BASES ANATOMIQUES ET PHYSIOLOGIQUES DES COMPOSANTS DU SANG Dr Anny Appert Flory Laboratoire d’Hématologie – CHU Nice

COMPOSANTS DU SANG Seul tissu liquide de l’organisme. Tissu conjonctif spécialisé où des cellules vivantes (éléments figurés) sont en suspension dans une matrice extracellulaire liquide inerte (plasma). La centrifugation permet la séparation des composants : Culot erythrocytaire (globules rouges) Buffy coat (leucocytes et plaquettes) Surnageant (plasma)

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET VOLUME Liquide visqueux et opaque. Ecarlate quand riche en oxygène, rouge sombre quand pauvre en oxygène. Plus dense que l’eau et environ 5 fois plus visqueux (éléments figurés). Légèrement alcalin : pH entre 7.35 et 7.45. Température plus élevée que le corps : 38°C. Représente environ 8% de la masse corporelle. Volume moyen de 5 à 6 L chez l’homme et 4 à 5 L chez la femme.

FONCTIONS Fonctions de transport : Fonctions de régulation : Apport à toutes les cellules d’oxygène (venu des poumons) et de nutriments (venus du système digestif). Transport des déchets du métabolisme cellulaire vers les sites d’élimination : poumons pour le CO2 et reins pour les déchets azotés. Transport des hormones, des glandes endocrines vers leurs organes cibles. Fonctions de régulation : Maintien d’une température corporelle appropriée. Maintien d’un pH normal dans les tissus, et rôle de réserve de bicarbonates. Maintien d’un volume de liquide adapté dans le système circulatoire, permettant l’irrigation de tous les territoires (NaCl et albumine). Fonctions de protection : Prévention de l’hémorragie : hémostase. Prévention de l’infection (anticorps, protéines du complément et leucocytes)

LE PLASMA Liquide visqueux de couleur jaunâtre composé à 90% d’eau. Les protéines plasmatiques : représentent 8% du volume, sont pour la plupart synthétisées par le foie (sauf les hormones et les gammaglobulines) ne sont pas utilisées par les cellules à des fins énergétiques ou métaboliques l’albumine constitue 60% des protéines plasmatiques. Les solutés utilisés par les cellules à des fins énergétiques ou métaboliques : Glucose, acides gras, oxygène La composition du plasma varie continuellement en fonction des échanges, mais reste relativement constante chez un sujet sain (homéostasie).

COMPOSITION DU PLASMA Composants Description et importance Eau 90% du vol plasmatique / milieu de dissolution et dispersion / absorbe la chaleur Protéines * 8% du vol plasmatique * Albumine : 60 % des protéines / produite par le foie / préserve l’équilibre hydrique entre plasma et liquide interstitiel. * globulines : 36 % des protéines a et b : protéines de transport produites par le foie (lipides, métaux, vitamines liposolubles) g : anticorps libérés pendant la réaction immunitaire. * Facteurs de coagulation : 4 % des protéines Divers * Substances azotées non protéiques : produits du métabolisme des cellules (urée, acide urique, créatinine, sels d’ammonium) * Nutriments : absorbés par le tube digestif et transportés dans tout l’organisme (glucides simples, acides aminés, acides gras, triglycérides, cholestérol, vitamines). * Electrolytes : maintien de la pression osmotique et du pH / cations (Na, K, Ca, Fe, Mn) / anions (chlorure, sulfate, phosphate, bicarbonate). * Gaz respiratoires : O2 (lié à hémoglobine des GR) et CO2 (lié à hémoglobine des GR et dissous sous forme d’ion bicarbonate).

LES ELEMENTS FIGURES Regroupent : Globules rouges ou erythrocytes ou hématies Globules blancs ou leucocytes (polynucléaires, lymphocytes, monocytes) Plaquettes ou thrombocytes La plupart des cellules sanguines ne se divisent pas, mais sont renouvelées continuellement par division de précurseurs dans la moelle osseuse rouge = hématopoïèse.

ERYTHROCYTES – STRUCTURE et FONCTIONS Cellules anucléées en forme de disques biconcaves - 7 à 8 m de diamètre. 4 à 6 x 1012 GR /L de sang Principal support de la viscosité du sang. Principaux composants cytoplasmiques : Hémoglobine (Hb) : transport des gaz, 97% du contenu des GR. Cytosquelette (spectrine) : déformabilité des GR. Fonction = transport des gaz Structure de l’Hb : 4 groupements prosthétiques = Hème + 1 protéine = globine (2 chaînes a et 2 chaînes b). Chaque hème contient 1 atome de fer, qui peut lier de façon réversible une molécule d’oxygène Transport de l’O2 : Chargement en O2 au niveau du poumon = oxyhémoglobine Libération de l’O2 au niveau des tissus = désoxyhémoglobine Transport du CO2 : Liaison à l’Hb au niveau d’un AA (lysine) au niveau des tissus = carbhémoglobine Libération au niveau des poumons

