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Pourquoi y a-t-il du muscle lisse dans nos bronchioles ?

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Avoir du tissu musculaire dans nos bronchioles qui peut se contracter semble être un mauvais choix pour le tissu. Pourquoi nos voies respiratoires voudraient-elles se fermer un jour ? Ne serait-il pas plus avantageux pour nos bronchioles de rester ouvertes ?


Il y a au moins deux choses à considérer.

Premièrement, la capacité de limiter le flux d'air est un mécanisme de défense pour l'animal. Imaginez entrer dans une zone d'évaporation toxique, par ex. Nuage de CO2 près du volcan, il est alors logique de réduire au minimum l'apport de toxine par les poumons. Si je comprends bien, c'est ce qu'est une crise d'asthme allergique. (Désolé de ne pas fournir une source suffisante de cela)

Deuxièmement, vous avez tort de supposer que l'état normal est "dilaté". La dilatation des branchioles est une réponse sympathique ("combat et vol") du système nerveux à quelque chose comme un danger, qui nécessite une augmentation à court terme de la production d'énergie. Autrement dit, par défaut, votre flux d'air est limité. Probablement, pour limiter la quantité d'énergie que vous brûlez efficacement via l'oxygénation. Mais surtout, vous vous laissez une réserve en terme d'apport d'oxygène pour les moments critiques.

Vous trouverez peut-être plus d'informations ici.


Nos voies respiratoires se ferment pour les rendre plus efficaces. L'arbre respiratoire de la bouche aux bronchioles terminales ne peut pas absorber l'oxygène, donc chaque fois que vous respirez tout l'air entrant et sortant des trachées, des bronches et des bronchioles terminales est un travail supplémentaire inutile pour les muscles. Nous pouvons le rendre plus efficace en réduisant la taille de ces tubes en contractant le muscle lisse.

Lorsque vous faites de l'exercice, ces petits tubes ne seront pas assez grands pour faire entrer et sortir suffisamment d'air, de sorte que le muscle lisse se détend pour permettre à plus d'air de pénétrer plus rapidement dans les poumons. C'est un peu moins efficace, mais nécessaire quand on a besoin de beaucoup d'oxygène.


Pourquoi y a-t-il du muscle lisse dans nos bronchioles ? - La biologie

Muscle squelettique : produit du mouvement, maintient la posture, stabilise les articulations et génère de la chaleur

Muscle lisse : Trouvé dans les parois des organes creux

Muscle cardiaque : n'existe que dans votre cœur

Vous avez environ 650 muscles dans votre corps, et ils représentent environ la moitié de votre poids corporel. Ces muscles peuvent être divisés en trois groupes différents : squelettiques, lisses et cardiaques. Tous ces muscles peuvent s'étirer et se contracter, mais ils remplissent des fonctions très différentes.

Le tissu le plus communément appelé muscle est le muscle squelettique. Les muscles squelettiques recouvrent votre squelette, donnant à votre corps sa forme. Ils sont attachés à votre squelette par des tendons solides et élastiques ou sont directement connectés à des plaques osseuses rugueuses. Les muscles squelettiques sont sous contrôle volontaire, ce qui signifie que vous contrôlez consciemment ce qu'ils font.

Presque tous les mouvements du corps, de la marche au hochement de la tête, sont causés par la contraction des muscles squelettiques. Vos muscles squelettiques fonctionnent presque continuellement pour maintenir votre posture, faisant un petit ajustement après l'autre pour garder votre corps droit. Le muscle squelettique est également important pour maintenir vos os dans la bonne position et empêche vos articulations de se disloquer. Certains muscles squelettiques de votre visage sont directement attachés à votre peau. La moindre contraction de l'un de ces muscles modifie l'expression de votre visage.

Le muscle squelettique génère de la chaleur en tant que sous-produit de l'activité musculaire. Cette chaleur est vitale pour maintenir votre température corporelle normale.

Les muscles lisses se trouvent dans les parois des organes creux comme les intestins et l'estomac. Ils fonctionnent automatiquement à votre insu. Les muscles lisses sont impliqués dans de nombreuses fonctions « ménagères » du corps. Les parois musculaires de vos intestins se contractent pour pousser la nourriture dans votre corps. Les muscles de la paroi de votre vessie se contractent pour expulser l'urine de votre corps. Les muscles lisses de l'utérus (ou de l'utérus) d'une femme aident à pousser les bébés hors du corps pendant l'accouchement. Le muscle du sphincter pupillaire de votre œil est un muscle lisse qui rétrécit la taille de votre pupille.

Votre cœur est fait de muscle cardiaque. Ce type de muscle n'existe que dans votre cœur. Contrairement à d'autres types de muscles, le muscle cardiaque ne se fatigue jamais. Il fonctionne automatiquement et constamment sans jamais s'arrêter pour se reposer. Le muscle cardiaque se contracte pour expulser le sang de votre cœur et se détend pour remplir votre cœur de sang.


