physiologie animale 11

CIRCULATION SANGUINE

5. Composition et fonctions  du sang 

5.1 Composition du sang

Comme nous l'avons signalé au chapitre 1, le sang se différencie très tôt dans l'évolution animale comme un nouveau compartiment extracellulaire essentiel. Sa fonction initiale est de faciliter les échanges de matière entre des masses tissulaires devenant trop importantes pour que ces échanges restent assurés par diffusion. D'autres fonctions sont venues s'ajouter à celle-ci, qui font du sang un "organe" essentiel à plus d'un titre. Le sang va ainsi intervenir dans:

1) Les échanges gazeux (O2 et CO2) chez la plupart des espèces (voir chapitres 3 et 4).
2) Le transport d'éléments nutritifs et de produits terminaux du métabolisme considérés comme "déchets" (voir chapitres 5 et 6).
3) La communication entre cellules en acheminant les messagers chimiques, hormonaux et autres, synthétiser par différents tissus (voir chapitre 9).
4) L'équilibre acide-base de l'organisme et le contrôle du pH (voir chapitre 4).
5) Le mouvement au niveau de certains organes et la locomotion chez certaines espèces par modification de pression hydrostatique (voir chapitre 7).
6) Le transport de chaleur et la thermorégulation au niveau de l'organisme chez les homéothermes (oiseaux, mammifères) et au niveau de certains tissus chez différents pœcilothermes (autres espèces) (voir chapitre 12).
7) La défense de l'organisme au niveau cellulaire contre des éléments étrangers (voir chapitre 10).
8) L'osmorégulation chez de nombreuses espèces (voir chapitre 1).
9) La réparation de déchirures vasculaires par les phénomènes d'hémostase et de coagulation (voir 5.2 ci-après).

 

5.1. Composition du sang

Le sang est un liquide dans lequel peuvent flotter des cellules (éléments figurés) en plus ou moins grand nombre. Le liquide une fois débarrassé des éléments figurés porte généralement le nom de plasma sanguin. Chez bon nombre d'invertébrés, la quantité de cellules sanguines est très faible, le sang se résume essentiellement au plasma. Par son origine, le sang doit être considéré comme un tissu mésenchymateux dont les éléments cellulaires sont séparés par un liquide interstitiel, le plasma.

Le volume sanguin est extrêmement variable (cfr. chapitre 1); il est beaucoup plus important chez la plupart des invertébrés que chez les vertébrés.

5.1.1. Le plasma sanguin


Le plasma est un liquide contenant en solution ou en suspension divers sels minéraux (NaCl essentiellement, cfr. chapitre 1), ainsi que des composés organiques (substances nutritives, urée, protéines). La nature et la concentration des protéines plasmatiques sont très variable d'un groupe zoologique à l'autre. Les données concernant les invertébrés sont par ailleurs éparses et peu nombreuses. Nous nous concentrerons donc sur les vertébrés et plus particulièrement les mammifères.

Chez les vertébrés, les protéines plasmatiques sont assez concentrées et responsables du développement d'une pression oncotique non négligeable. Ce facteur joue un rôle important dans les mouvements d'eau au niveau des capillaires (cfr. 3.3.2. ci avant). Ces protéines vont également intervenir dans le transport de nombreux éléments peu ou pas solubles. Elles vont également jouer un rôle primordial dans les phénomènes d'hémostase et de coagulation (cfr. 5.1.2. ci-après) ainsi que dans les processus d'agrégation des globules rouges qui vont influer sur la viscosité et donc les caractéristiques d'écoulement du sang.

Chez l'homme, la concentration en protéines atteint 70 à 80 g/l. L'albumine représente 60 % du total, une bonne part du reste, soit près de 40 %, étant représenté par des globulines (a1: 4 % - a2: 8 % - b: 12 % et g: 16 %) et différents facteurs intervenant dans la coagulation du sang.

L'albumine va intervenir dans le transport de différentes substances: bilirubine (voir plus loin) ou hormones par exemple. Elle peut ainsi servir de réserve protéique en cas de déficit nutritionnel.

Les a1, a2 et b globulines servent notamment au transport des lipides et de diverses vitamines (voir plus loin), de l'hémoglobine (heptaglobine), du fer (transferrine), du cortisol (transcortine) et des cobalamines (transcobalamine).

Les immunoglobulines (Ig) font partie essentiellement des g - globulines. Elles constituent les substances immunitaires du plasma (anticorps). La plus importante d'entre elles en terme de concentration (7 à 15 g/l) est l'IgB. Elle intervient avec les IgA, IgM, IgD et IgE dans les processus de défense de l'organisme contre l'intrusion de corps étrangers (cfr. immunologie).

