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Le sang
back to basic - dans mensuel n°327 daté janvier 2000 à la page 66 (2969 mots)
Chargé de symboles ambivalents, de vie et de mort, le sang oxygène, nourrit, nettoie et défend nos tissus. Il est indissociable de la moelle osseuse, qui le renouvelle. Elle déverse tous les jours des milliards de cellules dans ce fluide vital. Moelle et sang forment un monde très dynamique, qui évolue et se transforme selon les besoins.
Pourquoi le sang est-il si vital ?
Chasseurs, mais aussi proies, nos ancêtres savaient bien s_r que le sang, c'est la vie. En témoignent des bisons tachés de rouge sur les grottes du Paléolithique. Mais il fallut attendre le XVIIe siècle et l'inventeur néerlandais du microscope, Antonie Van Leeuwenhoek, pour en découvrir les premiers globules, les rouges. Quant aux principales fonctions du sang et de ses éléments, c'est tout au long du XIXe siècle qu'elles commencèrent peu à peu à être élucidées. Et ce n'est pas fini...
Fluide vital pulsé par le coeur au long des 200 km de l'arborescence des vaisseaux, le sang irrigue tous les tissus et les organes, les nourrit, les nettoie, les défend. Au travers des capillaires, il fournit aux cellules l'oxygène et le glucose qu'elles br_lent pour en tirer de l'énergie. Prenant le relais du tube digestif, il leur distribue les nutriments indispensables à leur métabolisme. A lui seul, par exemple, notre cerveau consomme 20 % de l'oxygène apporté par le sang. Au passage, ce dernier récupère le gaz carbonique, qu'il libère dans les poumons, et les déchets du fonctionnement cellulaire, qu'il évacue vers les reins. Il régule les échanges de sels entre les tissus de l'organisme, assurant ainsi une bonne répartition de la pression entre les membranes cellulaires.
Du sang dépendent aussi les défenses de notre organisme à l'ère du sida, qui l'ignore encore ?. Il dispose d'une équipe de spécialistes - bombardiers, tueurs, épurateurs... - qui, en temps normal, réagissent dès que se présentent bactéries, virus, parasites, une cellule anormale, voire un allergène*...
Le sang assure lui-même la surveillance et la réparation de son circuit. En cas de blessure d'un vaisseau, il répare la brèche. Loin d'être une simple suspension de cellules, il véhicule aussi d'innombrables molécules d'information - des hormones, des messagers chimiques.
Quant au vaisseau sanguin, il est loin d'être un tuyau inerte : sa surface sensible, tactile, est très active. Elle régule les passages des nutriments et des cellules de défense, échange aussi des molécules messagères avec le sang. Respiration, immunité, réparation, nutrition, communication, ces cinq fonctions majeures font bien du sang un organe aussi primordial que le cerveau ou le coeur.
De quoi est-il composé ?
Un homme de 70 kg a cinq litres de sang, une femme en a quatre. Un peu plus de la moitié est un liquide transparent de couleur paille, le plasma. Le plasma c'est surtout de l'eau, qui véhicule des sels minéraux calcium, sodium, magnésium, potassium..., le sucre, des molécules messagères - hormones, interleukines* - et leurs protéines de transport. Il y a 70 g de protéines par litre de sang. L'albumine, qui retient l'eau comme une éponge, est la plus abondante. Les immunoglobulines les anticorps participent à la défense immunitaire. D'autres protéines apolipoprotéines transportent les graisses ou encore interviennent, comme le fibrinogène, dans la coagulation.