Muscle lisse des voies respiratoires et asthme

Structure et fonction du muscle lisse des voies respiratoires

Le muscle lisse des voies respiratoires est un composant structurel des parois de toutes les voies respiratoires de l'arbre bronchique, de la trachée aux plus petites bronchioles respiratoires (1,2) . Dans le tissu parenchymateux pulmonaire, le muscle lisse se trouve dans les canaux alvéolaires qui forment l'entrée des sacs alvéolaires et peut également être dispersé dans d'autres zones du parenchyme pulmonaire. Dans la trachée, le muscle lisse est contenu uniquement dans la membrane trachéale qui s'étend le long de la face dorsale de la trachée où la trachée vient buter contre l'œsophage (3) . La membrane trachéale, qui contient une fine couche de tissu musculaire adjacente à la membrane muqueuse qui tapisse toute la trachée, relie les extrémités des anneaux de cartilage en forme de fer à cheval qui forment la longueur de la trachée. Dans les plus grosses bronches, des faisceaux de muscles lisses sont disposés de manière circonférentielle et hélicoïdale dans la paroi des voies respiratoires juste en dessous de la membrane muqueuse (4) , et sont entourés d'anneaux de cartilage, qui raidissent ces bronches et peuvent limiter le rétrécissement de la lumière lorsque les voies respiratoires les contractions musculaires (1,5,6) . Au fur et à mesure que les bronches se divisent en générations successives dans les poumons, la quantité de cartilage diminue et prend la forme de plaques irrégulières. Dans les générations plus distales de bronches intra-parenchymateuses (bronchioles), le cartilage disparaît entièrement de la paroi des voies respiratoires, et la couche musculaire lisse et le tissu conjonctif associé représentent le principal composant structurel de la paroi (2) . Ainsi, dans ces voies respiratoires, la circonférence et la rigidité des voies respiratoires sont principalement régulées par le tissu musculaire lisse. La constriction du muscle lisse des voies respiratoires dans les petites bronches et les bronchioles peut entraîner la fermeture des voies respiratoires et l'obstruction de la lumière des voies respiratoires, bloquant complètement le flux d'air, comme cela se produit dans l'asthme (7) .

Le muscle lisse des voies respiratoires peut être le seul tissu musculaire lisse du corps dont la fonction physiologique normale est inconnue. Bien qu'un certain nombre d'hypothèses aient été avancées pour la fonction du muscle lisse des voies respiratoires, il existe un débat considérable quant à savoir s'il a une quelconque fonction bénéfique ! Comme la contraction des muscles lisses des voies respiratoires entraîne un rétrécissement des voies respiratoires et une obstruction du flux d'air, une constriction clairement généralisée des voies respiratoires n'est pas bénéfique pour la respiration ou la santé. En effet, le rétrécissement envahissant des voies respiratoires et l'hyperréactivité des muscles lisses des voies respiratoires sont considérés comme une caractéristique physiopathologique cardinale de l'asthme. L'ablation de régions localisées des muscles lisses des voies respiratoires par application de chaleur est actuellement appliquée comme traitement de l'asthme (8) , et l'utilisation de la thérapie génique pour inactiver le mécanisme contractile des muscles lisses des voies respiratoires a été proposée comme traitement de l'asthme. (9) . Le fait que la constriction généralisée des muscles lisses des voies respiratoires ait des conséquences pathologiques a conduit à suggérer que les muscles lisses des voies respiratoires pourraient en fait être «l'appendice du poumon» - en substance, un organe vestigial sans fonction utile (10) !

Si le muscle lisse des voies respiratoires remplit une fonction utile, quelle pourrait être cette fonction ? La fonction normale du muscle lisse des voies respiratoires a été débattue pendant des décennies, et une variété de fonctions possibles ont été proposées pour cela (11) . Une fonction physiologique qui a été traditionnellement attribuée au muscle lisse des voies respiratoires est celle de moduler la distribution de la ventilation pour optimiser l'adaptation de la ventilation et de la perfusion. La contraction du muscle lisse dans les canaux alvéolaires et les petites voies respiratoires peut influencer de manière marquée la distensibilité des poumons. Ainsi, des modifications du tonus bronchomoteur pourraient influencer la distribution de la ventilation en modulant localement la compliance pulmonaire, améliorant ainsi l'homogénéité de l'expansion pulmonaire. Un mécanisme supplémentaire par lequel le muscle lisse des voies respiratoires pourrait réguler la distribution de la ventilation est l'altération du tonus des voies respiratoires induite par des changements de CO2. En tant que CO2 provoque la relaxation des muscles lisses des voies respiratoires (12) , une ventilation inadéquate des unités pulmonaires locales qui entraîne une accumulation de CO2 peuvent entraîner une dilatation des voies respiratoires et ainsi améliorer la ventilation des unités pulmonaires qu'elles desservent. D'autres fonctions ont été proposées pour le muscle lisse des voies respiratoires, parmi lesquelles : qu'il protège les voies respiratoires d'une distension excessive ou d'une distorsion pendant la respiration (13) qu'il optimise le volume de l'espace mort anatomique (1,14) qu'il aide à la clairance muqueuse en modulant la localisation et étendue de la compression des voies respiratoires pendant la toux (11) qu'elle aide à l'expiration ou à la propulsion muqueuse par le péristaltisme (15) qu'elle stabilise les grandes voies respiratoires pendant la toux (6) . Les critiques soutiennent que même si certains de ces arguments peuvent être plausibles, il est difficile de présenter un argument convaincant pour l'un d'entre eux sur la base des preuves expérimentales disponibles (10,16) .

