précisés et dépendent du stimulus inflammatoire. Sur un modèle murin d’instillation intratrachéale de liposaccharide (LPS) bactérien, l’inhibition des sélectines E, L et P n’avait aucun effet sur la migration des PNN dans l’espace alvéolaire (29). Par ailleurs, la migration des PNN n’était pas modifiée après instillation intratrachéale de S. pneumoniae chez des souris génétiquement déficientes pour les sélectines P et E et après blocage des sélectines L (30).

4.2.3.1) Intégrines

L’activation des PNN conduit à l’expression sur leurs surfaces de molécules d’adhésion de la famille des β2-intégrines (CD11a/CD18, CD11b/CD18). Les β2-intégrines sont des protéines transmembranaires hétérodimériques et elles sont les plus étudiées au cours de l’agression pulmonaire aiguë.

La migration des PNN dans le poumon peut faire intervenir des voies dépendantes et indépendantes du CD18 en fonction du stimulus. Ainsi, le recrutement des PNN requiert le CD18 en cas de stimulation par E. coli, P. aeruginosa ou IL-1 alors que les bactéries à Gram-positif, l’hyperoxie ou le facteur du complément C5a utilisent une voie indépendante du CD18 (24). L’inhalation d’acide chlorhydrique induisait une migration de PNN dépendante du CD 18 dans le site d’inhalation mais une migration de PNN indépendante du CD18 dans le poumon controlatéral (31). La plupart des stimuli conduisant à une migration de PNN dépendante du CD18 induisent l’expression endothéliale d’un ligand majeur, l’ICAM-1. Sur un modèle murin de pneumonie, l’expression endothéliale d’ICAM-1 était augmentée après l’instillation intratrachéale de LPS mais n’était pas modifiée après l’instillation de S. pneumoniae (32).

4.2.3.3) Chémokines

Les chémokines constituent une famille de polypeptides ayant en commun un motif de quatre cystéines. Ils exercent un effet chémoattractant et jouent un rôle important dans l’activation et la migration des leucocytes. Selon le nombre d’acides animés présents entre les deux premières cystéines, les chémokines sont classées en quatre groupes : CC, CXC, CX3C et le groupe C. Les chémokines exercent leurs activités en interagissant avec des récepteurs cellulaires transmembranaires. Suite à la liaison de la chémokine à son récepteur, la protéine G hétérotrimérique couplée au récepteur active une protéine effectrice. Il s’agit généralement d’une phospholipase C (PHC) qui à partir du phosphatidylinositol (PI) génère de l’inositol triphosphate (IP3) et du diacylglycerol (DAG). Suite à l’activation de GTPases, la restructuration du cytosquelette conduit à des changements de forme, la migration et l’adhérence des cellules (33). Chez l’homme, les chémokines sont produites par les macrophages activés, les monocytes, les PNN, l’endothélium, l’épithélium, les plaquettes et diverses cellules parenchymateuses. La chémokine la plus étudiée chez l’homme est CXCL8 (IL-8). Des concentrations élevées d’IL-8 dans le liquide de LBA chez les patients présentant un SDRA étaient corrélées aux concentrations de PNN dans les voies aériennes et in vitro, l’activité chémoattractante du LBA pouvait être inhibée par l’utilisation d’anticorps anti IL-8 (34). Sur des modèles expérimentaux d’agression pulmonaire aiguë induite par l’acide chlorhydrique (35), d’ischémie reperfusion (36) et de pancréatite aiguë nécrotique (37), le blocage de l’IL-8 par un anticorps induisait une amélioration de l’agression pulmonaire aiguë.

Dans le SDRA, Matthay et al ont montré que le LBA contenait de l’α2-macroglobuline qui était liée à des médiateurs pro-inflammatoires, notamment à l’IL-8. Le rôle de cette molécule est complexe puisqu’elle peut faciliter la phagocytose de l’IL-8 par les macrophages qui possèdent un récepteur à l’α2-macroglobuline mais elle peut aussi exercer un effet protecteur en protégeant l’IL-8 d’une dégradation protéolytique (38). Enfin, il existe dans le LBA au cours du SDRA des anticorps anti-IL-8. Ces anticorps polyclonaux immunoglobulines (Ig)G3 et IgG4 ont une forte affinité pour l’IL-8 et empêchent la liaison entre la chémokine et son récepteur sur les PNN. Kurdowska et al ont montré une association significative entre la concentration en complexes IL-8/anticorps anti IL-8 et le risque de survenue d’un SDRA. De la même manière, il existait une association entre les taux de concentration et la mortalité chez les patients présentant un SDRA (39).

