Michael Shiloh étudiait la tuberculose depuis environ deux décennies lorsqu’il a commencé à se poser une question apparemment fondamentale : qu’est-ce qui fait tousser les personnes atteintes de tuberculose ? Il s’agit du symptôme caractéristique de la maladie et d’un mode de transmission principal, mais malgré une formation en tant que médecin spécialiste des maladies infectieuses et de nombreuses années passées à sonder l’agent pathogène en tant que chercheur, Shiloh s’est rendu compte qu’il ne savait pas. Une recherche rapide dans la littérature a suggéré que “essentiellement rien n’avait été étudié à ce sujet, du moins pas au niveau moléculaire”, dit-il.
Élucider le rôle de la toux dans la maladie signifie d’abord apprécier son rôle dans la santé. “La toux est l’un de ces processus défensifs critiques que nous devons nettoyer le système respiratoire”, explique Stuart Mazzone, neuroscientifique à l’Université de Melbourne. Mais cela contribue également à la propagation de la maladie, comme l’ont décrit les recherches de Shiloh, maintenant au centre médical du sud-ouest de l’Université du Texas, et d’autres. Et un contrôle dysfonctionnel de la toux – entraînant trop de toux ou pas assez – peut entraîner de graves problèmes de santé.
Voici un aperçu de comment et pourquoi nous toussons, et certaines des façons dont la toux peut mal tourner.
Qu’est-ce que le réflexe de la toux et comment ça marche ?
Un matin récent, la chercheuse Karen Hegland a littéralement inhalé une partie de son petit-déjeuner. “J’ai aspiré mon café, toussé comme un fou, mais j’ai réussi à nettoyer mes poumons”, explique Hegland, un orthophoniste qui étudie la fonction de toux et de déglutition à l’Université de Floride. Une expérience courante, une telle toux est un puissant rappel de l’importance des études réflexes de Hegland. Sans qu’elle y pense, ce réflexe est entré en action, prévenant potentiellement l’inflammation et l’infection des voies respiratoires pouvant résulter de l’inhalation d’aliments ou de boissons.
Le réflexe de la toux peut également être déclenché par une gamme de produits chimiques, comme ceux contenus dans la fumée de cigarette ou de feu de forêt, ainsi que des gaz toxiques et le suc de l’estomac qui peuvent parfois revenir dans les voies respiratoires lors d’un épisode de reflux acide. Lorsque vous toussez, “vos voies respiratoires, parce qu’elles sont si importantes pour vous, se protègent contre les dommages associés à l’aspiration du contenu gastrique oral ou de matières nocives”, explique Shiloh.
Les récepteurs sur l’un des nombreux types de neurones qui serpentent à travers la muqueuse des voies respiratoires déclenchent le réflexe de la toux. Certains neurones détectent des stimuli chimiques et d’autres sont mécanosensoriels, détectant la pression de quelque chose comme un peu de nourriture, un autre objet étranger ou un liquide comme le café de Hegland.
Lorsqu’ils sont activés, les neurones envoient des signaux à la base du cerveau – le tronc cérébral – pour initier une toux, qui réagit brièvement activité respiratoire normale en trois phases rapides et coordonnées. Tout d’abord, une forte inspiration. Ensuite, fermeture de l’espace entre les cordes vocales, appelé glotte, et contraction des muscles abdominaux et de la cage thoracique pour créer une pression dans la poitrine. Enfin, ouverture de la glotte pour libérer une soudaine bouffée d’air comprimé.
En plus de cette activité réflexive entre les neurones des voies respiratoires et le tronc cérébral, les processus cérébraux d’ordre supérieur ajoutent plus de complexité au contrôle de la toux ; ils permettent par exemple de tousser exprès, ou de ressentir une envie de tousser et de la supprimer au moins temporairement, évitant ainsi une crise intempestive lors d’un moment clé dans une salle de cinéma.
Tousser quand on est malade sert-il à quelque chose ?
Lors d’une infection respiratoire, la toux permet d’évacuer les mucus et d’autres sécrétions, qui peuvent prolonger l’infection et, si elles durent longtemps, augmenter les risques de lésions des voies respiratoires. “La toux est une chose protectrice dans ces circonstances”, déclare Anne Chang, pneumologue pédiatrique à l’Université de technologie du Queensland à Brisbane, en Australie.
Mais au-delà de l’élimination physique des sécrétions respiratoires, on ne sait toujours pas si la toux nous aide à combattre une infection, et donc si les médicaments antitussifs pourraient ralentir la guérison. Cela n’a pas été bien étudié, dit Shiloh. Certes, la suppression de la toux pourrait bloquer la transmission à d’autres personnes parmi vous et également vous aider à dormir, dit-il. Mais, ajoute-t-il, “peut-être que vous gardez le matériel infectieux et le matériel inflammatoire dans vos poumons et que cela crée un terrain fertile pour plus d’organismes. Personne ne le sait.”