Des progrès récents dans l'étude du muscle lisse des voies respiratoires ont permis de reconnaître qu'il possède des propriétés physiologiques complexes au-delà de celles de simplement se contracter et se détendre en réponse à une stimulation externe - ces découvertes peuvent améliorer nos perspectives sur la fonction normale du muscle (17-20 ) . La contractilité du muscle lisse des voies aériennes et ses propriétés matérielles sont très malléables et sont modulées dynamiquement en réponse aux forces qui lui sont imposées (18,19,21) . Dans les poumons, cela peut être une propriété critique, car le processus de respiration crée un environnement dans lequel les forces physiques imposées aux voies respiratoires changent constamment, et le calibre et la rigidité des voies respiratoires doivent être ajustés dynamiquement pour s'adapter aux changements de volume pulmonaire. et les schémas ventilatoires. En outre, le muscle lisse des voies respiratoires est maintenant largement reconnu comme un organe synthétique, capable de produire et de sécréter des composés immunomodulateurs et autres en réponse à une variété de stimuli externes (20) . Son statut phénotypique est également dynamique - les cellules musculaires lisses des voies respiratoires peuvent passer activement d'un état contractile à un état synthétique en réponse à de multiples signaux de l'environnement local, tels que des stimuli mécaniques et des interactions avec la matrice tissulaire (20,22) . Les conditions physiopathologiques des voies respiratoires telles que l'asthme entraînent des altérations de toutes ces propriétés : l'asthme est associé à une hypersensibilité accrue des voies respiratoires aux stimuli contractiles, à des altérations de sa réponse aux forces mécaniques pendant la respiration et à une sécrétion accrue de médiateurs inflammatoires et à la modulation de ses propriétés structurelles. Le degré auquel les altérations de ces fonctions sont interdépendantes et sous-tendent les caractéristiques physiopathologiques de l'asthme font l'objet d'une enquête intensive. Il ne fait aucun doute qu'une meilleure compréhension des propriétés fonctionnelles générales du muscle lisse des voies respiratoires peut fournir de nouvelles informations sur le rôle du muscle lisse des voies respiratoires dans la fonction pulmonaire normale.


Pourquoi y a-t-il du muscle lisse dans nos bronchioles ? - La biologie

Le système respiratoire se compose de deux divisions avec des éléments structurels distincts qui reflètent leurs fonctions uniques. Ceux-ci inclus:

  • Les voies aériennes conductrices, qui servent à conduire, nettoyer, réchauffer et humidifier l'air. Cette partie est composée du nez, du pharynx, du larynx, de la trachée, des bronches et des bronchioles.
  • Les voies respiratoires, qui facilitent les échanges gazeux. Ceux-ci sont situés entièrement dans le poumon et sont représentés par des bronchioles respiratoires, des canaux alvéolaires, des sacs alvéolaires et des alvéoles.

Conduite des voies aériennes

L'épithélium qui tapisse les voies respiratoires de la fosse nasale aux bronches s'appelle la muqueuse respiratoire et se caractérise par un épithélium cilié pseudostratifié avec d'abondantes cellules non ciliées appelées cellules caliciformes. Dans la lamina propria, il y a des glandes séromuqueuses mixtes (sécrétant des protéines et des muqueuses), du tissu lymphatique et des veines larges.

Les voies aériennes conductrices sont divisées en deux sections principales :

  • Les conduits d'air extrapulmonaires sont situés à l'extérieur des poumons et commencent par le nez, le pharynx et le larynx. La trachée est continue avec le larynx ci-dessus et les deux bronches primaires ci-dessous. C'est l'armature de soutien pour 16-20 cartilages hyalins en forme de C. Ces "bracelets" cartilagineux sont ouverts sur la paroi postérieure de la trachée adjacente à l'œsophage. Un faisceau de fibres musculaires lisses comble le fossé entre les deux extrémités du cartilage.
  • Les conduits d'air intrapulmonaires s'étendent des bronches intralobaires aux bronchioles terminales. Lorsque les bronches pénètrent dans le poumon, les cartilages en forme de C qui caractérisent la trachée et les bronches primaires sont remplacés par des plaques irrégulières ou du cartilage qui entourent complètement le tube musculaire cylindrique des voies respiratoires. Le cartilage disparaît dans les bronchioles terminales, qui se sont rétrécies à un diamètre de 1 millimètre. Les bronchioles terminales ont initialement un épithélium cylindrique cilié qui se transforme rapidement en un épithélium cubique bas. Les glandes muqueuses et séromuqueuses et le tissu lymphatique diffus sont associés à des bronches plus petites mais ne se trouvent pas en aval de la région où il y a une perte de plaques cartilagineuses.