4.3) Sécrétion pulmonaire de médiateurs de l’inflammation

Un réseau complexe de cytokines et de médiateurs pro-inflammatoires peut initier et amplifier la réponse inflammatoire au cours de l’agression pulmonaire aiguë et du SDRA.

4.3.1) Interleukin-1β (IL-1β)

Plusieurs études ont confirmé la présence d’IL-1β et de son antagoniste spécifique, l’interleukin-1 receptor inhibitor (IL-1ra) dans le liquide de LBA des patients présentant un SDRA (40, 41). Quand les auteurs ont comparé les concentrations de l’IL-1β et son antagoniste l’IL-1ra, un ratio de 1 a été retrouvé dans le LBA des volontaires sains alors que le ratio était de 10/1 dans le LBA des patients présentant un SDRA persistant, suggérant le rôle de l’IL-1β pour maintenir un état inflammatoire persistant dans le poumon (41).

4.3.2) Tumor necrosis factor-α (TNF-α)

Comme l’IL-1β, le TNF-α est aussi une cytokine pro-inflammatoire précoce qui peut stimuler la production de nombreuses autres cytokines. Les effets du TNF-α sur les cellules épithéliales et endothéliales sont les suivants : augmentation de la perméabilité in vitro, stimulation de la sécrétion d’IL-1β, de l’IL-8 et de protanoïdes (PAF, LTB-4), induction de l’expression de molécules d’adhésion.

De nombreuses études ont montré que la concentration de TNF-α était élevée dans le liquide du LBA de patients présentant un SDRA mais que celle-ci n’était pas prédictive de l’évolution clinique (42, 43). Cependant, une étude récente a mesuré les concentrations de TNF-α et des soluble TNF receptors I et II (TNFRI et II) dans le LBA avant et après le début du SDRA et a montré que l’activité biologique du TNF-α augmentait au cours de la première semaine du SDRA. Il y avait une relation directe entre le ratio TNF-α/TNFR dans le LBA et la sévérité de la pathologie, évaluée par l’importance de l’hypoxémie et la compliance pulmonaire (44).

4.3.3) Interleukin-10 (IL-10)

L’IL-10 est une cytokine anti-inflammatoire qui inhibe la production de cytokines par les macrophages et son expression est en relation étroite avec l’expression de TNF-α (45, 46). L’IL-10 a été identifiée dans les poumons des patients présentant un SDRA et des concentrations élevées dans le LBA étaient associées à une augmentation de la survie (47). L’IL-10 joue un rôle de contre régulation de l’expression de HLA-DR sur les monocytes de patients présentant un choc septique et peut ainsi intervenir dans la modulation de la réponse immunitaire de l’hôte (48). Sur une série de 46 patients présentant un SDRA, un pic de sécrétion d’IL-10 était mis en évidence le premier jour du SDRA puis la sécrétion diminuait pour devenir indétectable à la troisième semaine (44).

4.3.4) Macrophage migration inhibitory factor (MIF)

Le MIF est produit par les macrophages alvéolaires et les cellules épithéliales bronchiques. Le MIF non seulement potentialise les effets du LPS et des bactéries à Gram-positif mais il est aussi essentiel dans la régulation de la réponse des macrophages au LPS par ses effets sur l’expression des Toll-like receptor-4 (49). Donnelly et al ont mis en évidence la présence du MIF dans le LBA des patients à la phase précoce du SDRA. Les auteurs ont montré que le MIF inhibait de façon dose dépendante les effets anti-inflammatoires des glucocorticoïdes (50).