Bien que liquide, le sang est pour les biologistes un tissu très organisé, dans lequel circulent de nombreuses cellules. Les globules rouges, ou hématies, sont les outils de notre respiration. Nous en avons quatre à cinq millions par mm3 de sang. Ces disques biconcaves, de 7 à 8 micromètres mm de diamètre, circulent dans les vaisseaux où ils restent confinés, empilés comme des rouleaux de pièces de monnaie. Les hématies n'ont pas de noyau. Ce sont des sacs d'hémoglobine, un pigment comportant du fer, qui les colore et transporte l'oxygène qu'il capte et relâche facilement. Leur morphologie et la structure de leur membrane confèrent aux hématies solidité, élasticité et capacité de déformation, indispensables pour pénétrer dans les capillaires les plus fins. Enfin, cette membrane est hérissée de protéines sucrées particulières, déterminant l'appartenance aux groupes sanguins.
Nous avons beaucoup moins de globules blancs, les spécialistes de la défense immunitaireI. Une goutte de sang en contient de 4 à 8 000/mm3. Il s'agit d'une vaste famille de " vraies " cellules possédant un noyau, qui peuvent s'infiltrer dans les tissus. Les globules blancs polynucléaires en fait, ils n'ont qu'un noyau, mais de forme biscornue sont chargés de détruire les envahisseurs étrangers, surtout les bactéries. Les monocytes activés appelés alors macrophages sont des épurateurs. Ils phagocytent et dégradent presque tout : les micro-organismes infectieux, les cellules abîmées, les toxines... Les macrophages ont aussi une fonction immunitaire spécifique, car ils présentent les antigènes* à des cellules appartenant au troisième type de globules blancs, les lymphocytes, plus précisément les lymphocytes T T pour thymus, un organe lympho_de. Ces derniers sont préposés à la surveillance des virus et des tumeurs, et tuent les cellules leur présentant un antigène étranger. D'autres, les lymphocytes B B pour la bourse de Fabricius*, produisent les immunoglobulines : les anticorps circulants. La membrane des lymphocytes - tout comme celle de la plupart de nos cellules - porte des marqueurs essentiels, dits HLA*. Les globules blancs interagissent en permanence, grâce à des signaux chimiques.
Enfin, les plaquettes sont les acteurs de l'hémostase, autrement dit de l'ensemble des processus qui permettent l'arrêt du saignement. Ce sont les plus petites cellules du corps leur diamètre : 1 à 2 mm.
En principe, on compte 150 000 à 400 000 plaquettes/mm3 de sang. Ces cellules minuscules ont une structure complexe et possèdent des fonctions adhésives et contractiles. S'il y a rupture de la paroi d'un vaisseau, elles se collent dessus et colmatent la brèche.
Comment se renouvelle-t-il ?
Comme tous nos organes, le sang, ou plutôt ses cellules, vieillissent et meurent. Une hématie vit environ trois mois, une plaquette une dizaine de jours. La grande majorité des globules blancs ne vit que quelques jours. Seuls certains, les lymphocytes T à mémoire, peuvent perdurer pendant des mois ou des années.
Il y a donc un renouvellement constant, finement régulé, des cellules. Ce qui est original, c'est que le sang ne les produit pas lui-même. Chez le foetus, c'est le foie et la rate qui s'en chargent. Chez l'adulte, elles naissent et se différencient en permanence dans la moelle osseuse. Seule exception, la spécialisation des lymphocytes T se déroule dans le thymus. Ainsi, nos os - fémurs, humérus, clavicules, côtes, sternum et bassin - produisent continuellement du sang nouveau. Tout débute avec une cellule souche, dite multipotente car elle peut donner naissance à toutes les lignées de cellules sanguines. Puis se succèdent différentes étapes, au cours desquelles les globules formés, encore immatures, acquièrent peu à peu leur spécialité. Le destin de toutes ces cellules est étroitement contrôlé par des molécules comme les facteurs de croissance ou les interleukines. Une hormone, l'EPO l'érythropo_étine donnée aux insuffisants rénaux... et prise par les sportifs dopés, stimule la production des globules rouges. Ceux-ci, avant d'être déversés dans le sang, expulsent leur noyau. Le tout prend une petite semaine pour les hématies, deux semaines pour les globules blancs.
