Des globules rouges - Red blood cell

des globules rouges
Micrographie électronique à balayage de globules rouges humains (environ 6 à 8 m de diamètre)
Des détails
Fonction	Transport d' oxygène
Identifiants
Acronyme(s)	RBC
Engrener	D004912
E	H2.00.04.1.01001
FMA	62845
Termes anatomiques de la microanatomie [ modifier sur Wikidata ]

Globules rouges ( GR ), également appelés globules rouges , globules rouges (chez l'homme ou d'autres animaux n'ayant pas de noyau dans les globules rouges), hématides , cellules érythroïdes ou érythrocytes (du grec erythros pour "rouge" et kytos pour " vaisseau creux", avec -cyte traduit par "cellule" dans l'usage moderne), sont le type de cellule sanguine le plus courant et le principal moyen des vertébrés de fournir de l' oxygène (O ₂ ) aux tissus corporels - via le flux sanguin à travers le système circulatoire système . Les globules rouges absorbent l'oxygène dans les poumons ou dans les branchies des poissons et le libèrent dans les tissus tout en le pressant à travers les capillaires du corps .

Le cytoplasme des érythrocytes est riche en hémoglobine , une biomolécule contenant du fer qui peut lier l'oxygène et est responsable de la couleur rouge des cellules et du sang. Chaque globule rouge humain contient environ 270 millions de ces molécules d' hémoglobine . La membrane cellulaire est composée de protéines et de lipides , et cette structure fournit des propriétés essentielles au fonctionnement physiologique des cellules telles que la déformabilité et la stabilité tout en traversant le système circulatoire et plus précisément le réseau capillaire .

Chez l'homme, les globules rouges matures sont des disques biconcaves souples et ovales . Il leur manque un noyau cellulaire et la plupart des organites , pour accueillir un maximum d'espace pour l'hémoglobine ; ils peuvent être considérés comme des sacs d'hémoglobine, avec une membrane plasmique comme sac. Environ 2,4 millions de nouveaux érythrocytes sont produits par seconde chez l'homme adulte. Les cellules se développent dans la moelle osseuse et circulent pendant environ 100 à 120 jours dans le corps avant que leurs composants ne soient recyclés par les macrophages . Chaque circulation dure environ 60 secondes (une minute). Environ 84 % des cellules du corps humain sont constituées de 20 à 30 000 milliards de globules rouges. Près de la moitié du volume sanguin ( 40 à 45 % ) est constituée de globules rouges.

Les concentrés de globules rouges (pRBC) sont des globules rouges qui ont été donnés, traités et stockés dans une banque de sang pour une transfusion sanguine .

Structure

Vertébrés

Il existe une immense variation de taille dans les globules rouges des vertébrés, ainsi qu'une corrélation entre la taille des cellules et celle du noyau. Les globules rouges des mammifères, qui ne contiennent pas de noyaux, sont considérablement plus petits que ceux de la plupart des autres vertébrés.

Les globules rouges matures des oiseaux ont un noyau, cependant dans le sang des femelles adultes du manchot Pygoscelis papua, des globules rouges énucléés ( B ) ont été observés, mais à très faible fréquence.

La grande majorité des vertébrés, y compris les mammifères et les humains, ont des globules rouges. Les globules rouges sont des cellules présentes dans le sang pour transporter l'oxygène. Les seuls vertébrés connus sans globules rouges sont le poisson des glaces crocodile (famille Channichthyidae ) ; ils vivent dans une eau froide très riche en oxygène et transportent l'oxygène librement dissous dans leur sang. Alors qu'ils n'utilisent plus d'hémoglobine, des restes de gènes d'hémoglobine peuvent être trouvés dans leur génome .