4.3.5) High-mobility group-1 (HMG-1)

HMG-1 est une protéine capable de se lier à des séquences spécifiques de l’ADN, de favoriser la transcription de gènes et de réguler l’activité des récepteurs des hormones stéroïdes. Chez la souris, l’instillation intratrachéale d’HMG-1 a induit un œdème pulmonaire avec une infiltration à PNN et une augmentation de la production locale d’IL-1β, de TNF-α et de macrophage inflammatory protein (MIP)-2. Au cours de l’inflammation pulmonaire aiguë induite par le LPS, l’administration d’anticorps anti-HMG-1 a diminué l’œdème pulmonaire sans modifier la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires (51). Ces données indiquent qu’HMG-1 est un médiateur important et tardif de l’agression pulmonaire aiguë.

4.4) Les agents lésionnels incriminés

4.4.1) Le stress radicalaire

Les espèces réactives de l’O2 (« reactive oxygen species » ROS) et de l’azote (« reactive nitrogen species »RNS) sont à l’origine du stress radicalaire. Ce sont des molécules très instables, hautement réactives, au pouvoir oxydant élevé. Ces composés causent des dommages non spécifiques à tous les types de biomolécules telle que l’ADN mitochondrial et nucléaire, les protéines, les lipides ou autres carbohydrates (52, 53).

4.4.1.1) Les espèces réactives de l’azote

Les RNS incluent le NO et les S-nitrosothiols (SNOS). Ces derniers se composent d’acides aminés, de peptides ou de protéines modifiés au niveau de leurs résidus cystéines par le NO. Le NO est produit par des enzymes spécialisées : les NO synthases (NOS). Ces enzymes convertissent la L-arginine en L-citrulline et NO. L’ensemble du NO produit peut réagir avec des molécules soufrées et former des SNOS.

4.4.1.2) Les espèces réactives de l’oxygène

Les ROS comportent deux sous-familles : les radicaux libres (exemple : anion superoxyde O2.-) et les espèces non radicalaires (exemple : peroxyde d’hydrogène H2O2 et peroxynitrite ONOO-). La chaîne respiratoire mitochondriale peut être responsable d’une partie de la production des ROS (54).

Entre 1 et 3% de l’oxygène consommé par la mitochondrie génère des radicaux libres ; La production de ces ROS a lieu au niveau des complexes I et III ainsi qu’au niveau de l’ubiquinone. Des systèmes enzymatiques endogènes sont prévus pour lutter contre cette production physiologique. L’O2- est converti en H2O2 par la manganèse superoxyde dismutase (Mn-SOD) du côté matriciel et par la cuivre-zinc superoxyde dismutase (CuZn-SOD) dans l’espace intermembranaire. Ce peroxyde d’hydrogène est ensuite neutralisé soit par la glutathion peroxydase (GPx), soit par la catalase. Récemment, il a été montré que parmi d’autres cytokines pro-inflammatoires, le TNF-α conduisait à une augmentation d’O2.- via la stimulation de systèmes enzymatiques tels que la NADH oxydase ou la xanthine oxydase (55). Pour neutraliser les effets des ROS, les cellules expriment des antioxydants endogènes : superoxyde dismutase, catalase, et gluthathion peroxydase.

4.4.1.3) Rôle des ROS dans l’agression pulmonaire aiguë

La réaction spontanée entre l’O2.- et le NO résulte en la formation d’une molécule toxique : le peroxynitrite. Les peroxynitrites représentent l’espèce radicalaire la plus toxique. Sur un modèle animal de poumons isolés et perfusés chez le lapin, l’administration d’une substance oxydante, comme la xanthine oxydase dans la perfusion pulmonaire induisait une vasoconstriction et un œdème pulmonaire (56). Les ROS peuvent aussi indirectement contribuer à l’agression pulmonaire aiguë en inactivant les anti-protéases et diminuant les antioxydants. Sur un modèle de poumons isolés et perfusés, H2O2 et les dérivés oxydants diminuaient l’activité anti-élastolytique du poumon et augmentaient l’agression pulmonaire dépendante de l’élastase des PNN (57).

