transports ioniques dans les épithéliums respiratoires dr carole planès msbm 2005-06
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Transports ioniquesdans les épithéliums respiratoires
Dr Carole Planès
MSBM 2005-06
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PLAN
• Transports ioniques dans l’épithélium alvéolaire– Rappels anatomiques– Forces passives régissant les échanges d’eau au niveau alvéolaire– Notion de transport actif d’ions par l’épithélium alvéolaire– Mécanismes de la réabsorption d’ions Na+, d’ions Cl- et d’eau– Importance physiologique de la clairance du fluide alvéolaire
• Transports ioniques dans l’épithélium des voies aériennes– Rappels anatomiques– Régulation du volume de la phase SOL périciliaire– Réabsorption active de Na+ - Sécrétion active de Cl-
– La protéine CFTR– La mucoviscidose
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Transports ioniquesdans l’épithélium alvéolaire
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T : bronchiole terminale; R : bronchiole respiratoire; V : vaisseau
AD : canal alvéolaire; AS : sac alvéolaire; A : alvéole
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P2
GR
Alv. Alv.
Alv.
P1
O2
CO2
P1 : pneumocyte de type 1
1/3 des pneumocytes95% de la surface
P2 : pneumocyte de type 2
2/3 des pneumocytes5% de la surface
Epithélium alvéolaire
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Oedème pulmonaire
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Hypophase alvéolaire (Epithelial lining fluid)
Hypophase
Origine inconnue
Composition :
[Na+] ~ 135 mM
[K+] ~ 7.3 mM
pH ~ 6.9
Protéines : conc. proche du plasma
Epaisseur ~ 200 nm
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Pulmonarycapillary Interstitium
Endothelium lymph
ic
PHc > PHi
c >i= k [ (PHc – PHi) – (c– i)
]H20Q.
PHc : pression hydraulique capillaire
PHi : pression hydrostatique interstitielle
c : pression oncotique capillaire
i : pression oncotique interstitielle
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Pulmonarycapillary Interstitium Alveolus
Endothelium lymph Epithelium
ic
PHc > PHiSurface tension
A ?
PHA > PHi ?
c >i
Hypophase
i
PHi
?
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Méthode de mesure de la réabsorption du fluide alvéolaire (« Clairance alvéolaire »)
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2 4hours
50
40
20
30Excess Lung Water (ml)
serum
Ringer lactate
Matthay et al, J. Appl. Physiol. 1982
Alveolar liquid clearance in the sheep
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20
30
40
50
60
70
6 8 10 12
Alveolar protein concentration(g/100 ml)
Pro
tein
Onc
otic
Pre
ssur
e(m
mH
g)
Alveolar Fluid Clearance in Sheep
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LA REABSORPTION DE LIQUIDE INTRA ALVEOLAIRE PHENOMENE ACTIF ?
•
• Réabsorption du liquide intra alvéolaire malgré alvéolaire élevée
• Réabsorption du liquide alvéolaire dépendant de la température
• Réabsorption du liquide alvéolaire persistant dans un poumon non ventilé
• Inhibition de la réabsorption par un inhibiteur du transport du Na+ (amiloride) administré dans l’instillat, ou par un inhibiteur de la Na,K-ATPase (ouabaïne) dans le perfusat.
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Na+
Cl-H2O
TRANSPORTS DES IONS ET D’EAU DANS LES EPITHELIUMS
Cl-Apical
Basolatéral
ddp ?
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Na+ H2O
Cl-Na+
TRANSPORTS DES IONS ET D’EAU DANS LES EPITHELIUMS
Apical
Basolatéral
ddp ?
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Na+ H2O
Cl-Na+
TRANSPORTS DES IONS ET D’EAU DANS LES EPITHELIUMS
Apical
Basolatéral
ddp ?