Les globules rouges des vertébrés sont principalement constitués d' hémoglobine , une métalloprotéine complexe contenant des groupes hèmes dont les atomes de fer se lient temporairement aux molécules d'oxygène (O ₂ ) dans les poumons ou les branchies et les libèrent dans tout le corps. L'oxygène peut facilement se diffuser à travers la membrane cellulaire du globule rouge . L'hémoglobine dans les globules rouges transporte également une partie des déchets de dioxyde de carbone des tissus; la plupart du dioxyde de carbone des déchets, cependant, est transportée vers les capillaires pulmonaires des poumons comme bicarbonate (HCO ₃ ^- ) dissous dans le plasma sanguin . La myoglobine , un composé apparenté à l'hémoglobine, agit pour stocker l'oxygène dans les cellules musculaires .

La couleur des globules rouges est due au groupe hème de l'hémoglobine. Le plasma sanguin seul est de couleur paille, mais les globules rouges changent de couleur en fonction de l'état de l'hémoglobine : lorsqu'il est combiné avec de l'oxygène, l'oxyhémoglobine résultante est écarlate, et lorsque l'oxygène a été libéré, la désoxyhémoglobine résultante est de couleur rouge bordeaux foncé . Cependant, le sang peut apparaître bleuâtre lorsqu'il est vu à travers la paroi vasculaire et la peau. L'oxymétrie de pouls tire parti du changement de couleur de l'hémoglobine pour mesurer directement la saturation en oxygène du sang artériel à l' aide de techniques colorimétriques . L'hémoglobine a également une très grande affinité pour le monoxyde de carbone , formant la carboxyhémoglobine qui est d'un rouge très vif. Les patients rincés et confus avec une lecture de saturation de 100 % sur l'oxymétrie de pouls souffrent parfois d'une intoxication au monoxyde de carbone.

La présence de protéines transportant l'oxygène à l'intérieur de cellules spécialisées (par opposition aux transporteurs d'oxygène dissous dans les fluides corporels) a été une étape importante dans l'évolution des vertébrés car elle permet un sang moins visqueux , des concentrations plus élevées d'oxygène et une meilleure diffusion de l'oxygène du sang aux tissus. La taille des globules rouges varie considérablement selon les espèces de vertébrés; la largeur des globules rouges est en moyenne d'environ 25 % plus grande que le diamètre des capillaires , et il a été émis l'hypothèse que cela améliore le transfert d'oxygène des globules rouges vers les tissus.

Mammifères

Globules rouges de mammifères typiques : (a) vus de la surface ; (b) de profil, formant des rouleaux ; (c) rendu sphérique par l'eau; (d) rendu crénelé (rétréci et hérissé) par le sel. (c) et (d) ne se produisent normalement pas dans le corps. Les deux dernières formes sont dues à l'eau transportée dans et hors des cellules, par osmose .

Les globules rouges des mammifères ont généralement la forme de disques biconcaves : aplatis et déprimés au centre, avec une section transversale en forme d'haltère et un rebord en forme de tore sur le bord du disque. Cette forme permet un rapport surface/volume (SA/V) élevé pour faciliter la diffusion des gaz. Cependant, il existe quelques exceptions concernant la forme dans l' ordre des artiodactyles (les ongulés à doigts égaux, y compris les bovins, les cerfs et leurs parents), qui présente une grande variété de morphologies bizarres de globules rouges : de petites cellules très ovaloïdes chez les lamas et les chameaux (famille Camelidae ), de minuscules cellules sphériques chez le cerf de la souris (famille Tragulidae ), et des cellules qui prennent des formes fusiformes, lancéolées, en croissant et irrégulièrement polygonales et d'autres formes angulaires chez le cerf élaphe et le wapiti (famille Cervidae ). Les membres de cet ordre ont clairement développé un mode de développement des globules rouges sensiblement différent de la norme des mammifères. Dans l'ensemble, les globules rouges des mammifères sont remarquablement flexibles et déformables afin de se faufiler à travers de minuscules capillaires , ainsi que de maximiser leur surface d'apposition en prenant la forme d'un cigare, où ils libèrent efficacement leur charge d'oxygène.