Au cours du SDRA, chez l’homme, les études immunohistochimiques de poumons ont mis en évidence des résidus nitrotyrosines, dont la présence était corrélée à l’importance de la sévérité de l’agression pulmonaire, suggérant que le ONOO- était un oxydant important dans la pathologie pulmonaire inflammatoire (58). Les patients avec un SDRA avaient une augmentation de H2O2 dans les condensats de l’air exhalé (59). Le liquide de LBA chez ces patients contenait un excès de protéines oxydées et une diminution des molécules antioxydantes comme le gluthation (60).

Ainsi, il existe une augmentation de la production des ROS au cours de l’agression pulmonaire aiguë, qui dépasse les capacités de défense antioxydative à l’origine de lésions cellulaires oxydatives potentielles. Les PNN et les macrophages sont la principale source des ROS au cours du SDRA (61).

4.4.2) Les protéases

Les protéases sont des enzymes protéolytiques sécrétées par les PNN. Les PNN produisent deux groupes d’enzymes impliqués dans le SDRA : l’élastase et les métalloprotéases (matrix metalloproteinases, MMP) (62).

L’élastase leucocytaire est une sérine protéase capable de dégrader les constituants de la matrice extracellulaire et constitue la protéase majoritaire des granules des PNN. L’élastase joue également un rôle antimicrobien, en particulier contre les bactéries à Gram-négatif et leurs toxines. L’élastase a été impliquée dans la pathogénèse de l’agression pulmonaire aiguë, notamment au cours du sepsis à bacilles à Gram-négatif. Les souris génétiquement modifiées, qui n’exprimaient pas l’élastase étaient protégées de l’agression pulmonaire induite par le LPS (63). D’autres études expérimentales ont montré que l’agression pulmonaire induite par l’instillation intratrachéale d’élastase pouvait être prévenue par un inhibiteur spécifique. Au cours du SDRA, des concentrations élevées en élastase ont été mises en évidence dans le liquide de LBA et le plasma. Cependant, une grande partie de l’élastase est retrouvée dans le poumon complexée à un inhibiteur, comme l’α1-antitrypsine ou l’α2-macroglobuline, suggérant que la balance protéase-antiprotéase est potentiellement importante au cours du SDRA. Par ailleurs, des concentrations plasmatiques élevées d’élastase des PNN ont été observées dans les minutes qui suivent un polytraumatisme et celles-ci étaient corrélées à l’importance de l’agression pulmonaire aiguë (64).

Les MMP sont un groupe d’enzymes dont l’action dépend de la présence de zinc. Quatre classes ont été décrites : les collagénases interstitielles (avec MMP-1 et 4), les stromalysines (MMP-3 et 7), les gélatinases (MMP-2 et 9) et les métalloprotéases de membrane. Les inhibiteurs naturels des MMP sont l’α2-macroglobuline, inhibiteur non spécifique et les TIMP (tissue inhibitors of metalloproteinases). Des concentrations élevées de gélatinases ont été observées dans le liquide de LBA chez les patients présentant un SDRA comparé à des sujets contrôles (65).

Les gélatinases dégradent plus particulièrement le collagène de type IV, constituant des membranes basales et le collagène XVII, constituant des jonctions intercellulaires. Cependant, le fait que les gélatinases participent au trouble de la perméabilité observé au cours de l’œdème pulmonaire lésionnel est remis en cause.

In vitro, le TNF-α induisait un trouble de la perméabilité épithéliale via la formation intracellulaire de fibres de stress et une action sur les jonctions intercellulaires. Le TNF-α induisait également une augmentation de la gélatinase B et d’un inhibiteur, le TIMP-1 mais sans augmentation de la balance gélatinolytique (66). In vivo, sur deux modèles d’agression pulmonaire aiguë différents chez le rat (instillation d’acide chlorhydrique et de LPS), Delclaux et al ont montré que les protéases des PNN (élastase et gélatinase B) ne participaient pas à l’augmentation de la perméabilité alvéolo-capillaire (67). Ainsi, les gélatinases ne semblent pas participer à l’augmentation de perméabilité à la phase initiale du SDRA mais pourraient être impliquées lors des phénomènes de réparation de cette barrière alvéolo-capillaire.