ERYTHROPOIESE Les différentes étapes : Cellule souche hématopoiétique (commune à toutes les lignées) Proérythroblaste = précurseur Erythroblaste basophile (synthèse des ribosomes) Erythroblaste polychromatophile Erythroblaste acidophile Réticulocyte Hématie = Globule rouge Durée : 3 à 7 jours Moelle osseuse Accumulation d’Hb Différenciation cellulaire Expulsion du noyau sang Cellule souche hématopoïétique Proérythroblaste Erythroblaste basophile acidophile Synthèse des ribosomes Accumulation d’Hb Expulsion du noyau Reticulocyte Hématie Précurseur Maturation polychromatophile

ERYTHROPOIESE La régulation : Les nutriments nécessaires : * But = maintien d’un nombre de GR circulant constant, pour maintenir une oxygénation suffisante, sans viscosité excessive. * Production de 200 milliards de GR / jour. * Régulation de type hormonal par l’érythropoïétine (EPO) : libération par les cellules rénales en cas d’hypoxie, stimulation des précurseurs, production de GR. Les nutriments nécessaires : * Protéines, lipides, glucides * Fer * Vitamine B12 et acide folique

ERYTHROCYTES – DESTINEE ET DESTRUCTION En l’absence de noyau et d’organites : pas de synthèse de protéines, ni croissance, ni division. Vieillissement : membrane rigide et fragile, dénaturation de l’Hb Durée de vie utile : 100 à 120 jours. En fin de vie, capture dans les petits vaisseaux (rate ++, foie et moëlle osseuse) et destruction par les macrophages. Récupération du fer de l’Hb (transport par la ferritine ou l’hémosidérine) Transformation de l’Hème en bilirubine, sécrétée dans la bile (urobilinogène) et éliminée dans les selles (stercobiline). Dégradation de la globine en acides aminés, libérés dans la circulation.

LEUCOCYTES – STRUCTURE ET FONCTION Seules cellules nucléées du sang. 4.8 à 10.8 x 109 GB / L de sang - moins de 1% du volume sanguin. Protection de l’organisme contre les bactéries, virus, parasites, toxines et cellules tumorales, par phagocytose et destruction. Capacité à sortir des vaisseaux au niveau des capillaires par diapédèse, à se déplacer par mouvements amiboïdes dans le liquide interstitiel, à rejoindre leur cible par chimiotactisme actif. Les différents types de globules blancs : Polynucléaires : neutrophiles, éosinophiles, basophiles. Lymphocytes Monocytes

POLYNUCLEAIRES NEUTROPHILES (PNN) 50 à 70 % des GB. Pool circulant (50 % des PNN) + pool marginé (50 % des PNN, adhérant à la paroi des vaisseaux) Noyau polylobé. 2 types de granulations cytoplasmiques, contenant soit des enzymes hydrolytiques (lysozyme) soit un mélange de protéines à caractères antibiotique (défensines). Chimiotactisme actif pour les sites inflammatoires. Cibles préférentielles : les bactéries, certaines levures et les virus enveloppés. Destruction par phagocytose, libération des enzymes et formation de puissants germicides oxydants (H2O2, O2-, ClO-). La mobilisation des PNN entraîne une augmentation de leur production : leur nombre peut doubler en quelques heures. L’hyperleucocytose est une réponse homéostasique normale à une infection.

POLYNUCLEAIRES EOSINOPHILES (PNE) 2 à 4 % des GB. Noyau bilobé. Volumineuses granulations orangées = lysosomes, contenant une enzyme digestive particulière. Cibles : Vers parasites (ténias, douves, oxyures,…) : Chimiotactisme actif pour se placer au contact des vers, et libérer le contenu des granulations  digestion. Protéines étrangères et complexes immuns circulants : phagocytose  atténuation de la réaction allergique. Médiateurs libérés lors de la réaction allergique : inactivation  atténuation de la réaction allergique.

POLYNUCLEAIRES BASOPHILES (PNB) 0.5 à 1 % des GB. Noyau lobé, en trèfle. Grosses granulations basophiles dans le cytoplasme, contenant de l’histamine (médiateur de la réaction inflammatoire entraînant une vasodilatation, une augmentation de la perméabilité des capillaires, et l’attraction des autres GB au niveau du site inflammatoire). La libération de l’histamine survient après liaison d’un AC de type IgE.