5.1.2. Les éléments figurés


Chez la plupart des organismes, on trouve des cellules capables de mouvements amiboïdes dont le rôle essentiel est de phagocyter les débris cellulaires et les corps étrangers (voir chapitre 6). Chez différents invertébrés, les éléments figurés du sang se limitent à ce type de cellules, en faible quantité. Chez les vertébrés, ces cellules entrent dans la catégorie des leucocytes. On trouve par ailleurs des thrombocytes et des érythrocytes (figure 2-31). Les érythrocytes ont également été appelés globules rouges. Ils doivent leur couleur rouge au pigment respiratoire coloré qu'ils contiennent, l'hémoglobine (voir chapitre 4). Les leucocytes, cellules incolores, sont également appelés globules blancs (figure 2-32), par opposition aux globules rouges.

L'ensemble des éléments figurés peut représenter quelque 40 % du volume sanguin total chez les mammifères; ce qui correspond chez l'homme par exemple à environ 5x106 particules par mm3. Le sang apparaît donc comme une suspension très concentrée dont les globules rouges sont les éléments majoritaires. Les érythrocytes vont donc intervenir de façon déterminante dans les propriétés du sang (viscosité et dynamique d'écoulement dont elle dépend). Dans certains cas, comme la leucémie, le nombre de globules blancs peut toutefois s'accroître suffisamment pour augmenter la viscosité de façon significative.

1) Les globules rouges (érythrocytes)

Le rôle essentiel de ces cellules sanguines est le transport d'oxygène des surfaces respiratoires vers les tissus (voir chapitre 4). On trouve ces cellules chez quelques invertébrés et chez tous les vertébrés. Ils sont exceptionnellement absents chez les Chaenichthyidés, une famille de poissons téléostéens antarctiques dépourvus d'hémoglobine.

Les globules rouges se présentent comme des cellules incapables de mouvements propres mais extrêmement déformables, dont la forme d'équilibre est un disque aplati, ovalisé (circulaire chez les cyclostomes et les mammifères). Comme nous l'avons vu, la déformabilité est, avec la capacité d'empilement, une caractéristique importante intervenant dans la dynamique de l'écoulement sanguin (voir 3.2.). En conditions normales, la taille et le nombre de globules rouges sont pratiquement constants dans une même espèce mais varient beaucoup d'une espèce à l'autre et d'une classe de vertébrés à l'autre. La taille ne varie en général pas au sein d'une même espèce, sauf cas pathologique. Le nombre par contre peut varier assez largement en fonction de différents paramètres extérieurs comme la disponibilité de l'oxygène (voir chapitre 4).

Les globules rouges les plus petits et les plus nombreux se rencontrent chez les mammifères: homme: 5.106/mm3, diamètre 7,7 µ; chèvre: 18.10 6/mm3, diamètre 4 µ. Ils sont nettement moins nombreux et plus grands chez les pœcilothermes. Ainsi, chez la grenouille, on en compte 6.105/mm3de diamètre moyen 16 à 22 µ. Au cours de leur différenciation à partir des cellules souches qui assurent leur formation et leur remplacement, les globules rouges de mammifères perdent leur chondriome, leur appareil de Golgi, leur centrosome et leur ARN. Le noyau est conservé dans tous les autres groupes; les mammifères sont les seuls organismes à posséder des érythrocytes anucléés, appelés aussi hématies.

Capture33Figure 2-31: Les éléments figurés du sang de mammifères. Globules rouges: érythroblaste nucléé (A) expulsant son noyau (B) pour donner naissance à un érythrocyte anucléé (hématie, C). M: mitochondrie. Vue en microscopie électronique à balayage d'hématies humaines.

 

2) Les globules blancs (leucocytes)

Alors que les globules rouges sont inféodés au sang, les globules blancs sont des cellules amiboïdes qui empruntent la voie sanguine pour se rendre vers les endroits ou ils sont nécessaires. Leur nombre dans le sang est éminemment variable, dépendant des facteurs capables de les mobiliser (digestion, infection, etc.). Il reste de toute façon toujours largement inférieur à celui des globules rouges, le rapport rouge/blanc étant de 5 à 10 chez les poissons, 20 à 70 chez les amphibiens, 30 à 100 chez les reptiles, 70 à 200 chez les oiseaux et 350 à 2000 chez les mammifères. Cette augmentation de rapport paraît plus en relation avec une augmentation du nombre de globules rouges qu'avec une diminution du nombre de globules blancs. Il faut donc essentiellement y voir une augmentation de l'efficacité du système de transport d'oxygène au cours de l'évolution (cfr. chapitre 4).