4.4.3) Médiateurs lipidiques

Les métabolites de l’acide arachidonique sont impliqués dans la physiopathologie du SDRA. Ces métabolites sont libérés à partir des phospholipides par la phospholipase A2. L’acide arachidonique peut être oxydé soit par la voie des cyclooxygénases (COX) pour donner les prostanoïdes qui comprennent les protaglandines, la prostacycline (PGI2) et le thromboxane A2 (TXA2), soit par la voie des lipooxygénases pour former les leucotriènes. La PGI2 synthétisée par l’endothélium vasculaire est un puissant antiagrégant plaquettaire aux propriétés vasorelaxantes. A l’inverse, le TXA2 synthétisé principalement par les plaquettes et les macrophages induit une agrégation plaquettaire et des effets bronchoconstricteurs et vasoconstricteurs. Le TXA2 est responsable d’hypertension artérielle pulmonaire précoce mais ne semble pas avoir d’effet direct sur la perméabilité capillaire. Pour les leucotriènes, notamment le leucotriène B4, leurs effets sont multiples; ils favorisent le chémotactisme des PNN et leurs adhésions et activations, ils interviennent aussi dans l’augmentation de la perméabilité vasculaire et la contraction des cellules musculaires lisses et modulent la prolifération cellulaire. Les leucotriènes sont principalement sécrétés par les PNN et les macrophages.

Des concentrations élevées de leucotriènes ont été mises en évidence dans le liquide LBA et dans le plasma au cours de la phase précoce du SDRA et la concentration plasmatique de LTB4 au premier jour était corrélée avec la mortalité des patients (68).

4.4.3) Apoptose dans l’agression pulmonaire aiguë

La voie extrinsèque de l’apoptose, via les récepteurs de mort a été impliquée au cours de l’agression pulmonaire aiguë. L’activation de la voie Fas Ligand/Récepteur Fas est un mécanisme important d’agression des cellules épithéliales alvéolaires au cours de l’agression pulmonaire aiguë. In vitro, le liquide LBA de patients présentant un SDRA induisait l’apoptose par un mécanisme dépendant du FasL soluble sur des cultures de cellules épithéliales alvéolaires (69). Albertine et al ont montré sur des prélèvements histologiques de poumons de patients présentant un SDRA une augmentation de l’expression de Fas sur l’épithélium alvéolaire des patients qui décédaient versus ceux qui décédaient d’une autre cause (70). D’autres voies de l’apoptose, notamment la voie intrinsèque mitochondriale sont impliquées dans l’agression pulmonaire aiguë. Des cultures cellulaires épithéliales alvéolaires soumises à l’hyperoxie induisait l’apoptose en activant la protéine pro-apoptotique « bax » au niveau de la membrane mitochondriale, ce qui conduisait à la libération du cytochrome C et à l’activation de la caspase 9 et à l’apoptose cellulaire (71).

4.5) Résolution de l’agression pulmonaire aiguë et du SDRA

Elle aboutit le plus souvent à la restitution ad integrum des fonctions pulmonaires. L’œdème alvéolaire riche en protéines doit être résorbé, donc l’épithélium alvéolaire doit être réparé et les phénomènes inflammatoires résolus. Durant cette phase, le nombre de macrophages alvéolaires augmente pour éliminer les PNN entrés en phase d’apoptose. L’apoptose des PNN est un phénomène de limitation de la réaction inflammatoire. La résorption de l’œdème pulmonaire fait intervenir un transport actif de sodium et de chlore du secteur alvéolaire vers le secteur interstitiel. L’eau suit passivement selon un gradient iso-osmotique.

L’épithélium alvéolaire lésé est réparé par prolifération des cellules alvéolaires de type II afin de tapisser la membrane basale mise à nue puis les cellules se différencient en cellules alvéolaires de type I pour restaurer une architecture alvéolaire normale. La prolifération de cellules alvéolaires de type II est contrôlée par des facteurs de croissance produits comme le keratinocyte growth factor (KGF) et l’hepatocyte growth factor (HGF). La réparation de l’endothélium vasculaire pulmonaire fait intervenir un phénomène de migration et de prolifération des cellules endothéliales. Les progéniteurs endothéliaux circulants participent à la réparation de l’endothélium sur des modèles expérimentaux (72). La prolifération, la migration et l’incorporation des cellules endothéliales aux vaisseaux en formation sont sous la dépendance de molécules de la famille du vascular endothelial growth factor (VEGF) et de l’angiopoïétine. Dans une étude récente, l’augmentation des progéniteurs endothéliaux était associée à une augmentation de la survie au cours de l’agression pulmonaire aiguë (73).