La naissance des plaquettes est étonnante. Le précurseur n'engendre pas deux cellules filles. Il duplique son contenu en ADN sans se diviser. Il devient une cellule géante ayant non pas deux lots de chromosomes, mais 4, 8, 16, 32, voire 64. Cette cellule finit par avoir un aspect de pieuvre. Ses multiples bras de cytoplasme se fragmentent ensuite pour donner une quantité de plaquettes.
Il arrive que la moelle ne produise pas assez de cellules, ou qu'elle soit envahie par des cellules tumorales. Pour pallier ces troubles très graves, on donne au malade des cellules souches, provenant de la moelle, ou du sang dans ce cas, on cultive d'abord les rares cellules souches circulantes, ou encore extraites du sang de cordon ombilical, plus riche en cellules souches. Par ailleurs, on découvre que la moelle comme le système nerveux abrite d'autres cellules souches, appelées cette fois totipotentes, car elles peuvent générer n'importe quel type cellulaire. La moelle aurait donc aussi une fonction de régénération des tissus.
Que se passe-t-il lorsque nous nous blessons ?
Lors d'une blessure, le vaisseau sanguin lésé se contracte. Très vite, débute une première étape que les biologistes appellent la formation du clou plaquettaire. Les plaquettes se collent sur la lésion et changent de façon spectaculaire. Elles se collent les unes aux autres et forment un bouchon, d'abord un peu lâche, puis de plus en plus dense. Car grâce aux substances qu'elles sécrètent, elles recrutent d'autres plaquettes. Pour un petit vaisseau sanguin, cela peut suffire.
En revanche pour des vaisseaux plus larges, se met en place une deuxième étape, la coagulation, la prise en masse du sang. Elle est encore plus complexe. De nombreuses molécules entrent en jeu : une cascade d'enzymes, des facteurs de coagulation et des anticoagulants... Pour simplifier, le plasma contient une protéine soluble, le fibrinogène. Sous l'action d'une enzyme, la thrombine, il se transforme en fibrine insoluble. Les brins de fibrine renforcent le clou plaquettaire et emprisonnent les cellules sanguines, formant le caillot. Après la cicatrisation, ce réseau de fibrine est détruit par d'autres enzymes, et le caillot est dégradé : c'est la fibrinolyse. On voit bien pourquoi tout déséquilibre entre coagulation et fibrinolyse est dangereux : trop rapide, la coagulation peut conduire à la thrombose un caillot qui bouche les vaisseaux, trop lente, et c'est l'hémorragie qui guette.
Qu'arrive-t-il en cas de pénurie de cellules sanguines ?
Certains cancers, leurs traitements, des virus, des maladies génétiques ou auto-immunes, les médicaments... peuvent provoquer ces pénuries, appelées cytopénies. Quant à leurs conséquences, elles dépendent évidemment du type cellulaire qui fait défaut.
Les anémies sont dues à une baisse du taux normal d'hémoglobine, en général associée à une diminution du nombre de globules rouges circulants. Une personne anémiée est pâle, s'essouffle, et l'effort la fatigue beaucoup. Les causes les plus fréquentes d'anémies sont les hémorragies, et donc les pertes en fer, les inflammations qui provoquent des troubles du métabolisme du fer, les carences nutritionnelles... Dans le cas le plus simple et le plus courant d'anémie, celle qui est provoquée par une hémorragie, on donne du fer au patient.
Quant aux autres cytopénies, touchant les globules blancs ou les plaquettes, une de leurs causes importantes est l'insuffisance de la moelle. Manquer de globules blancs expose à des infections sévères, et manquer de plaquettes, nous l'avons vu, provoque des hémorragies. Certaines de ces pathologies peuvent être traitées par la greffe de moelle osseuse.
Le sang peut-il devenir cancéreux ?