LYMPHOCYTES Environ 25 % des GB dans le sang, mais la plupart des lymphocytes sont dans les tissus lymphoïdes. Petits lymphocytes (5 à 8 m) ou grands lymphocytes (14 à 17 m). Fonction : réaction immunitaire. Plusieurs types : Lymphocytes T : immunité cellulaire, par destruction des cellules infectées par un virus, et des cellules tumorales. 80% des lymphocytes circulants. Lymphocytes B : transformation en plasmocytes et production d’anticorps (immunoglobulines) libérées dans le sang. 5 % des lymphocytes circulants. Lymphocytes NK (natural killer) : destruction non spécifique des cellules cancéreuses et des cellules infectées par un virus. 15 % des lymphocytes circulants.

MONOCYTES 3 à 8 % des GB. Le plus gros des leucocytes (18 m). Noyau ± irrégulier, cytoplasme abondant, poussière de granulations. Capacité à quitter la circulation par diapédèse  macrophages. Fonctions : Phagocytose Cibles préférentielles : virus, parasites bactériens intra cellulaires, infections chroniques (tuberculose). Aide à l’engagement des lymphocytes dans la réaction immunitaire (présentation de l’antigène).

PRODUCTION DES LEUCOCYTES = MYELOPOIESE Repose sur une stimulation hormonale. Les facteurs de croissance hématopoïétique sont issus : Des cellules stromales médullaires (fibroblastes, cell endothéliales, macrophages) et extra médullaires. Des monocytes / macrophages et des lymphocytes T au niveau des foyers inflammatoires. 2 familles de facteurs hématopoiétiques : Interleukines : IL-3, IL-6, IL-5 Facteurs de croissance : GM-CSF, G-CSF, M-CSF. responsables de la division et la différenciation des précurseurs des différentes lignées. La moelle osseuse stocke les granuleux matures (10 à 20 fois plus que dans le sang). La moelle osseuse produit 50 milliards de leucocytes / jour.

DIFFERENCIATION DES LEUCOCYTES

DUREE DE VIE DES LEUCOCYTES PNN Quelques heures à quelques jours PNE 8 à 12 jours PNB Lymphocytes Quelques heures à quelques années Monocytes Plusieurs mois

LES PLAQUETTES STRUCTURE ET FONCTION Fragments cytoplasmiques issus de cellules géantes = mégacaryocytes. Eléments anucléés discoïdes, de 2 à 4 m de diamètre. Le cytoplasme contient deux types de granules : denses et alpha remplis d’un grand nombre de substances chimiques actives dans le processus de l’hémostase (sérotonine, ADP, calcium, enzymes de la coagulation, facteurs de croissance). Fonction : Rôle essentiel dans l’hémostase primaire et la coagulation. Pool circulant (2/3) et pool splénique (1/3) Durée de vie et devenir : Vieillissement rapide (absence de noyau). En l’absence d’activation de l’hémostase, circulation libre sous forme inactive pendant 5 à 10 jours. Destruction au niveau de la rate.

LES PLAQUETTES - MÉGACARYOPOÏÉSE Précurseur = mégacaryoblaste Divisions répétées du noyau (= endomitoses), sans division cellulaire : mégacaryocytes (cellules géante : énorme noyau plurilobé et grande masse cytoplasmique) Contact avec un sinusoïde de la moelle osseuse, émission de prolongements cytoplasmiques dans la circulation sanguine, et libération de fragments de cytoplasme = plaquettes. 1 mégacaryocyte peut former de 2000 à 5000 plaquettes. Formation de 100 milliards de plaquettes par jour. Cellule souche hématopoïétique Différentiation Mégacaryoblaste Promégacaryocyte Mégacaryocyte Plaquettes

REGULATION de la MÉGACARYOPOÏÉSE * La régulation par la thrombopoïétine (TPO) permet de maintenir un taux sanguin de 150 à 400 x 109/L * Le TPO est produit de façon constitutive au niveau du foie, * Régulation de l’effet sur les Mégacaryocytes par fixation du TPO sur son récepteur plaquettaire : thrombocytose  diminution de la forme libre, active sur les mégacaryocytes. thrombopénie  augmentation de la forme libre active.