Les globules rouges chez les mammifères sont uniques parmi les vertébrés car ils n'ont pas de noyau à maturité. Ils ont des noyaux pendant les premières phases de l' érythropoïèse , mais les extrudent au cours du développement à mesure qu'ils mûrissent ; cela offre plus d'espace pour l'hémoglobine. Les globules rouges sans noyau, appelés réticulocytes , perdent par la suite tous les autres organites cellulaires tels que leurs mitochondries , leur appareil de Golgi et leur réticulum endoplasmique .

La rate agit comme un réservoir de globules rouges, mais cet effet est quelque peu limité chez l'homme. Chez certains autres mammifères tels que les chiens et les chevaux, la rate séquestre un grand nombre de globules rouges, qui sont déversés dans le sang pendant les périodes d'effort, ce qui donne une capacité de transport d'oxygène plus élevée.

Micrographie électronique à balayage des cellules sanguines. De gauche à droite : globule rouge humain, thrombocytes (plaquettes), leucocytes .

Humain

Deux gouttes de sang sont représentées avec une goutte oxygénée rouge vif à gauche et une goutte désoxygénée à droite.

Animation d'un cycle typique des globules rouges humains dans le système circulatoire. Cette animation se produit à un rythme plus rapide (~ 20 secondes du cycle moyen de 60 secondes) et montre le globule rouge se déformant lorsqu'il pénètre dans les capillaires, ainsi que les barres changeant de couleur au fur et à mesure que la cellule alterne dans des états d'oxygénation le long du système circulatoire .

Un globule rouge humain typique a un diamètre de disque d'environ 6,2 à 8,2 µm et une épaisseur au point le plus épais de 2 à 2,5 µm et une épaisseur minimale au centre de 0,8 à 1 µm, ce qui est beaucoup plus petit que la plupart des autres cellules humaines . Ces cellules ont un volume moyen d'environ 90 fL avec une surface d'environ 136 µm ² , et peuvent gonfler jusqu'à une forme de sphère contenant 150 fL, sans distension membranaire.

Les humains adultes ont environ 20 à 30 000 milliards de globules rouges à un moment donné, constituant environ 70 % de toutes les cellules en nombre. Les femmes ont environ 4 à 5 millions de globules rouges par microlitre (millimètre cube) de sang et les hommes environ 5 à 6 millions ; les personnes vivant à haute altitude avec une faible tension en oxygène en auront plus. Les globules rouges sont ainsi beaucoup plus fréquents que les autres particules sanguines : il y a environ 4 000 à 11 000 globules blancs et environ 150 000 à 400 000 plaquettes par microlitre.

Les globules rouges humains mettent en moyenne 60 secondes pour compléter un cycle de circulation.

La couleur rouge du sang est due aux propriétés spectrales des ions fer hémiques dans l' hémoglobine . Chaque molécule d'hémoglobine porte quatre groupes hèmes; l'hémoglobine constitue environ un tiers du volume cellulaire total. L'hémoglobine est responsable du transport de plus de 98% de l'oxygène dans le corps (l'oxygène restant est transporté dissous dans le plasma sanguin ). Les globules rouges d'un homme adulte moyen stockent collectivement environ 2,5 grammes de fer, ce qui représente environ 65% du fer total contenu dans le corps.

Microstructure

Noyau

Les globules rouges des mammifères s'anucléent à maturité, ce qui signifie qu'ils n'ont pas de noyau cellulaire . En comparaison, les globules rouges d'autres vertébrés ont des noyaux ; les seules exceptions connues sont les salamandres du genre Batrachoseps et les poissons du genre Maurolicus .

L'élimination du noyau dans les globules rouges des vertébrés a été proposée comme explication de l' accumulation subséquente d'ADN non codant dans le génome . L'argument est le suivant : un transport efficace des gaz nécessite que les globules rouges passent à travers des capillaires très étroits, ce qui limite leur taille. En l'absence d'élimination nucléaire, l'accumulation de séquences répétées est contrainte par le volume occupé par le noyau, qui augmente avec la taille du génome.