Oui et non : en fait, ce ne sont pas les cellules sanguines qui deviennent tumorales, mais celles de la moelle osseuse. Les leucémies* résultent d'un blocage de la différenciation des cellules souches : immatures et devenues immortelles, elles s'accumulent dans la moelle, le sang, la rate, le foie et les ganglions. Selon l'étape bloquée, il y a donc de nombreux types de leucémies. Elles ont d'ailleurs joué un rôle essentiel dans la compréhension des mécanismes du cancer. La plupart des anomalies des gènes impliqués dans les cancers ont d'abord été caractérisées dans les leucémies. On comprend donc pourquoi on traite les leucémies comme les tumeurs solides chimiothérapie, radiothérapie. Avec l'atout supplémentaire de pouvoir remplacer la moelle malade par une greffe.
Ce rôle pilote des leucémies en cancérologie se poursuit avec la génomique. L'étude des chromosomes et l'établissement de la carte d'identité moléculaire de ces maladies permettent d'identifier l'anomalie biologique responsable et de définir un traitement spécifique. Un exemple emblématique est celui de la leucémie dite à promyélocytes. Elle a pour origine un remaniement chromosomique qui rapproche deux gènes de façon anormale, conduisant à la synthèse d'une protéine dite de fusion. L'un de ces deux gènes code le récepteur d'un dérivé de la vitamine A, l'acide rétino_que. D'où l'idée de donner aux malades de l'acide rétino_que qui détruit la protéine de fusion et rétablit la capacité de différenciation des cellules de la moelle. C'est ainsi qu'est apparu, il y a quelques années, le premier, et le seul, traitement ciblé et efficace d'un cancer.
Comment a-t-on découvert les groupes sanguins ?
Au XVIIe siècle, on tenta beaucoup de transfusions, souvent mortelles. Au point que Louis XIV interdit cette pratique. Bien après, en 1900, à Vienne, le jeune Karl Landsteiner prélève le sang de ses collaborateurs. Il mélange le sérum des uns avec les globules des autres et s'aperçoit qu'il arrive que le sérum agglutine les globules rouges, ces amas pouvant provoquer les accidents transfusionnels. Il venait de découvrir les premiers groupes sanguins, le système ABO. On comprend ensuite assez vite que les humains se répartissent en quatre groupes, selon qu'ils possèdent l'antigène A, le B, les deux antigènes A et B, ou aucun d'entre eux, un groupe appelé O en fait, pour ce dernier, il existe aussi un antigène, appelé H. Nous avons tous des anticorps dirigés contre les antigènes des autres groupes que le nôtre. Ces anticorps sont dits naturels, car ils se forment très tôt dans la vie, notamment parce que des bactéries de la flore intestinale portent ces antigènes ABO.
C'est encore K. Landsteiner qui découvrit en 1939 le facteur rhésus, après avoir cette fois fait son mélange avec les globules rouges d'un macaque rhésus. L'un de ses élèves fit le lien entre ce facteur et la très grave maladie hémolytique du nouveau-né. Cette maladie est due à une incompatibilité entre les facteurs rhésus de la mère et de son enfant. On sait maintenant que le système rhésus comprend de nombreux sous-groupes. Une troisième étape importante est la découverte par Jean Dausset, en 1952, du complexe majeur d'histocompatibilité, ou CMH. On l'appelle aujourd'hui le système HLA. Ce sont des marqueurs présents sur les globules blancs, mais aussi sur les cellules de nos tissus, dont l'importance est capitale lors des greffes. Le système HLA est d'une grande complexité et définit notre identité : on connaît aujourd'hui six cents millions de combinaisons HLA. En fait, il existe des dizaines d'autres systèmes de groupes sanguins. Mais ils ne sont pas gênants pour les transfusions.
La transfusion sanguine est-elle s_re aujourd'hui ?