Voies respiratoires

Les voies respiratoires s'étendent des bronchioles respiratoires aux alvéoles.

  • Les bronchioles respiratoires ont un diamètre de 0,5 millimètre et comportent quelques alvéoles dispersées le long de leurs parois. L'épithélium reste ici faiblement cubique. Chaque bronchiole respiratoire se ramifie en 2 à 11 canaux alvéolaires qui contiennent encore des fibres musculaires lisses dans leurs parois. Le long de ces parois, les canaux alvéolaires donnent naissance à des alvéoles uniques et à de nombreux sacs alvéolaires auxquels s'associent 2 à 4 alvéoles. L'espace à l'entrée du canal alvéolaire à un sac alvéolaire est appelé l'oreillette.
  • Les alvéoles peuvent être étudiées plus facilement dans les préparations de poumon expansé, en particulier dans les zones où les érythrocytes ont été retenus dans les capillaires. Les alvéoles ont une forme de coupe distincte séparée par des parois en forme de boucle ou de croissant appelées septa interalvéolaires. Les cloisons interalvéolaires contiennent une myriade de capillaires.

L'interface entre la lumière capillaire et l'épithélium alvéolaire est connue sous le nom de barrière air-sang. La barrière est constituée de l'endothélium du capillaire, de l'épithélium de l'alvéole et de leur membrane basale commune.

L'épithélium de surface des alvéoles contient deux cellules liées au développement mais fonctionnellement distinctes, appelées pneumocytes. Les pneumocytes de type I sont des cellules à vésicules atténuées qui tapissent les parois alvéolaires près des capillaires. Seuls leurs noyaux aplatis peuvent être reconnus avec certitude par microscopie optique. Les pneumocytes de type II sont cubiques et se produisent seuls ou en petits amas entre les cellules de type I. Ils contiennent des corps multilamellaires de 0,2 à 1 micron de large qui contiennent une teneur élevée en phospholipide qui est le précurseur du surfactant pulmonaire, qui interfère avec la tension superficielle dans les alvéoles qui les entraînerait autrement à s'effondrer. On pense également que les cellules Club (Clara) participent à la synthèse du surfactant. Les cellules de type II servent de précurseurs aux cellules de type I.

Là où il n'y a pas de capillaires, le septum alvéolaire contient des fibroblastes, du collagène, des fibres élastiques, des cellules musculaires lisses et des macrophages appelés cellules à poussière. Les pores alvéolaires sont également remarquables, qui égalisent la pression de l'air entre les alvéoles.

Système circulatoire du poumon

Des branches de l'artère pulmonaire accompagnent les bronches jusqu'au niveau des bronchioles respiratoires. De là, ils se ramifient en un vaste réseau de capillaires suspendus à l'intérieur des parois alvéolaires. Les veinules issues de ces capillaires se rejoignent dans le tissu conjonctif intersegmentaire et se jettent plus tard dans les veines pulmonaires. Les bronches et les cloisons du tissu conjonctif dans le poumon sont vascularisées par des branches des artères bronchiques, qui font partie du système circulatoire systémique. Ces deux systèmes s'anastomosent au niveau des alvéoles issues des bronchioles respiratoires.


Emplacement et structure

Situées dans les poumons, les bronchioles sont des structures tubulaires d'environ 1 mm de diamètre [4] , constituées de tissus conjonctifs et de quelques muscles lisses qui maintiennent les tubes ouverts. Ceux-ci se divisent en plus petits tubules, qui à leur tour continuent à se subdiviser jusqu'à ce qu'ils atteignent les alvéoles. La plupart des parties des bronchioles sont tapissées de tissus épithéliaux pseudostratifiés ciliés ou cubiques contenant des cellules caliciformes.

Bronchioles lobulaires

Aussi appelées bronchioles préterminales, chaque bronchiole lobulaire se ramifie en plusieurs bronchioles terminales après être passée dans un lobule pulmonaire [5] .