Les globules rouges nucléés chez les mammifères se composent de deux formes : les normoblastes, qui sont des précurseurs érythropoïétiques normaux des globules rouges matures, et les mégaloblastes, qui sont des précurseurs anormalement gros qui se produisent dans les anémies mégaloblastiques .

Composition membranaire

Les globules rouges sont déformables, flexibles, capables d'adhérer à d'autres cellules et d'interagir avec les cellules immunitaires. Leur membrane joue de nombreux rôles à cet égard. Ces fonctions dépendent fortement de la composition de la membrane. La membrane des globules rouges est composée de 3 couches : le glycocalyx à l'extérieur, qui est riche en glucides ; la bicouche lipidique qui contient de nombreuses protéines transmembranaires , en plus de ses principaux constituants lipidiques ; et le squelette membranaire, un réseau structurel de protéines situé à la surface interne de la bicouche lipidique. La moitié de la masse membranaire des globules rouges humains et de la plupart des mammifères sont des protéines. L'autre moitié est constituée de lipides, à savoir les phospholipides et le cholestérol .

Lipides membranaires

Les lipides membranaires des globules rouges les plus courants, schématiquement disposés au fur et à mesure qu'ils sont répartis sur la bicouche. Les abondances relatives ne sont pas à l'échelle.

La membrane des globules rouges comprend une bicouche lipidique typique , similaire à ce que l'on peut trouver dans pratiquement toutes les cellules humaines. En termes simples, cette bicouche lipidique est composée de cholestérol et de phospholipides en proportions égales en poids. La composition lipidique est importante car elle définit de nombreuses propriétés physiques telles que la perméabilité et la fluidité des membranes. De plus, l'activité de nombreuses protéines membranaires est régulée par des interactions avec les lipides de la bicouche.

Contrairement au cholestérol, qui est réparti uniformément entre les feuillets interne et externe, les 5 principaux phospholipides sont disposés de manière asymétrique, comme indiqué ci-dessous :

Monocouche externe

• Phosphatidylcholine (PC);
• Sphingomyéline (SM).

Monocouche intérieure

• Phosphatidyléthanolamine (PE);
• Phosphoinositol (PI) (petites quantités).
• Phosphatidylsérine (PS);

Cette distribution asymétrique des phospholipides parmi la bicouche est le résultat de la fonction de plusieurs protéines de transport de phospholipides dépendantes de l'énergie et indépendantes de l'énergie . Des protéines appelées « Flippases » déplacent les phospholipides de la monocouche externe vers la monocouche interne, tandis que d'autres appelées « floppases » font l'opération inverse, contre un gradient de concentration de manière dépendante de l'énergie. De plus, il existe également des protéines « scramblases » qui déplacent les phospholipides dans les deux sens en même temps, en descendant leurs gradients de concentration de manière indépendante de l'énergie. Il y a encore un débat considérable en cours concernant l'identité de ces protéines de maintenance membranaire dans la membrane des globules rouges.

Le maintien d'une distribution asymétrique des phospholipides dans la bicouche (telle qu'une localisation exclusive du PS et des IP dans la monocouche interne) est essentiel pour l'intégrité et le fonctionnement des cellules pour plusieurs raisons :

• Les macrophages reconnaissent et phagocytent les globules rouges qui exposent le PS à leur surface externe. Ainsi , le confinement du PS dans la monocouche interne est essentiel pour que la cellule survive à ses fréquentes rencontres avec les macrophages du système réticuloendothélial , en particulier dans la rate .
• La destruction prématurée des globules rouges thalassémiques et falciformes a été liée à des perturbations de l'asymétrie lipidique conduisant à l'exposition de PS sur la monocouche externe.
• Une exposition de PS peut potentialiser l'adhésion des globules rouges aux cellules endothéliales vasculaires, empêchant efficacement le transit normal à travers la microvascularisation. Ainsi, il est important que le PS soit maintenu uniquement dans le feuillet interne de la bicouche pour assurer un flux sanguin normal dans la microcirculation.
• Le PS et le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) peuvent réguler la fonction mécanique membranaire, en raison de leurs interactions avec des protéines squelettiques telles que la spectrine et la protéine 4.1R . Des études récentes ont montré que la liaison de la spectrine au PS favorise la stabilité mécanique de la membrane. PIP2 améliore la liaison de la bande protéique 4.1R à la glycophorine C mais diminue son interaction avec la bande protéique 3 , et peut ainsi moduler la liaison de la bicouche au squelette membranaire.

