Mécanisme
De multiples mécanismes régulent et contribuent à la résistance vasculaire pulmonaire. Les grandes catégories comprennent la pression vasculaire pulmonaire, le volume pulmonaire, la gravité, la tonicité des muscles lisses et l’hypoxie alvéolaire.
Pression intravasculaire pulmonaire
Lorsque l’apport cardiaque augmente, par exemple, pendant l’exercice, la circulation pulmonaire doit s’adapter pour accueillir ce flux avant accru. Par conséquent, la pression intravasculaire pulmonaire et la résistance vasculaire pulmonaire sont inversement liées. Des expériences ont montré que l’augmentation de la pression artérielle pulmonaire tout en maintenant constante la pression auriculaire gauche entraîne une diminution de la résistance vasculaire pulmonaire. Cette diminution se produit par deux mécanismes : le recrutement capillaire et la distension capillaire.
Le premier mécanisme qui se produit est le recrutement capillaire. Au départ, certains des capillaires pulmonaires sont partiellement ou entièrement fermés et ne permettent aucun flux sanguin. Le recrutement capillaire est l’ouverture de ces capillaires fermés pendant les états d’augmentation du débit sanguin. La distribution du flux sur une plus grande surface de section transversale réduit la résistance vasculaire globale. Le recrutement se produit généralement dans la zone 1 du poumon (apices), où les pressions capillaires sont les plus faibles.
La distension capillaire est le second mécanisme et implique l’élargissement des capillaires pour s’adapter à l’augmentation du débit sanguin. Les vaisseaux ovulaires deviennent plus circulaires, ce qui est le mécanisme prédominant pour maintenir une RVP faible à des pressions artérielles pulmonaires plus élevées.
Volumes pulmonaires
Les pressions et volumes alvéolaires influencent grandement la résistance vasculaire pulmonaire. L’effet du volume pulmonaire dépend du type de vaisseau. Les vaisseaux extra-alvéolaires traversent le parenchyme pulmonaire. Ces vaisseaux sont dotés de muscles lisses et de tissu élastique, ce qui réduit intrinsèquement la circonférence des vaisseaux en s’opposant à la distension. Lorsque le poumon se dilate, le diamètre de ces vaisseaux augmente par la traction radiale de leurs parois. Par conséquent, la résistance vasculaire est faible pour les volumes pulmonaires importants. Pendant le collapsus pulmonaire, la résistance à travers les vaisseaux augmente en raison de l’action non opposée de l’élasticité des vaisseaux. La pression critique d’ouverture représente la pression de l’air nécessaire pour permettre la circulation du sang dans les capillaires extra-alvéolaires. Ce concept est applicable lors de la modélisation de la résistance vasculaire dans un poumon effondré.
Les capillaires alvéolaires comprennent les capillaires et les vaisseaux dans le coin des parois alvéolaires. Le déterminant de la quantité de distension à l’intérieur de ces vaisseaux est leur pression transmurale (figure 3).
La pression alvéolaire est la plus élevée dans la zone 1 (près des sommets) et la plus faible dans la zone 3 (près des bases). Pendant l’inspiration, la pression alvéolaire augmente, ce qui comprime les capillaires alvéolaires environnants. Même avec l’augmentation du retour cardiaque droit associée à l’inspiration, l’étirement et l’amincissement des parois alvéolaires réduisent le calibre des capillaires et conduisent finalement à une augmentation du RVP pour des volumes pulmonaires importants. La RVP est la plus élevée à la capacité pulmonaire totale (CPT), élevée au volume résiduel (VR) et la plus faible à la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) (figure 4).
Gravité
La figure 5 illustre les différentes zones du poumon. La RVP est maximale dans la zone 1 car la pression alvéolaire élevée augmente la pression transmurale vers l’intérieur sur le capillaire alvéolaire. Le capillaire devient collapsible, et la résistance augmente. Le PVR est le plus faible au niveau de la zone 3, où la pression artérielle est supérieure à la pression alvéolaire, ce qui entraîne une augmentation de la pression transmurale vers l’extérieur et une augmentation du calibre des vaisseaux.