Bronchioles terminales

Des tubules plus petits d'environ 0,5 mm de diamètre, avec un épithélium cubique cilié (il n'y a pas de cellules caliciformes) [6] . Comme leur nom l'indique, ceux-ci sont considérés comme la dernière structure conductrice du système respiratoire humain, se terminant finalement par des bronchioles respiratoires [6, 7]

Histologie des bronchioles terminales

Bronchioles respiratoires

La division finale des bronchioles, celles-ci se terminent par 2 à 11 canaux alvéolaires [7, 8] , entourés des protéines élastine et collagène, et des muscles lisses, chacun menant à un sac alvéolaire. Ces sacs contiennent de multiples alvéoles, entourées de vaisseaux sanguins du système pulmonaire [9] . Des cellules épithéliales cubiques ciliées tapissent les bronchioles respiratoires, tandis que certaines cellules non ciliées, appelées cellules clara, sont également présentes [6] .

Les particules de poussière et les germes présents dans l'air inhalé se collent au mucus sécrété par les cellules caliciformes de l'épithélium, de sorte que les cils peuvent le « balayer » vers le haut pour être excrétés par la cavité buccale ou nasale [10].


Fonction du muscle lisse

Comme tout tissu musculaire, la fonction du muscle lisse est de se contracter. L'image ci-dessus montre comment les fibres d'actine et de myosine se raccourcissent, rétrécissant efficacement la cellule. Cependant, il existe des différences importantes dans la façon dont le muscle lisse se contracte par rapport à d'autres types de muscle. Dans le muscle squelettique, un signal du système nerveux somatique traverse le muscle, où il stimule les organites de la cellule musculaire pour libérer du calcium. Le calcium provoque le détachement d'une protéine de l'actine et la myosine se lie rapidement à l'ouverture de l'actine. Comme il y avait toujours de l'ATP disponible, la myosine l'utilise pour contracter rapidement la cellule.

La même chose n'est pas vraie dans le tissu musculaire lisse. Dans le muscle lisse, la contraction n'est pas contrôlée volontairement par le système nerveux somatique, mais par des signaux du système nerveux autonome, tels que les impulsions nerveuses, les hormones et d'autres produits chimiques libérés par des organes spécialisés. Le muscle lisse est spécialisé pour se contracter de manière persistante, contrairement au muscle squelettique qui se contracte et se relâche rapidement. Au lieu d'un déclencheur de calcium qui déclenche une réaction de contraction, le muscle lisse a plus d'accélérateur, comme dans une voiture.

Une impulsion nerveuse ou un stimulus extérieur atteint la cellule, ce qui lui dit de libérer du calcium. Les cellules musculaires lisses n'ont pas de protéine spéciale sur l'actine qui empêche la myosine de se lier. Au contraire, l'actine et la myosine sont constamment liées. Mais, la myosine ne peut s'accrocher et ramper vers l'avant que lorsqu'elle reçoit de l'énergie. À l'intérieur des cellules musculaires lisses se trouve une voie complexe qui permet au niveau de calcium de contrôler la quantité d'ATP disponible pour la myosine. Ainsi, lorsque le stimulus est supprimé, les cellules ne se détendent pas tout de suite. La myosine continue de se lier à l'actine et de ramper le long des filaments jusqu'à ce que le niveau de calcium baisse.


Fonction des bronchioles

Les bronchioles servent de transition entre les grandes bronches supportées par du cartilage qui pénètrent dans les poumons et les minuscules canaux alvéolaires qui se connectent directement aux alvéoles. Les bronchioles transportent l'air riche en oxygène dans les poumons et transportent l'air riche en dioxyde de carbone hors des poumons, facilitant ainsi les processus de respiration et respiration. Le muscle lisse qui entoure les bronchioles peut resserrer ou dilater les voies respiratoires, ce qui peut aider à faire passer la bonne quantité d'oxygène dans le sang.


Matériaux et méthodes

Préparation des tissus et appareils de mesure

L'appareil et la préparation des tissus ont été décrits précédemment (Herrera et al., 2002 Herrera et al., 2004). Le muscle lisse trachéal porcin (trachéale) a été utilisé pour les expériences. Les trachées ont été obtenues dans un abattoir local. La disposition parallèle in situ des cellules trachéales en faisceau et la faible tension au repos ont rendu la préparation idéale pour cette étude. Après prélèvement sur les animaux, les trachées ont été placées dans du sérum physiologique (PSS) à 4°C. Longueur in situ (Lin situ) d'une bande trachéale d'une attache cartilagineuse à l'autre a été mesurée avant que le cartilage en forme de C ne soit coupé. Une attention particulière a été portée à l'apparence de la couche épithélio-muqueuse de la trachée intacte : une couche épithéliale-muqueuse ridée indique généralement des cellules musculaires lisses contractées en dessous. Une telle trachée a été rejetée parce que la longueur in situ ne pouvait pas être mesurée avec précision. Une feuille rectangulaire de tissu musculaire lisse relâché à sa longueur in situ, exempte de tissu conjonctif, a été disséquée de la trachée. Le morceau de tissu a ensuite été coupé en plusieurs bandes le long des axes longitudinaux des faisceaux de cellules. Toutes les bandes utilisées dans une seule expérience avaient donc la même longueur initiale. Les préparations musculaires avaient une dimension ∼ 11 x 1 x 0,3 mm. Les bandes de muscle ont été fixées à des clips en papier d'aluminium aux deux extrémités et montées dans un bain musculaire. Une extrémité de la bande était connectée à un crochet fixe et l'autre extrémité à un transducteur de longueur/force (système de levier) avec un niveau de bruit de <0,1 mN et une conformité de ∼1 m/mN (QJin Design, Winnipeg, Canada ). Le système de levier contrôlé par ordinateur était capable de mesurer la force musculaire soit à une longueur constante (force isométrique), soit de permettre au muscle de se raccourcir sous une charge constante (contraction isotonique), ou d'appliquer un changement de longueur au muscle à tout moment prédéterminé. temps. Un changement de longueur d'étape a été effectué en moins de 100 millisecondes.