La présence de structures spécialisées appelées « radeaux lipidiques » dans la membrane des globules rouges a été décrite par des études récentes. Ce sont des structures enrichies en cholestérol et en sphingolipides associés à des protéines membranaires spécifiques, à savoir les flotillines , les STOMatines (bande 7), les protéines G , et les récepteurs β-adrénergiques . Il a été démontré que les radeaux lipidiques qui ont été impliqués dans les événements de signalisation cellulaire dans les cellules non érythroïdes dans les cellules érythroïdes médient la signalisation des récepteurs β2-adrégéniques et augmentent les niveaux d' AMPc , régulant ainsi l'entrée des parasites du paludisme dans les globules rouges normaux.

Protéines membranaires

Protéines membranaires des globules rouges séparées par SDS-PAGE et colorées à l'argent

Les protéines du squelette membranaire sont responsables de la déformabilité, de la flexibilité et de la durabilité du globule rouge, lui permettant de se faufiler à travers des capillaires inférieurs à la moitié du diamètre du globule rouge (7-8 m) et de retrouver la forme discoïde dès car ces cellules cessent de recevoir des forces de compression, de la même manière qu'un objet en caoutchouc.

Il existe actuellement plus de 50 protéines membranaires connues, pouvant exister de quelques centaines à un million de copies par globule rouge. Environ 25 de ces protéines membranaires portent les différents antigènes des groupes sanguins, tels que les antigènes A, B et Rh, entre autres. Ces protéines membranaires peuvent remplir une grande diversité de fonctions, telles que le transport d'ions et de molécules à travers la membrane des globules rouges, l'adhésion et l'interaction avec d'autres cellules telles que les cellules endothéliales, en tant que récepteurs de signalisation, ainsi que d'autres fonctions actuellement inconnues. Les groupes sanguins humains sont dus aux variations des glycoprotéines de surface des globules rouges. Les troubles des protéines de ces membranes sont associés à de nombreux troubles, tels que la sphérocytose héréditaire , l'elliptocytose héréditaire , la stomatocytose héréditaire et l'hémoglobinurie paroxystique nocturne .

Les protéines membranaires des globules rouges organisées selon leur fonction :

Protéines majeures de la membrane des globules rouges

Transport

• Bande 3 - Le transporteur d'anions, également un composant structurel important de la membrane des globules rouges, représente jusqu'à 25 % de la surface de la membrane cellulaire, chaque globule rouge contient environ un million de copies. Définit le groupe sanguin de Diego ;
• Aquaporin 1 – transporteur d'eau, définit le groupe sanguin de Colton ;
• Glut1 – transporteur de glucose et d' acide L-déhydroascorbique ;
• protéine antigénique Kidd – transporteur d'urée ;
• RHAG – transporteur de gaz, probablement de dioxyde de carbone, définit le groupe sanguin Rh et le phénotype inhabituel de groupe sanguin associé Rh _null ;
• Na ⁺ /K ⁺ – ATPase ;
• Ca ²⁺ – ATPase ;
• Na ⁺ K ⁺ 2Cl ⁻ – cotransporteur ;
• Na ⁺ -Cl ⁻ – cotransporteur ;
• échangeur Na-H ;
• K-Cl – cotransporteur ;
• Canal Gardos .