Durée développement (D) et vie (V) LES ELEMENTS FIGURES – PRINCIPALES CARACTERISTIQUES Cellule Description Nombre/ L de sang Durée développement (D) et vie (V) Fonction Globules rouges Disques biconcaves anucléés – 7 à 8 m de diamètre 4 à 6 x 10 12 / L D : 5 à 7 j V : 100 à 120 j Transport O2 et CO2 Globules blancs Cellules sphériques nucléées 4.8 à 10.8 x 10 9 / L Polynucléaires neutrophiles (PNN) Noyau polylobé – granulations cytoplasmiques – 10 à 12 m de diamètre 3 à 7 x 10 9 / L D : 6 à 9 j V : 6 heures à qq jours Phagocytose des bactéries Polynucléaires éosinophiles (PNE) Noyau bilobé - granulations cytoplasmiques rouges – 10 à 14 m de diamètre 0.1 à 0.4 x 10 9 / L V : 8 à 12 j Destruction des vers parasites et des complexes Ag-AC Polynucléaires basophiles (PNB) Noyau lobé – grosses granulations cytoplasmiques bleu violet – 8 à 10 m de diamètre 0.02 à 0.05 x 10 9 / L D : 3 à 7 j V : qq heures à qq jours Libération d’histamine et autres médiateurs chimiques de la réaction inflammatoire Lymphocytes Noyau sphérique ± régulier – cytoplasme bleuté - 5 à 17 m de diamètre 1.5 à 3 x 10 9 / L D : qq jours à qq semaines V : qq heures à qq années Défense de l’organisme Monocytes Noyau en haricot – cytoplasme gris bleu - 14 à 24 m de diamètre 0.1 à 0.7 x 10 9 / L D : 2 à 3 j V : plusieurs mois Phagocytose Plaquettes Fragments cytoplasmiques discoïdes – granulations violettes - 2 à 4 m de diamètre 150 à 400 x 10 9 / L D : 4 à 5 j V : 5 à 10 j Réparation des petites plaies des vaisseaux sanguins - hémostase

LA NUMERATION FORMULE SANGUINE (NFS) Examen de première intention pour l’étude des éléments figurés du sang. Réalisé sur un échantillon de sang veineux prélevé sur anticoagulant (EDTA). Numération des éléments figurés réalisée sur des automates = compteurs cellulaires. Formule leucocytaire et étude qualitative des éléments figurés , réalisée soit par un automate (compteur cellulaire), soit par étude en microscopie optique d’un frottis sanguin.

PARAMETRES de la NUMERATION Leucocytes (Globules blancs) Lignée érythrocytaire : Hématies (Globules rouges) Hémoglobine (Hb) Hématocrite (Ht) Volume Globulaire Moyen (VGM) = rapport Ht / GR Concentration corpusculaire moyenne en hémoglobine (CCMH) = rapport Hb / Ht Concentration moyenne en Hb par hématie Teneur corpusculaire moyenne en Hb (TCMH) = rapport Hb / GR Poids moyen d’Hb dans une hématie Réticulocytes = hématies jeunes Plaquettes Variation en fonction de l’âge et du sexe

FORMULE LEUCOCYTAIRE Formule leucocytaire : répartition des différentes populations leucocytaires (% et valeurs absolues) Cellules normalement présentes : PNN, PNE, PNB, lymphocytes, monocytes (variations en fonction de l’âge). Cellules normalement absentes : métamyélocytes, myélocytes, promyélocytes, plasmocytes Cellules pathologiques : blastes, cellules lymphomateuses, … Etude morphologique des GR : Taille et forme de GR Présence d’organites ou de parasites intra cellulaires Etudes morphologique des plaquettes : Taille, forme, contenu cytoplasmique Présence d’amas plaquettaires

VALEURS DE REFERENCE ET SEUILS PATHOLOGIQUES Cellules Valeurs de référence Pathologies Leucocytes 4.8 à 10.8 x 10 9 / L Leucopénie Hyperleucocytose PNN 3 à 7 x 10 9 / L ** Neutropénie Neutrophilie PNE 0.1 à 0.4 x 10 9 / L Hyperéosinophilie PNB 0.02 à 0.05 x 10 9 / L Basocytose Lymphocytes 1.5 à 3 x 10 9 / L ** Lymphopénie Hyperlymphocytose Monocytes 0.1 à 0.7 x 10 9 / L Monocytopénie Monocytose Plaquettes 150 à 400 x 10 9 / L Thrombopénie Thrombocytose ** Variations en fonction de l’âge : hyperlymphocytose chez l’enfant ** Variations en fonction de la race : neutropénie chez les sujets de race noire.

VALEURS DE REFERENCE ET SEUILS PATHOLOGIQUES Paramètres Valeurs de référence Pathologies Hématies (GR) ** F : 4 – 5.2 x 10 12 / L H : 4.5 – 5.8 x 10 12 / L Polycythémie Hémoglobine (Hb) ** F : 12.5 – 15.5 g / dL H : 13 – 17 g / dL Anémie Polyglobulie Hématocrite (Ht) ** F : 37 – 47 % H : 40 – 50 % VGM 80 – 97 fl Microcytose Macrocytose (> 100 fl) TCMH 27 – 32 pg Hypochromie Hyperchromie CCMH 32 – 36 g / dL Réticulocytes 20 – 100 x 10 9 / L Anémie arégénérative : < 150 x 10 9 / L Anémie régénérative : > 150 x 10 9 / L ** Variations en fonction de l’âge.