Toujours nucléés et pourvus de tous les organites des cellules normales, les globules blancs se séparent en deux groupes:

a) Les mononucléaires qui sont de forme relativement sphérique avec un noyau arrondi, non lobé. Ils se subdivisent en deux sous-groupes: les lymphocytes de petit diamètre (6 à 8 µ chez l'homme) et les monocytes de plus grand diamètre (9 à 12 µ chez l'homme). Cette division est peu nette chez les cyclostomes. Les lymphocytes sont responsables des réactions immunitaires spécifiques de défense (cfr. immunologie). Les monocytes sont en fait les précurseurs circulants des macrophages: cellules phagocytaires intervenant dans l'épuration du sang et l'élimination de cellules mortes et de débris de cellules (voir chapitre 6).

b) Les polynucléaires qui ont un noyau lobé et polymorphe. Leur cytoplasme contient des granules spécifiques qui leurs ont valu leur autre dénomination de granulocytes. D'après la morphologie et la colorabilité des granules on distingue des granulocytes eosinophiles, basophiles et hétérophiles (ou neutrophiles chez l'homme). Les proportions de ces trois catégories varient d'une espèce à l'autre, les hétérophiles étant toutefois toujours de loin les plus nombreux (96 % chez l'homme).

Leur rôle dans le sang est peu clair à l'heure actuelle. Lorsqu'ils sont dans les tissus, ils paraissent intervenir largement dans la phagocytose des micro-organismes, les réactions inflammatoires et l'immunité antiparasitaire.

 

Capture34Figure 2-32: Les éléments figurés du sang de mammifères. Globules blancs: leucocytes mononucléaires (lymphocyte: A, monocyte: B) et polynucléaires (granulocyte éosinophile: D, basophile:E ou hétérophile: F). Plaquette ou thrombocyte: C. A/Ag: granules azurophiles, B: granules basophiles, C: centrosome, E: granules éosinophiles, Ect: ectoplasme, G: Golgi, Gly: glycogène, Gr: granules, M: mitochondrie, N: noyau, Nu: nucléole, Ps: pseudopode, R: ribosomes.

3) Les thrombocytes
Ils se présentent chez les non-mammaliens comme des cellules fusiformes nucléées, souvent difficiles à distinguer des petits lymphocytes. Chez les mammifères, ce sont des structures anucléées, biconvexes, circulaires ou ovalaires, appelées également plaquettes.

Ces cellules interviennent dans le processus de coagulation du sang (voir ci-dessous).

5.2. Hémostase et coagulation

Chez de nombreux invertébrés marins tels que certains vers ou holothuries, les pertes de sang suite à blessure sont essentiellement contenues par des contractions du tégument externe et, le cas échéant, des contractions des vaisseaux déchirés. Chez les autres invertébrés, les cellules sanguines ont la propriété de former des caillots en s'agglutinant. Chez certaines espèces, crustacés notamment, les cellules agglutinées produisent un matériel de type fibreux qui, s'amalgamant aux cellules, forme un coagulum. Ce matériel paraît différent de la fibrine intervenant dans la formation des caillots chez les vertébrés. Ces phénomènes de coagulation sanguine restent peu étudiés chez les invertébrés et il n'est guère possible à l'heure actuelle de faire un examen comparatif sérieux débouchant sur des données générales.

Les mécanismes intervenant à la suite d'une déchirure vasculaire ont surtout été étudiés chez les vertébrés et tout particulièrement chez les mammifères et l'homme. Chez ces espèces, deux processus distincts démarrent en parallèle: on assiste ainsi à une hémostase qui consiste en une obturation rapide de la déchirure. Il y a par ailleurs une coagulation qui va aboutir à la formation d'un thrombus fibreux bouchant complètement la déchirure.

L'hémostase met essentiellement en jeu les plaquettes (thrombocytes) se trouvant dans le sang circulant. Ces cellules vont s'agglutiner à l'endroit de la lésion au contact des fibres collagènes sous endothéliales mises à nu par la déchirure. Il y a ainsi formation d'un bouchon thrombocytaire (figures 2-33 et 2-34). Dans un phénomène dit de métamorphose visqueuse, les thrombocytes agglutinés vont alors se modifier sous l'influence d'un facteur sanguin, la thrombine (cfr. coagulation, ci-après), et libérer, entre autres, de la sérotonine qui induit une vasoconstriction locale. En outre, et dans le même temps, la tunique interne du vaisseau lésé s'enroule. Ces deux phénomènes contribuent à la poursuite de l'obturation vasculaire.