Adhésion cellulaire

• ICAM-4 – interagit avec les intégrines ;
• BCAM – une glycoprotéine qui définit le groupe sanguin luthérien et également connue sous le nom de Lu ou protéine de liaison à la laminine .

Rôle structurel - Les protéines membranaires suivantes établissent des liens avec les protéines squelettiques et peuvent jouer un rôle important dans la régulation de la cohésion entre la bicouche lipidique et le squelette membranaire, permettant probablement au globule rouge de maintenir sa surface membranaire favorable en empêchant la membrane de s'effondrer (vésiculer) .

• Complexe macromoléculaire à base d' ankyrine - protéines liant la bicouche au squelette membranaire par l'interaction de leurs domaines cytoplasmiques avec l' ankyrine .
  • Bande 3 – assemble également diverses enzymes glycolytiques , le transporteur présumé de CO ₂ et l'anhydrase carbonique en un complexe macromoléculaire appelé « métabolon », qui peut jouer un rôle clé dans la régulation du métabolisme des globules rouges et la fonction de transport des ions et des gaz .
  • RHAG – également impliqué dans le transport, définit le phénotype de groupe sanguin inhabituel associé Rh _mod .
• Complexe macromoléculaire basé sur la protéine 4.1R – protéines interagissant avec la protéine 4.1R .
  • Protéine 4.1R – faible expression des antigènes de Gerbich ;
  • Glycophorine C et D – glycoprotéine, définit le groupe sanguin de Gerbich ;
  • XK - définit le groupe sanguin de Kell et le phénotype inhabituel de Mcleod (manque d'antigène Kx et expression considérablement réduite des antigènes de Kell);
  • RhD/RhCE – définit le groupe sanguin Rh et le phénotype de groupe sanguin inhabituel associé Rh _null ;
  • Protéine Duffy – a été proposée pour être associée à la clairance des chimiokines ;
  • Adducin – interaction avec la bande 3 ;
  • Dématine - interaction avec le transporteur de glucose Glut1.

Potentiel électrostatique de surface

Le potentiel zêta est une propriété électrochimique des surfaces cellulaires qui est déterminée par la charge électrique nette des molécules exposées à la surface des membranes cellulaires de la cellule. Le potentiel zêta de la normale des globules rouges est -15.7 milli volts (mV). Une grande partie de ce potentiel semble être due aux résidus d' acide sialique exposés dans la membrane : leur élimination entraîne un potentiel zêta de -6,06 mV.

Fonction

Rôle dans le CO
2 transport

Rappelons que la respiration, telle qu'illustrée ici schématiquement avec une unité d'hydrate de carbone, produit à peu près autant de molécules de dioxyde de carbone, CO ₂ , qu'elle consomme d'oxygène, O ₂ .

${\displaystyle {\ce {HCOH + O2 -> CO2 + H2O}}}$

Ainsi, la fonction du système circulatoire concerne autant le transport du dioxyde de carbone que le transport de l'oxygène. Comme indiqué ailleurs dans cet article, la majeure partie du dioxyde de carbone dans le sang est sous forme d'ion bicarbonate. Le bicarbonate fournit un tampon de pH critique . Ainsi, contrairement à l'hémoglobine pour le transport de l'O ₂ , il y a un avantage physiologique à ne pas avoir de molécule transporteuse de CO ₂ spécifique .

Les globules rouges jouent néanmoins un rôle clé dans le processus de transport du CO ₂ , pour deux raisons. D'abord parce que, outre l'hémoglobine, ils contiennent un grand nombre de copies de l'enzyme anhydrase carbonique à l'intérieur de leur membrane cellulaire. L'anhydrase carbonique, comme son nom l'indique, agit comme un catalyseur de l'échange entre l'acide carbonique et le dioxyde de carbone (qui est l' anhydride de l'acide carbonique). Parce que c'est un catalyseur, il peut affecter de nombreuses molécules de CO ₂ , il remplit donc son rôle essentiel sans avoir besoin d'autant de copies qu'il en faut pour le transport de l' O ₂ par l'hémoglobine. En présence de ce catalyseur, le dioxyde de carbone et l'acide carbonique s'équilibrent très rapidement, tandis que les globules rouges se déplacent encore dans le capillaire. Ainsi, c'est le GR qui assure que la majeure partie du CO ₂ est transportée sous forme de bicarbonate. Au pH physiologique, l'équilibre favorise fortement l'acide carbonique, qui est principalement dissocié en ion bicarbonate.