Cl-
Cl-
Na+
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TRANSPORTS TRANSMEMBRANAIRES
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150
100
Flu
id a
bsor
ptio
n ra
te (
nl/s
)
50
0
Contrôle
Na+ = 0
*
*
Dépendance de la réabsorptionvis-à-vis des ions Na+ et Cl-
(Basset et al.J. Physiol., 1987)
Instillat
Cl- = 0Na+ = 145Cl- = 129
Poumon de ratIsolé-perfusé
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Na+H2O
Capillaire pulmonaire
Pneumocyte II
Pneumocyte I
Hypophasealvéolaire
Cl-
Lumièrealvéolaire
Réabsorption transépithéliale active d’ions+ passage passif d’eau par osmose
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150
100
Flu
id a
bsor
ptio
n ra
te (
nl/s
)
No Glucose
50
0
C Amiloride10-4 M
**
*
Voies de transport du Na+ dans l ’epithélium alvéolaire
Basset et al. J. Physiol. 384:325, 1987
ouabain
Instillate Perfusate
AmilorideNo glucose
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1
1 1
1
Salt transport across alveolar epithelium in vivo
alveolus
interstitium
Na Glu
amiloride
ouabain
Na
K
Na K Cl
hypophase
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Elastase 21% O2, 5% CO2, 74% N2
PO2 milieu = 150 mmHg
Isolement depneumocytes II
de rat
Culturecellulaire
pendant 4 j
ETUDE IN VITROCULTURE CELLULAIRE DE P2
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CANAL SODIQUE EPITHELIAL SENSIBLE A L’AMILORIDE
ENaC
3 sous-unités homologues
assemblées en hétérotétramère ?
Exprimées par les pneumocytes 1 et 2
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Na,K-ATPase et clairance alvéolaire
Na,K-ATPase :Sous-unité catalytique
Site de fixation de l’ouabaïne
Isoforme 1 : P1 et P2
Isoforme 2 : P1 seulement
Na,K-ATPase :Sous-unité glycosylée
Régule l’assemblage de l’hétérodimère /
Permet l’insertion dans le membrane
1 isoforme dans P1 et P2
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1
1
Transport des ions Cl- :Paracellulaire ou transcellulaire ?
alvéole
interstitium
Na GluNa Na
K
Na K Cl
hypophase
Cl
CFTR ?
Cl K
KCC
ENaC
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1
1
Na Glu
K
Na K Cl
Cl
KCC
K
TRANSPORT de l’EAU : rôle des AQUAPORINES ?
Na Na
H20 ?
ENaC
![Page 27: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/28.jpg)
ALVEOLAR FLUID CLEARANCEIN AQP 1 AND AQP 5 NULL MICE
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Régulation du transport de Na+
Et de la clairance du fluide alvéolaire
Stimulation
- Catécholamines etagonistes -adrénergiques - Corticostéroïdes - KGF- TGF-, EGF- TNF- - Dopamine
Diminution
- Dérivés réactifs de l’O2 et du NO - Anesthésiques halogénés
- Hypoxie
- ANF, TGF
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Régulation dépendante des catécholamines
• Catécholamines endogènes :
– Epinéphrine (2R)
– Norépinéphrine (1R et R)
• Agonistes 2-adrénergiques :
– Terbutaline– Salmétérol– Dobutamine
• Agoniste 1- et 2-adrénergique
– Isoprotérénol
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EFFECT OF BETA ADRENERGIC AGONISTSON ALVEOLAR EPITHELIAL LIQUID CLEARANCE
1.Sheep ( by 50-60 %)
2.Dogs ( by 75-150 %)
3. Rabbits (no effect)
4.Rats ( by 45-135 %)
5.Mice ( by 60-70 %)
6.Humans (↑ by 70-100%)
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![Page 33: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/33.jpg)
Les 2 agonistes ont une action coupléesur les canaux sodiques et la Na,K-ATPase
Stimulation de l’adénylate cyclase↑ AMPc
Activation protéine kinase A (PKA)
• Insertion des sous unités , , ENaC dans la membrane apicale à partir du pool sous membranaire
• Augmentation de la probabilité d’ouverture et du temps d’ouverture des canaux cationiques non sélectifs
• Insertion des sous unités 1 et 1 Na,K-ATPase dans la membrane basolatérale à partir du pool sous membranaire
![Page 34: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/34.jpg)
Importance du transport ionique transépithélial alvéolaire ?
A la naissance En cas d’œdèmealvéolaire
Si et seulement si l’épithélium alvéolaire est intact !