Que ce soit une bonne idée de prendre des antitussifs dépend probablement du fait que vous ayez une toux grasse ou sèche. “Bloquer une toux très productive n’est probablement pas une chose sage”, déclare Mazzone. Mais “une toux sèche et saccadée ne sert pas vraiment l’objectif de la clairance”. Supprimer ce type de toux ne semble pas être nocif, dit-il. (En raison du risque d’effets secondaires graves, les antitussifs en vente libre et autres médicaments contre le rhume ne sont pas recommandés pour les enfants de moins de 4 ans, cependant.)
Comment les agents pathogènes déclenchent-ils une toux ?
Lorsque Shiloh a commencé à réfléchir à la cause profonde de la toux qui accompagne une infection tuberculeuse, il a eu l’idée que la bactérie qui la cause, Mycobacterium tuberculosis, pourraient fabriquer des molécules qui déclenchent les neurones sensoriels de la toux. Avec un assistant de recherche déterminé et d’autres collaborateurs, il s’est mis au travail à la recherche de candidats.
Après quelques impasses, ils ont identifié une molécule appelée sulfolipide-1, présente dans la membrane externe et la paroi cellulaire de la bactérie. Lorsqu’ils ont exposé des cobayes en bonne santé au sulfolipide-1 en aérosol, les animaux ont toussé. Mais lorsqu’ils ont été infectés par une souche de M. tuberculose dépourvus de sulfolipide-1, les cobayes toussaient à peine, a rapporté l’équipe dans le journal Cellule en 2020.
La fabrication de sulfolipide-1 peut être une stratégie de la part de M. tuberculose pour améliorer sa propre transmission vers de nouveaux hôtes en propagation aérienne, dit Shiloh. Pour examiner cela, lui et ses collègues testent maintenant la facilité avec laquelle M. tuberculose les souches avec et sans sulfolipide-1 sont transmises de cobayes infectés à des cobayes sains. La compréhension de ces voies pourrait ouvrir la voie au développement de médicaments ciblés contre la toux qui pourraient aider à prévenir la propagation de la tuberculose, dit-il.
La toux est un symptôme de nombreuses autres infections bactériennes et virales contagieuses, et la façon dont elles peuvent directement ou indirectement stimuler la toux varie probablement dans une certaine mesure, dit Shiloh. D’autres membres de la Mycobactérie genre, qui peut provoquer une toux chronique chez les personnes atteintes de maladies telles que le VIH ou la fibrose kystique, ne fabriquent pas de sulfolipide-1, alors Shiloh souhaite savoir si ces bactéries fabriquent leurs propres molécules uniques déclenchant la toux. La recherche sur Bordetella coqueluchequi provoque la coqueluche, a commencé à révéler un mécanisme complexe impliquant plusieurs molécules qui agissent en coopération pour provoquer la toux, mais les voies de nombreux autres pathogènes bactériens restent floues.
Comparés aux bactéries, les virus ont un génome très réduit, ils sont donc moins susceptibles d’avoir la capacité de fabriquer des molécules spécifiques pour provoquer la toux et d’utiliser probablement d’autres stratégies, explique Shiloh. Plusieurs virus respiratoires ont été montrés chez des animaux et des expériences de culture cellulaire pour augmenter la production de récepteurs qui déclenchent le réflexe de la toux et stimulent sensibilité des animaux infectés aux stimuli de la toux.
Tous les signaux de tousser ne proviennent pas directement des envahisseurs. Les cellules immunitaires de l’organisme réagissent aux infections respiratoires, qu’elles soient virales, bactériennes ou fongiques, en sécrétant des molécules inflammatoires telles que des cytokines, des prostaglandines et des leucotriènes. Ceux-ci peuvent provoquer la toux en ajustant les récepteurs des neurones sensoriels des voies respiratoires, explique Shiloh, qui, avec Mazzone et le co-auteur Kubra Naqvi, a résumé la compréhension actuelle de la façon dont les infections respiratoires provoquent la toux dans le 2023 Revue annuelle de physiologie.
Pourquoi la toux persiste-t-elle parfois si longtemps ?
Même après que les infections virales ont été éliminées des voies respiratoires, une toux peut parfois persister pendant des semaines, voire des mois, longtemps après la disparition des autres symptômes. C’est probablement en partie à cause de l’inflammation résiduelle de bas grade dans le système respiratoire, dit Mazzone.