Hypoxie alvéolaire
L’hypoxie au sein des alvéoles induit une vasoconstriction au sein du système vasculaire pulmonaire. Ce mécanisme homéostatique permet aux poumons de dériver le sang vers des segments pulmonaires plus oxygénés, permettant ainsi une meilleure adéquation ventilation/perfusion, qui améliore à son tour l’apport d’oxygène dans tout l’organisme. Ce mécanisme devient extrêmement important lorsque les poumons sont exposés à des processus perturbateurs, tels que la consolidation (par exemple, la pneumonie) ou l’obstruction du système vasculaire (par exemple, les embolies pulmonaires), ce qui permet une compensation appropriée. La théorie veut que cette réponse commence au niveau moléculaire, où un capteur mitochondrial utilise des réactions de couplage redox pour modifier l’élasticité des cellules musculaires lisses de l’artère pulmonaire (PASMC). Les réactions d’oxydoréduction conduisent à la dépolarisation des PASMC via l’activation des canaux calciques dépendant du voltage et l’inhibition des canaux potassiques, ce qui entraîne une diminution de l’élasticité dans les artérioles des segments pulmonaires hypoxiques. En outre, en cas d’hypoxie prolongée, des voies alternatives peuvent être activées (par exemple, la rho kinase), et la libération de chimiokines (par exemple, hypoxia-inducible factor (HIF)-1alpha) peut se produire, ce qui renforce les effets vasoconstricteurs ainsi que le remodelage de la vascularisation.
Tonicité du muscle lisse
Généralement, la circulation pulmonaire a un faible tonus vasculaire ; cela est dû au fait que les vaisseaux pulmonaires ont proportionnellement moins de muscle lisse par rapport aux vaisseaux de diamètre similaire dans d’autres organes. Par rapport aux vaisseaux systémiques, le tissu musculaire lisse des vaisseaux pulmonaires est réparti moins uniformément dans la tunique intima. Les veines pulmonaires sont également plus compliantes que les artères systémiques en raison de l’absence de tissu autour des petits vaisseaux, de la réduction des fibres d’élastine et de collagène et de la diminution du contenu en muscle lisse. Un phénomène qui est démontré par le gradient de pression observé entre les ventricules droit et gauche.
Les artères pulmonaires sont à la fois élastiques et musculaires. Ces artères contiennent du muscle lisse au sein de la tunique moyenne qui est entourée de lamines élastiques internes et externes. Elles comprennent le tronc de l’artère pulmonaire, les branches principales et les vaisseaux extra-alvéolaires. Plus grandes, les artères péri-bronchiques sont plus musclées (>2mm). Les artères péri-bronchiques se trouvent à l’intérieur des lobules pulmonaires. Ces artères extra-alvéolaires contrôlent le RVP par un contrôle neural, humoral ou gazeux. Au fur et à mesure que les vaisseaux deviennent plus petits, la teneur en muscle lisse diminue. Le muscle lisse prend une forme en spirale et devient les artérioles pulmonaires qui alimentent les alvéoles et les canaux alvéolaires. Si le muscle lisse dépasse 5% du diamètre externe, il est considéré comme pathologique.
Les artères pulmonaires ont plus de muscle lisse par rapport aux veines et représentent les principaux sites de constriction par les médiateurs vasoactifs. Les capillaires sont dépourvus de contrôle vasomoteur. Les facteurs qui provoquent une augmentation du tonus et donc une augmentation du PVR comprennent la sérotonine, l’épinéphrine, la norépinéphrine, l’histamine, l’ATP, l’adénosine, la neurokinine A, l’endothéline, l’angiotensine, la thromboxane A/Prostaglandines/Leucotriènes (LTB). La plupart de ces facteurs agissent par une voie couplée à une protéine G, qui active la contraction de la myosine. Au niveau neuronal, la constriction pulmonaire est sous la médiation du système nerveux sympathique par la stimulation des récepteurs adrénergiques a1.
Les facteurs qui diminuent la tonicité du muscle lisse et diminuent le RVP comprennent l’acétylcholine et l’isoprotérénol, la prostacycline (PGI), la bradykinine, la vasopressine, l’ANP, la substance P, le VIP, l’histamine (pendant la réponse à l’adrénaline). La plupart des facteurs agissent par l’activation de l’adénosine 3′,5′ monophosphate cyclique (AMPc). L’AMPc déphosphoryle la myosine et réduit les niveaux de calcium, ce qui entraîne la relaxation du muscle lisse. Les cellules endothéliales pulmonaires provoquent la relaxation par la production d’oxyde nitrique (NO). Le NO se diffuse dans les cellules musculaires lisses, active la guanosine 3′, 5′ monophosphate cyclique (GMPc), qui provoque la relaxation du muscle lisse par la dé-phosphorylation de la myosine. En outre, le stimulus du système nerveux parasympathique via le nerf vague sur les récepteurs muscariniques M dans les cas vasculaires vasodilatation NO-dépendante.