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Souris déficiente pourENaC
![Page 36: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/36.jpg)
Œdème pulmonaire
![Page 37: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/38.jpg)
![Page 39: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/39.jpg)
Transports ioniquesdans l’épithélium des voies
aériennes
![Page 40: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/40.jpg)
Epithélium pseudostratifié, comprenant des cellules sécrétoires et des cellules ciliées,
responsable de la clairance mucociliaire
![Page 41: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/41.jpg)
Mucus de trachée de lapin :
phase SOL / phase GEL
• Phase SOL (périciliaire) : très fluide, hydroélectrolytique (Na+, Cl-),
6-7 µm de hauteur (= hauteur des cils en extension)
• Phase GEL : visqueuse, contenant des agrégats de glycoprotéines
de haut poids moléculaire (= mucines), hauteur variable
GEL
SOLCils
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Effet de l’hydratation sur le mucus de trachée de lapin :
la phase SOL du mucus reste d’épaisseur constante
(~7 µm, soit la hauteur des cils en extension)
GEL
SOLCils
Phase GELhydratée
Phase GELdéshydratée
![Page 43: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/43.jpg)
Variations de la surface de section des voies aériennes humaines
Trachée : 2.5 cm2
Sacs alvéolaires : 1 m2Mucus
Réabsorption de fluide
![Page 44: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/44.jpg)
Réabsorption active de Na+
Interstitium
Na+ Cl-
Phase SOL
H2O
ENaC
1
Na,K-ATPase
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![Page 46: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/46.jpg)
Possibilité d’une sécrétion active de Cl-
Interstitium
Na+ Cl-
Phase SOL
H2O
ENaC
1
CFTR
Na+ K+ 2Cl-Na,K-ATPase
Cl- Na+
H2O
Cl-
![Page 47: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/47.jpg)
Selon les circonstances, l’épithélium des voies aériennes absorbe activement du Na+ ou sécrète activement du Cl-
pour maintenir constant le volume de la phase SOL.
Culture primaire de cellules des voies aériennes
ASL : airway surfaceLiquid
PCL : periciliary liquid
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La protéine CFTR
Cystic Fibrosis TransmembraneConductance Regulator
Famille des protéines ABC(ATP Binding Cassette)
MW forme mature ~ 170 kDa
MSD : Membrane SpanningDomain
NBD : Nucleotide BindingDomain
R : Regulation Domain
![Page 49: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/49.jpg)
La protéine CFTR
• Protéine multifonctionnelle :– Conductance Cl-
– Protéine régulatrice : inhibition d’ENaC– Rôle dans l’exocytose des protéines, dans l’apoptose
• Expression de la protéine dans les voies aériennes : – Cellules ciliées : +– Cellules de Clara : ++– Epithélium glandulaire : +++
• Le canal CFTR et la sécrétion active de Cl- est stimulée par :– Les agents qui augmentent l’AMPc (PKA) : -agonistes, forskoline– Les agents qui augmentent le Ca2+ intracellulaire, – Les agents qui activent la PKC– Les nucléotides triphosphate : ATP, UTP …
![Page 50: Transports ioniques dans les épithéliums respiratoires Dr Carole Planès MSBM 2005-06](https://reader037.vdocuments.pub/reader037/viewer/2022102722/551d9d84497959293b8bfee9/html5/thumbnails/50.jpg)
La mucoviscidose : mutation du gène CF(« Cystic Fibrosis » sur chr. 7)
• Maladie autosomique récessive (1/3000 à 1/5000 naissances) touchant les épithéliums exprimant CFTR : voies aériennes, voies biliaires, pancréas, intestin, glandes sudoripares.
• 90% des décès sont dûs à l’atteinte respiratoire :Mucus très visqueux → altération de la clairance mucociliaire et
obstruction bronchique → infections respiratoires récidivantes (haemophilus influenzae, staph. Aureus, Pseudo. Aeruginosa)
→ destruction des tissus bronchiques (bronchectasies) et pulmonaires vers une insuffisance respiratoire obstructive.
• > 1000 mutations répertoriées dont 5% sont représentées à plus de 2%
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La mutation la plus fréquente: delta F 508
F508 : 70% des allèles CF
– Délétion d’une phénylalanine en position 508
– Anomalie de maturation de la protéine CFTR qui n’est pas adressée à la membrane apicale
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La mutation la plus fréquente: delta F 508
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Mucoviscidose : hypothèse « isotonique »de réduction de volume
Interstitium
Na+ Cl-
Phase SOL
H2O
ENaC
1
CFTR
Na+ K+ 2Cl-Na,K-ATPase
Cl- Na+
H2O
_
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Mucoviscidose : hypothèse « isotonique »de réduction de volume
Interstitium
Na+ Cl-
Phase SOL
H2O
ENaC
1
CFTR
Na+ K+ 2Cl-Na,K-ATPase
Cl- Na+
H2O
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