De grands progrès ont en effet été réalisés en France depuis le début des années 1990, avec la réorganisation totale du système de transfusion. Différentes techniques chauffage des produits, dépistage des virus dans les dons de sang... permettent d'éviter au maximum la contamination des produits de transfusion. Mais en médecine, comme dans d'autres domaines, le risque zéro n'existe pas. On ne connaît pas, par exemple, tous les virus transmis par le sang. Et certains se posent des questions à propos du prion, l'agent incriminé dans la maladie de la " vache folle ". Ainsi, par mesure de précaution, les Etats-Unis, le Canada, et tout récemment la Nouvelle-Zélande, ont-ils décidé d'exclure du don de sang les personnes ayant séjourné au Royaume-Uni au plus fort de la crise.
Peut-on faire du sang artificiel ?
Non, on ne sait pas vraiment fabriquer du sang. Ses fonctions et ses constituants sont beaucoup trop complexes. Toutefois, les risques infectieux liés aux transfusions ont poussé les chercheurs à trouver des transporteurs d'oxygène pour remplacer les globules rouges. Sans réel succès. Plusieurs compagnies ont mis au point des solutions d'hémoglobines stabilisées par modification biochimique, dont certaines sont en développement clinique. Mais elles posent des problèmes d'effets secondaires mal élucidés. Une deuxième stratégie consiste à développer des molécules chimiques. La principale d'entre elles est un perfluorocarbone PFC. Ce produit est autorisé aux Etats-Unis et au Japon dans des cas précis réparation des artères coronaires, urgence pour des personnes refusant la transfusion. Avec les techniques de génie génétique, on a réussi à produire des protéines sanguines de substitution. C'est le cas des facteurs VIII et IX de coagulation, destinés au traitement de l'hémophilie. Mais finalement la façon la plus efficace de compenser une forte perte de sang, accidentelle ou survenue lors d'une opération chirurgicale, reste la transfusion. Et la seule solution entièrement s_re et efficace est l'autotransfusion : donner son propre sang, en prévision d'une opération.
Tous les animaux ont-ils du sang ?
Non. Par exemple, les cellules des animaux très simples, comme les éponges ou les anémones de mer, assurent elles-mêmes leur approvisionnement en oxygène et nutriments. Ce n'est que lorsque les animaux deviennent plus grands et plus complexes que se met en place au cours de l'évolution un système d'irrigation facilitant le transport de ces substances aux cellules enfouies au plus profond de l'organisme. Et encore, l'appareil circulatoire ne devient-il complètement clos à quelques exceptions près que chez les vertébrés. Or la majorité des animaux sont des invertébrés 95 % des espèces. Les zoologistes appellent leur sang l'hémolymphe. La plupart du temps, les pigments transporteurs d'oxygène sont en solution dans l'hémolymphe ; parfois, ils sont protégés dans des cellules. Seuls les insectes n'ont pas de pigments respiratoires : leurs trachées très ramifiées apportent directement l'oxygène aux différents organes.
L'hémoglobine est le plus familier de ces pigments : avec sa couleur rouge typique, elle est présente dans la plupart des embranchements. Mais on trouve une hémolymphe à pigment vert chez des vers segmentés et un pigment bleu chez certains mollusques et arthropodes.
Que sait-on de l'évolution des hémoglobines ou des hématies ? Peu de chose. A l'origine, l'hémoglobine pourrait avoir été une molécule chargée de piéger l'oxygène, toxique pour des organismes anaérobies. En témoigne celle des nématodes qui se lie avec une grande affinité à l'oxygène, mais le libère difficilement.
Par ailleurs, en dehors des mammifères, tous les vertébrés - poissons, amphibiens, reptiles et oiseaux - ont des globules rouges avec noyau. La perte de ce noyau au cours de l'évolution a été interprétée comme un moyen d'améliorer la souplesse des hématies pour se faufiler dans les capillaires et d'augmenter leur stock d'hémoglobine donc d'augmenter la capacité du sang à se charger en oxygène. Cette mutation serait apparue quand se sont séparés les dinosaures ancêtres des oiseaux et les mammifères. Seules exceptions connues à cette règle chez les vertébrés, les larves d'anguille et une famille de poissons de l'Antarctique au nom barbare.
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