Avant qu'une préparation trachéale ne soit prête pour l'expérimentation, elle a été équilibrée pendant environ 1 heure à une durée prédéterminée (0,75, 1,0 ou 1,5 Lin situ). Pendant la période d'équilibration, le muscle a été stimulé électriquement périodiquement pour produire un tétani de 12 secondes à des intervalles de 5 minutes. La préparation était considérée comme équilibrée lorsqu'elle développait une force tétanique isométrique maximale stable avec une tension au repos négligeable. Les raccourcissements isotoniques ont tous été initiés dans un état isométrique, c'est-à-dire que le muscle a été stimulé de manière isométrique et ce n'est que lorsque la force active développée a atteint le niveau d'une charge isotonique prédéfinie que le muscle a été autorisé à se raccourcir de manière isotonique. Pendant la relaxation, le muscle n'a pas été autorisé à s'allonger au-delà de la longueur isométrique prédéfinie. La stimulation du muscle a été fournie électriquement avec un courant alternatif de 60 Hz à une tension (20 V) qui a suscité une réponse maximale des préparations musculaires. Le début et la durée de la stimulation étaient contrôlés par ordinateur. Le bain musculaire contenait du PSS à pH 7,4 à 37°C et aéré avec un mélange gazeux contenant 5% de CO2/95% O2. Le PSS avait une composition de 118 mM de NaCl, 4,5 mM de KCl, 1,2 mM de NaH2Bon de commande4, NaHCO 22,5 mM3, 2 mM de MgSO4, 2 mM de CaCl2 et 2 g/l de dextrose.

Détermination de la relation entre la longueur musculaire activement raccourcie et la force active associée

Dans une contraction isotonique (c'est-à-dire une contraction sous charge constante), un muscle se raccourcira dynamiquement jusqu'à ce que le système atteigne un équilibre mécanique statique. Le raccourcissement s'arrête lorsque la génération de force statique du muscle est égale à celle de la charge appliquée. Cet équilibre de force statique se produit au plateau d'une contraction isotonique où la vitesse de raccourcissement est nulle. En appliquant différentes charges isotoniques au muscle, les longueurs raccourcies correspondantes (aux plateaux) peuvent être mesurées. Dans cette étude, une série de charges isotoniques allant de 10 à 90 % de la force isométrique maximale (Fmax) ont été appliqués à un muscle pour obtenir les longueurs raccourcies au maximum correspondantes, et ainsi obtenir la relation longueur-force pour la préparation musculaire.

Dans les expériences où un étirement rapide a été appliqué au muscle suivi d'une contraction isotonique, le changement de longueur rapide a été accompli par la rotation du levier d'asservissement auquel le muscle était attaché, en utilisant la fonction de changement de longueur de l'appareil. Le changement de longueur s'est produit 10 secondes avant la stimulation du muscle pour permettre à la réponse viscoélastique passive du tissu de s'installer. La force isométrique maximale (Fmax) obtenue à partir d'une contraction immédiatement après un étirement rapide était légèrement inférieure à la Fmax obtenu sans étirement rapide. Pour chaque préparation, le Fmax post-étirement a été déterminé, et dans la contraction isotonique qui a suivi, la charge isotonique a été calculée en fonction du post-étirement Fmax.

Analyse des relations force-vitesse et force-pouvoir

Dans nos expériences, le taux maximal de raccourcissement s'est produit vers le début d'une contraction isotonique. Pour chaque charge isotonique, nous avons mesuré le taux maximal de raccourcissement, et la paire de données a constitué un point force-vitesse. Cinq de ces points ont été obtenus à des charges isotoniques de 10, 30, 50, 70 et 90 % de Fmax. Étant donné que la vitesse de raccourcissement du muscle lisse est fonction à la fois de la charge et du temps (Dillon et al., 1981 Seow et Stephens, 1986), la courbe force-vitesse obtenue avec la présente méthode ne représente pas la force-vitesse standard (ou conventionnelle). relation du muscle en raison du fait que les vitesses ont été mesurées à différents moments après la stimulation. La raison pour laquelle les vitesses ont été mesurées à différents moments dans la présente étude était que le début de la contraction isotonique était dépendant de la charge, c'est-à-dire plus la charge est élevée, plus le début est tardif. Dans cette étude, nous n'étions pas intéressés à obtenir la relation force-vitesse standard du muscle, nous voulions comparer les vitesses d'un même muscle adaptées à différentes longueurs.

