Rechercher dans le site  |   Devenir membre
      Accueil       |      Forum     |    Livre D'or      |     Newsletter      |      Contactez-nous    |                                                                                                          Envoyer par mail  |   Imprimer

fr_badge_google_play.png

 
Pneumologie
Morphologie et morphométrie du poumon humain (Suite)
Cours de pneumologie
 

 

Morphométrie du poumon :

A - BUT DE L’ANALYSE QUANTITATIVE DU POUMON :

S’il s’agit d’établir une relation solide entre la structure et la fonction d’un poumon, il est évident qu’une simple analyse de sa morphologie, même ultrastructurale, ne peut suffire :

des données quantitatives sont indispensables.

En effet, si l’on s’imagine qu’une molécule d’oxygène doit passer de l’alvéole pulmonaire dans le sang, elle doit franchir une série d’obstacles, de barrières, qui offrent à son passage des résistances d’autant plus grandes que les distances à franchir sont longues.

D’autre part, plus la superficie de la barrière est grande, plus nombreuses sont les molécules à pouvoir franchir la barrière simultanément.

Cette réflexion montre qu’il est possible d’évaluer les capacités fonctionnelles d’un poumon sur les bases morphologiques quantitatives, telles que par exemple les épaisseurs des barrières respectives et la surface totale interne d’échanges gazeux.

C’est sur la base de telles considérations que Weibel publia en 1970- 1971 son modèle de capacité de diffusion pulmonaire morphométrique.

Le modèle s’appuie sur le principe de Fick, qui définit la résistance R d’un conducteur par ses dimensions, c’est-àdire sa section S et sa longueur (ou épaisseur) t selon la formule 1 :

R = K . t/S

La constante K correspond au coefficient de perméation qui dépend des caractéristiques du matériel du conducteur d’une part et du gaz en question d’autre part.

À part les coefficients physiques, tous les paramètres requis (surfaces, volume et épaisseurs) sont mesurables par des procédés morphométriques basés sur la stéréologie.

Grâce à ce modèle, il a été possible de tester des hypothèses diverses concernant les effets de modifications fonctionnelles sur la structure vice-versa (hypoxie, hyperoxie, entraînement physique, résection pulmonaire).

B - MORPHOMÉTRIE ET STÉRÉOLOGIE : DÉFINITIONS

Dans le contexte d’analyses quantitatives en histologie, deux termes sont très souvent employés comme synonymes : la morphométrie et la stéréologie.

La morphométrie, dans son sens le plus large, comprend toutes les formes de mesures servant à établir les dimensions des structures.

Donc, mesurer le volume d’un organe, la longueur d’un être humain ou employer des méthodes stéréologiques sur des coupes histologiques sont tous des procédés morphométriques.

Le terme de stéréologie est d’une signification plus restreinte.

La stéréologie se préoccupe d’analyser et d’établir les lois géométricostatistiques permettant d’obtenir des informations sur les dimensions et la forme des corps dans l’espace à partir de mesures faites sur des plans bidimensionnels.

En clair, l’histologiste ou le microscopiste tente de parvenir, par l’emploi de méthodes stéréologiques, à des connaissances quantitatives spatiales des corps qu’il examine en coupe.

Pour parvenir à l’analyse fonctionnelle du poumon décrite dans la section précédente, l’analyse stéréologique peut se limiter, à trois types de paramètres, soit à l’étude des volumes, des surfaces et des épaisseurs.

Il est clair que dans un contexte différent d’autres paramètres peuvent prévaloir.

C - MÉTHODES STÉRÉOLOGIQUES :

Dans le présent bref aperçu méthodologique, nous nous limitons à une courte introduction des principes de base et à la présentation des trois types de paramètres nécessaires à l’évaluation de la fonction pulmonaire.

1- Principes de base :

Les deux paramètres de base caractérisant une structure sont le volume et la surface. Les deux peuvent aisément être mesurés sur des coupes.

2- Estimation de la densité de volume :

C’est en 1847 déjà, que le géologue français Delesse démontra que la fraction de volume (= densité de volume, VVi) d’une composante i dans un volume déterminé s’obtient directement à partir de la densité de surface AAi qui, elle, correspond à la fraction de la surface totale occupée par la composante i sur la coupe (formule 2).