B) La cascade de la coagulation au cours de l’agression pulmonaire aiguë et du SDRA

L’activité pro-coagulante au cours du SDRA a été mise en évidence il y a plus de 30 ans. Bone et al ont rapporté en 1976 sur des autopsies de patients présentant un SDRA l’existence de microthrombi de fibrine dans les poumons que les patients présentaient ou non une coagulation intra-vasculaire disséminée CIVD (74).

1) Généralités sur l’hémostase normale

1.1) Hémostase primaire

Au cours de cette étape interviennent la paroi vasculaire, les plaquettes et des protéines plasmatiques (en particulier, le facteur von Willebrand et le fibrinogène).

1.1.1) Vasoconstriction réflexe

La vasoconstriction réflexe du vaisseau lésé constitue le premier moyen de défense visant à limiter le saignement. Cette étape représente le temps vasculaire et facilite l’adhésion des plaquettes au collagène du sous endothélium

1.1.2) Sécrétion plaquettaire

L’agrégation plaquettaire s’effectue en présence de calcium. Les plaquettes s’agrègent entre elles par l’intermédiaire des molécules du fibrinogène qui se fixent sur un récepteur de la membrane plaquettaire, le GPIIbIIa. Cette étape devient irréversible sous l’action de la thrombine, générée par la coagulation plasmatique.

Les plaquettes agrégées meurent rapidement, leurs membranes fusionnent, les cellules sont lysées et libèrent leurs contenus cytoplasmiques. L’amas formé par ces plaquettes fusionnées correspond au clou plaquettaire ou thrombus blanc.

1.2) Schéma général de la coagulation

L’activation de la cascade de la coagulation constitue un événement précoce au décours d’une agression tissulaire. La fonction primaire de ce système complexe et hautement régulé est de générer un réseau insoluble de filaments de fibrine qui fixe et stabilise un thrombus plaquettaire formé au niveau des tissus lésés.

La formation de ce caillot provisoire dépend de l’action de la thrombine et il est généré par l’activation successive de protéinases à partir des systèmes de la voie intrinsèque et extrinsèque. In vivo, l’activation de la coagulation est initiée par la voie extrinsèque. En conditions normales, le sang n’est pas exposé au facteur tissulaire (FT). En cas de lésion tissulaire, l’expression du FT à la surface des cellules non vasculaires ou des cellules endothéliales activées induit la formation du complexe FT-facteur VII activé (FVIIa). Le complexe TF-FVIIa catalyse l’activation du facteur X en facteur X activé (FXa) et du facteur IX en facteur IX activé (FIXa). Le FXa en association avec le facteur V activé catalyse la conversion de la prothrombine en thrombine qui convertit le fibrinogène en fibrine, le constituant principal du caillot. La coagulation se prolonge lorsque la thrombine synthétisée à partir du complexe initial TF-FVIIa-FXa catalyse l’activation de FXI, FIX, FVIII et FX. Ainsi la voie intrinsèque est activée et conduit à une génération prolongée de thrombine et une coagulation sanguine. La voie extrinsèque est importante dans l’initiation de la coagulation à partir de l’activation d’une quantité limitée de thrombine alors que la voie intrinsèque prolonge la coagulation par une amplification du signal initial. La thrombine peut également jouer un rôle dans la réponse inflammatoire et fibroproliférative pulmonaire. La thrombine favorise également l’inflammation en stimulant le chémotactisme des PNN et des lymphocytes, la prolifération des fibroblastes et des cellules musculaires lisses et en déclenchant la sécrétion de facteurs de croissance et de protéases à partir des cellules endothéliales, des macrophages et des cellules épithéliales (75). L’activation des plaquettes par la thrombine induit la sécrétion de médiateurs de l’inflammation : sérotonine, thromboxane A2, prostacyclines et facteurs de croissance (PDGF) (76).