Détermination de la relation entre la charge isotonique et la quantité de raccourcissement dans un muscle adapté à différentes longueurs

Dans ce groupe d'expériences, nous avons déterminé la relation longueur-force de préparations trachéales qui ont été équilibrées pendant environ 1 heure à l'une des deux longueurs : 1,5 fois la longueur in situ (Lin situ) et 0,75 Lin situ. Six préparations musculaires de six porcs ont été utilisées pour ce groupe d'expériences. Trois des préparations musculaires ont été équilibrées à 0,75 Lin situ les trois autres à 1,5 Lin situ. Cinq charges isotoniques (comme mentionné ci-dessus) ont été utilisées pour générer une courbe décrivant la relation entre la charge isotonique et la quantité maximale correspondante de raccourcissement. À des charges plus légères (<50% Fmax) le raccourcissement maximal a été atteint en moins de 12 secondes de stimulation à des charges plus lourdes, un temps de stimulation plus long (jusqu'à 27 secondes) était nécessaire pour obtenir un raccourcissement maximal. Il convient de souligner que le véritable plateau d'une contraction isotonique peut ne pas être obtenu s'il y a une adaptation continue du muscle au changement de longueur. Le protocole décrit ci-dessus excluait donc les effets d'une adaptation de longueur lente qui pourraient survenir lors d'une contraction prolongée. Pour les préparations musculaires équilibrées à 1,5 Lin situ, la relation longueur-force a d'abord été obtenue avec le raccourcissement musculaire (contre les cinq charges isotoniques, appliquées aléatoirement) à partir de la longueur initiale de 1,5 Lin situ. Les mêmes préparations ont ensuite été réadaptées à 0,75 Lin situ jusqu'à ce que leur force isométrique atteigne un niveau maximal stable. Ce processus (appelé adaptation de la longueur) a pris environ 30 à 40 minutes et consistait en six à huit contractions isométriques (tétani de 12 secondes) déclenchées à des intervalles de 5 minutes. La relation longueur-force a ensuite été obtenue avec le raccourcissement musculaire de 0,75 Lin situ contre cinq charges isotoniques (10-90% Fmax comme auparavant, le Fmax cependant était celui obtenu à 0,75 Lin situ). Entre les contractions isotoniques, au moins une contraction isométrique a été provoquée pour déterminer le niveau de force isométrique. Le raccourcissement à de faibles charges isotoniques a souvent entraîné une réduction de la force isométrique de la contraction isométrique subséquente. Plusieurs tetani isométriques (à des intervalles de 5 minutes) étaient souvent nécessaires pour ramener la force isométrique au niveau initial avant que la contraction isotonique ne soit déclenchée. Pour les préparations musculaires équilibrées à 0,75 Lin situ, les relations longueur-force ont été obtenues dans l'ordre inverse de celui décrit pour les préparations équilibrées à 1,5 Lin situ. C'est-à-dire qu'une relation longueur-force a d'abord été obtenue à 0,75 Lin situ, suivi d'une réadaptation de la même préparation musculaire à 1,5 Lin situ puis obtenir la relation longueur-force pour cette longueur. Les résultats des deux groupes n'étaient pas statistiquement différents et ont été combinés dans l'analyse finale.

Microscopie électronique (EM)

Les préparations musculaires ont été fixées pour l'EM en utilisant un protocole conventionnel décrit précédemment (Herrera et al., 2002 Qi et al., 2002). En bref, les préparations musculaires ont été fixées avec la solution de fixation primaire (voir ci-dessous pour plus de détails) pendant 15 minutes alors qu'elles étaient encore attachées à l'appareil expérimental. On a pris soin de ne pas perturber physiquement le tissu pendant la fixation initiale. Le tissu a ensuite été retiré de l'appareil et coupé en petits cubes et immergé dans la solution de fixation primaire pendant 2 heures supplémentaires à 4°C. La solution de fixation primaire contenait 2 % de glutaraldéhyde, 2 % de paraformaldéhyde et 2 % d'acide tannique dans du tampon cacodylate de sodium 0,1 M. Au cours du processus de fixation secondaire, les petits cubes de tissu ont été placés dans 1% d'OsO4 dans du tampon cacodylate de sodium 0,1 M pendant 2 heures. Le tissu a ensuite été coloré avec 1 % d'acétate d'uranyle, déshydraté avec des concentrations croissantes d'éthanol et noyé dans de la résine (mélange TAAB 812). Les blocs de résine ont été sectionnés avec un couteau en diamant pour obtenir des sections de 90 nm d'épaisseur. Les coupes (sur des grilles de cuivre) ont été encore colorées avec de l'acétate d'uranyle à 1 % et du citrate de plomb de Reynolds. Des images de sections minces de cellules musculaires lisses ont été obtenues à l'aide d'un microscope électronique Phillips 300.