${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=>> H2CO3 <=>> HCO3- + H+}}}$

Les ions H+ libérés par cette réaction rapide dans les globules rouges, tout en restant dans le capillaire, agissent pour réduire l'affinité de liaison à l'oxygène de l'hémoglobine, l' effet Bohr .

La deuxième contribution majeure des GR au transport du dioxyde de carbone est que le dioxyde de carbone réagit directement avec les composants protéiques de la globine de l'hémoglobine pour former des composés carbaminohémoglobine . Au fur et à mesure que l'oxygène est libéré dans les tissus, plus de CO ₂ se lie à l'hémoglobine, et comme l'oxygène se lie dans les poumons, il déplace le CO ₂ lié à l'hémoglobine , c'est ce qu'on appelle l' effet Haldane . Malgré le fait que seule une petite quantité de CO ₂ dans le sang soit liée à l'hémoglobine dans le sang veineux, une plus grande proportion de la variation de la teneur en CO ₂ entre le sang veineux et artériel provient de la variation de ce CO ₂ lié . C'est-à-dire qu'il y a toujours une abondance de bicarbonate dans le sang, à la fois veineux et artériel, en raison de son rôle susmentionné de tampon de pH.

En résumé, le dioxyde de carbone produit par la respiration cellulaire se diffuse très rapidement vers les zones de concentration plus faible, en particulier dans les capillaires voisins. Lorsqu'il diffuse dans un RBC, le CO ₂ est rapidement converti par l'anhydrase carbonique présente à l'intérieur de la membrane du RBC en ion bicarbonate. Les ions bicarbonate quittent à leur tour les globules rouges en échange d' ions chlorure du plasma, facilités par la protéine de transport des anions de la bande 3 colocalisée dans la membrane des globules rouges. L'ion bicarbonate ne diffuse pas en retour hors du capillaire, mais est transporté vers le poumon. Dans les poumons, la pression partielle inférieure du dioxyde de carbone dans les alvéoles provoque une diffusion rapide du dioxyde de carbone du capillaire dans les alvéoles. L'anhydrase carbonique dans les globules rouges maintient l'ion bicarbonate en équilibre avec le dioxyde de carbone. Ainsi, lorsque le dioxyde de carbone quitte le capillaire et que le CO ₂ est déplacé par l'O ₂ sur l'hémoglobine, suffisamment d'ions bicarbonate se transforment rapidement en dioxyde de carbone pour maintenir l'équilibre.

Fonctions secondaires

Lorsque les globules rouges subissent une contrainte de cisaillement dans les vaisseaux rétrécis, ils libèrent de l' ATP , ce qui provoque le relâchement et la dilatation des parois des vaisseaux afin de favoriser un flux sanguin normal.

Lorsque leurs molécules d'hémoglobine sont désoxygénées, les globules rouges libèrent des S-nitrosothiols , qui agissent également pour dilater les vaisseaux sanguins, dirigeant ainsi davantage de sang vers les zones du corps appauvries en oxygène.

Les globules rouges peuvent également synthétiser de l'oxyde nitrique par voie enzymatique, en utilisant la L-arginine comme substrat, tout comme les cellules endothéliales . L'exposition des globules rouges à des niveaux physiologiques de contrainte de cisaillement active l'oxyde nitrique synthase et l'exportation d'oxyde nitrique, ce qui peut contribuer à la régulation du tonus vasculaire.