D’autres effets de la thrombine ont été rapportés : activation plaquettaire précoce et indépendante de la coagulation, augmentation de l’adhésion leucocytaire, vasorelaxation. Ces effets ont été rapportés à l’activation de récepteurs cellulaires à la thrombine : les PAR (proteinase activated receptor) localisés au niveau des cellules immunitaires. Les PAR sont une famille de récepteurs couplés aux protéines G (GPCR). Quatre récepteurs ont été individualisés (PAR 1, 2, 3 et 4), dont trois sont activés par la thrombine. Le fonctionnement de ces récepteurs est fondé sur une protéolyse spécifique au niveau de l’extrémité N-terminale extracellulaire. L’activation génère un processus de signalisation intracellulaire via les protéines G et l’activation de la transcription de médiateurs inflammatoires.

La thrombine active les PAR 1, 3 et 4 sur les plaquettes. La signalisation intracellulaire conduit à une activation plaquettaire en coopération avec les récepteurs de membrane des plaquettes. En dehors de la thrombine, certaines protéases générées par l’activation de la coagulation peuvent activer les PAR : complexe trimoléculaire « FT-FVIIa-FXa » et PC pour PAR1, trypsine, FVIIa pour PAR2. L’activation des PAR au niveau des cellules endothéliales module également le tonus vasculaire microcirculatoire.

1.3) Régulation de la coagulation plasmatique :

La cascade de la coagulation est contrôlée par des mécanismes de rétrocontrôle négatif et par des anticoagulants circulants endogènes ou produits localement.

1.3.1) L’antithrombine III (AT III)

L’AT III appartient à la famille des serpines (serines protéases). Elle joue un rôle majeur dans la régulation de la coagulation in vivo. L’AT III est synthétisée au niveau hépatique. Elle se fixe aux héparane-sulfates de la paroi vasculaire et inhibe les sérines protéases qui diffusent à distance de l’amas plaquettaire : la thrombine, le facteur Xa mais aussi les facteurs IXa, XIa et XIIa. Ces enzymes échappent au contrôle de l’AT tant qu’elles sont liées aux phospholipides de la membrane plaquettaire ce qui prolonge la production de thrombine au niveau du caillot hémostatique. Elles deviennent accessibles quand elles diffusent vers la phase liquide et plus encore vers la paroi vasculaire. La liaison de l’AT aux héparane-sulfates de la paroi vasculaire entraîne un changement de conformation de l’inhibiteur, lui permettant d’inhiber la thrombine, et les facteurs Xa, IXa, XIa, XIIa. L’AT n’inhibe pas le facteur VIIa de façon efficace. L’AT III agit en formant avec chacune de ces sérines protéases un complexe équimoléculaire qui implique le site actif de l’enzyme et le site réactif de l’AT III. Le site réactif arg 393-ser 394 de l’AT III, situé dans la région carboxy-terminale de la molécule, est scindé par la sérine protéase et la scission est suivie de l’établissement d’une liaison ester covalente entre la sérine active de l’enzyme et l’arginine du site réactif de l’AT III. Le complexe formé, irréversible et inactif, se détache de l’héparane-sulfate et se fixe sur un récepteur de l’hépatocyte pour être internalisé. L’héparane-sulfate est alors disponible de nouveau pour fixer l’AT. L’interaction entre l’AT III et les sérines protéases est lente mais considérablement accélérée par l’héparine. L’AT régule la génération de thrombine initiée par le FT et cet effet est potentialisé par le TF pathway inhibitor (TFPI).

Les complexes thrombine-antithrombines sont ensuite éliminés de la circulation sanguine par le système réticulo-endothélial. Les autres inhibiteurs physiologiques importants sont représentés par l’héparine cofactor II et la protéase nexin-1 qui inhibent la thrombine ; l’α2-macroglobuline et l’α1-antitrypsine inhibent la thrombine et les facteurs IXa, Xa et Xa ; enfin, l’inhibiteur de la protéase dépendante de la protéine Z induit une inhibition rapide du facteur Xa en présence de la protéine Z, des phospholipides pro-coagulants et du calcium. Le schéma simplifié de la cascade de la coagulation est représenté sur la figure 1.


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