La coagulation intervient simultanément à l'hémostase. Elle est déclenchée par la libération de différents facteurs par une voie exogène et une autre endogène (figure 2-33). Les différentes étapes ne sont pas encore totalement définies, brièvement:

Dans la voie endogène, un facteur de coagulation plasmatique XII est activé par contact avec la zone lésée, vraisemblablement avec les fibres collagènes mises à nu. Le facteur XIIa va lui-même activer un facteur X.

Dans la voie exogène, les cellules endothéliales blessées libèrent des facteurs tissulaires qui, avec le facteur plasmatique VII et en présence notamment de Ca2+ et de vitamine K, vont également activer le facteur plasmatique X.

 

Capture35

 

Figure 2-33: Quelques étapes importantes de l'hémostase et de la coagulation du sang chez les mammifères. A.Ac: point d'action d'agents anticoagulants ou antithrombotiques.

30 2

Le facteur X activé, va, en présence de phospholipides des plaquettes, d'un facteur plasmatique V et de Ca2+, activer la prothrombine plasmatique (facteur II) en thrombine. La thrombine va: 1) activer le fibrinogène (facteur I) en fibrine; 2) initier la métamorphose visqueuse des thrombocytes; 3) activer un facteur plasmatique XIII de stabilisation de la fibrine. L'effet de la thrombine aboutit donc à la formation de filaments de fibrine qui s'agglutinent en réseau stable dans un bouchon thrombocytaire pour former le thrombus définitif. C'est sur ce thrombus que va s'organiser la cicatrisation.

Dans le cas de lésions minimes, c'est essentiellement la voie endogène qui intervient. Le système exogène ne paraît être mis en jeu que lors de lésions plus importantes.

A l'heure actuelle, il n'est pas possible de répondre de façon complète aux questions de savoir comment la réaction de coagulation ne s'étend pas à tout le réseau vasculaire et comment le thrombus se dissout après cicatrisation. En ce qui concerne ce dernier problème, différents facteurs plasmatiques paraissent intervenir. Ainsi, le facteur plasmatique XII activé par les cellules endothéliales blessées va, avec d'autres facteurs tissulaires et humoraux en rapport entre autres avec le déficit en O2, activer le plasminogène sanguin en plasmine; ce qui va induire une fibrinolyse, c'est à dire une lyse du caillot de fibrine.

Il existe par ailleurs dans le sang des substances antithrombiques (anticoagulantes). L'antithrombine 3 est la plus importante d'entre elles. Elle peut former des complexes avec la thrombine et le facteur X, inhibant ainsi leurs actions sur la formation de fibrine. La formation de ces complexes est renforcée par l'héparine, un agent anticoagulant bien connu extrait de différents tissus animaux (foie, poumon, intestin, cerveau).

Les animaux se nourrissant de sang doivent sécréter des substances empêchant la coagulation de celui-ci. Certains serpents disposent également dans leur venin de composés capables d'interférer avec la coagulation sanguine (figure 2-33). Certains de ces produits inhibent le facteur X activé; c'est le cas de l'antistasine des sangsues et du facteur anticoagulant des tiques. D'autres bloquent l'action de la thrombine, empêchant dès lors la polymérisation de la fibrine ainsi que l'agrégation des plaquettes: hirudine des sangsues et bothrojarasine découverte récemment dans le venin d'un crotale d'Amérique latine, Bothrops jararaca. Agiront également sur l'agrégation plaquettaire mais à d'autres niveaux la décorsine des sangsues et diverses substances des venins de serpents: thrombocytine, agrégoserpentine ou bothrocitine par exemple. Le pouvoir anticoagulant de l'aspirine est également dû à un effet sur l'agrégation des plaquettes. D'autres substances encore agiront sur le fibrinogène, modifiant ses possibilités de polymérisation; c'est le cas de l'hémentine des sangsues ou de la crotalase. Certains agents enfin seront thrombolytiques, activant la formation de plasmine; c'est le cas du Bat-PA, un composé isolé à partir des glandes salivaires d'une chauve-souris vampire sud américaine. La streptokinase, utilisée actuellement pour dissoudre les caillots en cas d'infarctus du myocarde est également un thrombolytique efficace.

 

Aucune note. Soyez le premier à attribuer une note !

Ajouter un commentaire

Date de dernière mise à jour : 11/09/2018