VVi = Ai/AT =A Ai

Cette fraction de surface peut être obtenue par un comptage de points, une méthode proposée en 1933 par Glagolev.

Ce dernier a démontré qu’il était possible de mesurer la fraction de surface AAi : en superposant sur une coupe un ensemble de points PT et en établissant le quotient entre le nombre de points Pi tombant sur la structure et PT selon la formule 3 :

VVi = i = Pi/PT

Cette méthode, si primitive qu’elle puisse paraître, s’est révélée extrêmement efficace, c’est-à-dire rapide et précise dans une comparaison directe de différentes méthodes permettant d’estimer AA.

3- Estimation de la densité de surface :

L’approche permettant de mesurer la surface d’une structure contenue dans un volume de référence (densité de surface), est un peu plus complexe que pour le paramètre précédent.

Le principe en a été découvert et indépendamment redécouvert plus de dix fois en géologie et en histologie.

La surface d’un corps spatial apparaît sur une coupe comme un tracé qui est d’autant plus long que la surface est grande.

Cette relation directe peut être mise à profit.

Il s’avère que la densité de surface SVi d’un corps est proportionnelle à la longueur des contours du corps sur la coupe (Bi), divisée par l’aire de référence mesurée (A), selon la formule 4 :

SVi = 4 . Bi/∏ . A

Pour obtenir SVi, il suffit donc de mesurer la longueur du tracé Bi dans l’aire de référence A, ce qui est possible par des méthodes différentes allant du simple curvimètre à la tablette à digitaliser.

Les méthodes manuelles couramment employées dans les analyses quantitatives ultrastructurales du poumon mettent à profit le principe de Buffon.

Il est possible de mesurer la longueur d’un tracé (Bi) dans une aire donnée (A) en superposant un système de lignes de longueur déterminée L, et en comptant le nombre d’intersections I des lignes avec le tracé selon la relation (formule 5) :

Bi/A = BAi = ∏/2. I/LT

Si l’on substitue B/A dans la formule 4, l’on obtient (formule 6) :

I/LT

ce qui signifie que la densité de surface SVi, est égale à deux fois le nombre d’intersections I entre le système de lignes et les contours des éléments à mesurer, divisé par la longueur totale LT des lignes du réseau stéréologique superposé.

4- Estimation de l’épaisseur d’une barrière :

Il est évident alors, que les parties minces de la barrière jouent pour la diffusion un rôle plus important que les parties épaisses.

Dans le modèle de Weibel, cela est pris en considération par l’emploi de la moyenne harmonique de l’épaisseur de la barrière sh, et non de la moyenne arithmétique qui, elle, reflète davantage la masse de tissu nécessaire à maintenir l’intégrité de l’appareil d’échanges gazeux.

D - PROBLÈMES MÉTHODOLOGIQUES :

Alors que les principes fondamentaux de la stéréologie sont simples, l’application pratique des méthodes stéréologiques au poumon peut présenter des difficultés ou des pièges qu’il faut connaître.

1- Espace de référence :

Mis à part les paramètres absolus mesurés directement sur la préparation, tels que, par exemple, les épaisseurs des barrières, les méthodes stéréologiques produisent des résultats relatifs, ce qui signifie qu’ils sont exprimés par rapport à un volume unitaire.

Le volume dans lequel on mesure est appelé volume ou espace de référence.

En général, ce dernier ne correspond pas au volume total de l’organe qui est composé de compartiments divers.

Comme seules les dimensions absolues des structures permettent d’évaluer les capacités fonctionnelles d’un organe, il est indispensable de déterminer à chaque fois le volume exact qu’occupe l’espace de référence dans l’organe en question.

Si nous voulons connaître, par exemple, le volume total des capillaires d’un poumon, il faut, pour avoir la résolution nécessaire, mesurer l’espace capillaire sur des micrographies électroniques.

Les blocs utilisés pour cet examen sont prélevés dans le parenchyme pulmonaire, compartiment dont sont exclues les structures qui ne contribuent pas à l’échange gazeux, telles que vaisseaux pulmonaires, voies respiratoires et éléments du tissu conjonctif.