Analyse morphométrique et statistique

L'échantillonnage et l'analyse ont été effectués "à l'aveugle". Les codes indiquant les conditions expérimentales n'ont été révélés qu'une fois l'analyse de chaque groupe terminée. Un logiciel d'analyse d'images spécialisé (Image Pro-Plus 3.0) a été utilisé pour faciliter le comptage manuel des filaments épais en marquant et en gardant une trace du nombre de filaments comptés (comptage des points de repère). Le logiciel a également aidé à déterminer la distance entre deux points et les mesures de surface.

L'analyse statistique et la comparaison entre les groupes de données ont été effectuées par ANOVA à un facteur ou par Student t-test. Pour les mesures morphométriques, les données de chaque animal ont d'abord été moyennées avant que les moyennes des différents animaux ne soient moyennées. Les valeurs ont été exprimées en moyenne ± s.e.m. Le niveau de signification statistique a été fixé à P<0.05.


Les patients hiPSC identifient l'arylacétamide désacétylase du muscle lisse vasculaire comme protecteur contre l'athérosclérose

Bien que la susceptibilité aux maladies cardiovasculaires (MCV) soit différente pour chaque patient, la raison pour laquelle certains patients atteints de diabète de type 2 (DT2) développent une maladie cardiovasculaire alors que d'autres sont protégés n'a pas encore été clarifiée. Using T2DM-patient-derived human induced pluripotent stem cells (hiPSCs), we found that in patients protected from CVD, there was significantly elevated expression of an esterase, arylacetamide deacetylase (AADAC), in vascular smooth muscle cells (VSMCs). We overexpressed this esterase in human primary VSMCs and VSMCs differentiated from hiPSCs and observed that the number of lipid droplets was significantly diminished. Further metabolomic analyses revealed a marked reduction in storage lipids and an increase in membrane phospholipids, suggesting changes in the Kennedy pathway of lipid bioassembly. Cell migration and proliferation were also significantly decreased in AADAC-overexpressing VSMCs. Moreover, apolipoprotein E (Apoe)-knockout mice overexpressing VSMC-specific Aadac showed amelioration of atherosclerotic lesions. Our findings suggest that higher AADAC expression in VSMCs protects T2DM patients from CVD.

Mots clés: cardiovascular disease, diabetes, induced pluripotent stem cell, disease modeling, lipid metabolism, cholesterol, Kennedy pathway, arylacetamide deacetylase, vascular smooth muscle cell, endothelial cell.


Species Differences

Between species the diameter of the bronchi and bronchioles vary greatly and more significantly than the variations of the trachea. The number of bronchial divisions before bronchioles are present varies by species - small mammals such as mice may have only 4/5 generations, whereas 12+ may be necessary in larger animals. Avian respiration is very different to that of mammals. The respiratory systems of non-homeotherms are also very different to that of mammals.


Each lung has a primary Bronchi, the left, and right Bronchus. These give rise to the secondary bronchi., which in turn gives rise to the tertiary bronchi. The tertiary bronchi divide into bronchioles. These are different from the tertiary bronchi, where their walls do not have hyaline cartilage ( a cartilage that is transparent) and have club cells ( dome-shaped cells found in the bronchioles of the lungs) in their epithelial lining. The epithelium changes from a simple ciliated columnar epithelium to a simple ciliated cuboidal epithelium , as the bronchioles keep decreasing in size. These bronchioles rely on elastic fibers, instead of a hyaline cartilage in order to maintain their patency. The inner lining of the bronchioles is thin, and has no gland, being surrounded by a smooth muscle. The bronchioles keep getting smaller as they divide into terminal bronchioles, marking the end of the conducting zone. Alveoli become present only when the conducting zone changes into the respiratory zone.

The terminal Bronchiole is the farthest segment of the conducting zone, branching off the lesser bronchioles. Both the terminal bronchiole divide to form the respiratory bronchioles, containing a small number of alveoli. These bronchioles contain a limited amount of ciliated cells and no goblet cells.

The respiratory bronchioles are the narrowest passageways of the lungs, a fifteenth of an inch breadth. The bronchus divides several times before they evolve into the bronchioles. These bronchioles deliver air to the surface of the lungs. The alveolar ducts are the farthest continuations of the respiratory bronchioles.

Bronchoconstriction, narrowing of the bronchioles may occur due to inhalation of toxic fumes, allergic agents, cold air and other irritants. By this, the body keeps the irritants in check. On the other hand, Bronchodilation is the process of the widening of the bronchioles. Adrenaline (the hormone that is released to counter stress) serves to dilate these passageways.