Mais il y a aussi de plus en plus de preuves provenant d’études sur des animaux que les infections virales, en particulier lorsqu’elles sont plus graves, peuvent provoquer une inflammation non seulement dans les poumons, mais aussi dans le long nerf vague qui relie les organes vitaux au cerveau, transportant des faisceaux de fibres nerveuses qui régulent de nombreuses fonctions de base, y compris le réflexe de la toux. “On pense que c’est un facteur qui explique pourquoi certaines personnes ont cette neuro-hypersensibilité persistante qui dure beaucoup plus longtemps que l’infection virale elle-même. C’est parce que ces nerfs restent enflammés et que cela prend du temps à disparaître”, explique Mazzone.
Et cela peut garder une toux persistante, souvent avec une sensibilité accrue, de sorte qu’un stimulus plus petit que la normale – une bouffée de parfum, une infime quantité de poussière ou de fumée, même parler ou rire – déclenche une toux.
Que se passe-t-il si le réflexe de la toux ne fonctionne pas correctement ?
Tout comme un réflexe de toux hyperactif peut être problématique, il en va de même pour un réflexe sous-actif. Le réflexe est immature chez les jeunes enfants – et cela, combiné à leur propension à mettre de petits objets dans leur bouche, les expose à un plus grand risque d’étouffement et d’aspiration d’objets dans leurs poumons, explique le pneumologue pédiatrique Chang.
Des corps étrangers peuvent parfois rester inaperçus dans les poumons des enfants pendant des années, provoquant une obstruction, une inflammation et, accessoirement, une toux chronique. Chang a retiré des noix, des perles et des morceaux de ruban adhésif des voies respiratoires des enfants et a extrait une fois un coquillage qui était resté coincé dans les poumons d’un adolescent pendant 14 ans, provoquant une mystérieuse toux et des lésions des voies respiratoires. C’est une des raisons pour lesquelles il est important de ne pas ignorer une toux chroniqueen particulier chez les enfants, dit-elle.
À l’autre extrémité de la vie, le réflexe de la toux peut s’affaiblir chez les personnes âgées, en particulier celles atteintes de maladies neurologiques comme la maladie de Parkinson. “Ils ont tendance à avoir à la fois une sensation émoussée du besoin de tousser, puis une sorte de flux d’air de toux désordonnés et faibles”, explique Hegland, l’orthophoniste. Le réflexe de toux dysfonctionnel peut contribuer au développement de la pneumonie par aspiration, qui est la principale cause de décès chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson.
Jusqu’à présent, la thérapie pour une fonction de toux affaiblie s’est concentrée sur le renforcement des muscles qui se contractent pour augmenter la pression atmosphérique et produire l’expiration forcée d’une toux, et cette formation s’est avérée utile dans une certaine mesure. Mais Hegland et sa collaboratrice Michelle Troche de l’Université de Columbia ont également développé et testé une thérapie qui cible la détection et la réponse des patients à un stimulus de toux, dans le but d’améliorer le réflexe de toux.
Dans un récent essai contrôlé randomisé, des patients atteints de la maladie de Parkinson ont utilisé soit l’entraînement des muscles expiratoires, soit la nouvelle thérapie sensorimotrice. Les participants sensorimoteurs ont respiré à travers un masque facial, à travers lequel ils ont reçu de petites quantités de capsaïcine en aérosol, le même produit chimique qui rend les piments épicés. La capsaïcine stimule également les neurones sensoriels de la toux et, aux faibles doses utilisées dans l’essai, provoque un chatouillement au fond de la gorge.
Après avoir ressenti ce chatouillement, les participants ont été invités à produire une toux suffisamment forte pour atteindre un flux d’air cible affiché sur un écran d’ordinateur. La thérapie a permis aux patients de s’exercer à remarquer et à répondre de manière appropriée aux signaux sensoriels émis par les neurones des voies respiratoires.
Dans une étude de 2022 publiée dans la revue Troubles du mouvement, Hegland, Troche et ses collègues ont rapporté que les deux types d’entraînement amélioraient les capacités de toux des patients atteints de Parkinson, mais l’entraînement sensorimoteur entraînait une plus grande envie de tousser en réponse au stimulus de la capsaïcine et un réflexe de toux plus fort. Hegland espère que la thérapie pourra aider les patients atteints de la maladie de Parkinson à protéger leurs voies respiratoires et à retrouver la fonction Boucle d’or de la toux : ni trop, ni trop peu, juste ce qu’il faut.
Cet article a été initialement publié dans Knowable Magazine le 28 juin 2023. Knowable Magazine est une entreprise journalistique indépendante d’Annual Reviews, un éditeur à but non lucratif dédié à la synthèse et à l’intégration des connaissances pour le progrès de la science et le bénéfice de la société. Inscrivez-vous à Knowable Magazine bulletin.