Les globules rouges peuvent également produire du sulfure d'hydrogène , un gaz de signalisation qui agit pour détendre les parois des vaisseaux. On pense que les effets cardioprotecteurs de l'ail sont dus aux globules rouges qui convertissent ses composés soufrés en sulfure d'hydrogène.

Les globules rouges jouent également un rôle dans la réponse immunitaire de l' organisme : lorsqu'ils sont lysés par des agents pathogènes tels que des bactéries, leur hémoglobine libère des radicaux libres , qui décomposent la paroi cellulaire et la membrane du pathogène, le tuant.

Processus cellulaires

Du fait qu'ils ne contiennent pas de mitochondries , les globules rouges n'utilisent pas l'oxygène qu'ils transportent ; à la place, ils produisent le vecteur énergétique ATP par la glycolyse du glucose et la fermentation de l'acide lactique sur le pyruvate résultant . De plus, la voie des pentoses phosphates joue un rôle important dans les globules rouges ; voir déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase pour plus d'informations.

Comme les globules rouges ne contiennent pas de noyau, la biosynthèse des protéines est actuellement supposée être absente dans ces cellules.

En raison de l'absence de noyaux et d'organites, les globules rouges matures ne contiennent pas d' ADN et ne peuvent synthétiser aucun ARN , et par conséquent ne peuvent pas se diviser et ont des capacités de réparation limitées. L'incapacité d'effectuer la synthèse des protéines signifie qu'aucun virus ne peut évoluer pour cibler les globules rouges des mammifères. Cependant, l'infection par des parvovirus (tels que le parvovirus humain B19 ) peut affecter les précurseurs érythroïdes alors qu'ils ont encore de l'ADN, comme le reconnaît la présence de pronormoblastes géants avec des particules virales et des corps d'inclusion , appauvrissant ainsi temporairement le sang des réticulocytes et provoquant une anémie .

Cycle de la vie

Les globules rouges humains sont produits par un processus appelé érythropoïèse , se développant à partir de cellules souches engagées en globules rouges matures en environ 7 jours. À maturité, chez un individu sain, ces cellules vivent dans la circulation sanguine pendant environ 100 à 120 jours (et 80 à 90 jours chez un nourrisson né à terme ). En fin de vie, ils sont retirés de la circulation. Dans de nombreuses maladies chroniques, la durée de vie des globules rouges est réduite.

Création

L'érythropoïèse est le processus par lequel de nouveaux globules rouges sont produits; ça dure environ 7 jours. Grâce à ce processus, des globules rouges sont produits en continu dans la moelle osseuse rouge des gros os. (Dans l' embryon , le foie est le principal site de production de globules rouges.) La production peut être stimulée par l' hormone érythropoïétine (EPO), synthétisée par le rein. Juste avant et après avoir quitté la moelle osseuse, les cellules en développement sont appelées réticulocytes ; ceux-ci constituent environ 1% des globules rouges circulants.

Durée de vie fonctionnelle

La durée de vie fonctionnelle d'un globule rouge est d'environ 100 à 120 jours, période pendant laquelle les globules rouges sont continuellement déplacés par la poussée du flux sanguin (dans les artères ), la traction (dans les veines ) et une combinaison des deux lorsqu'ils se faufilent à travers microvaisseaux comme les capillaires. Ils sont également recyclés dans la moelle osseuse.

Sénescence

Le globule rouge vieillissant subit des modifications de sa membrane plasmique , le rendant susceptible d'être reconnu sélectivement par les macrophages et de phagocyter ensuite le système phagocytaire mononucléaire ( rate , foie et ganglions lymphatiques ), éliminant ainsi les cellules anciennes et défectueuses et purgeant continuellement le sang. Ce processus est appelé éryptose , la mort programmée des globules rouges. Ce processus se produit normalement au même taux de production par érythropoïèse, équilibrant le nombre total de globules rouges circulants. L' éryptose est augmentée dans une grande variété de maladies , y compris la septicémie , le syndrome hémolytique et urémique , le paludisme , la drépanocytose , la bêta- thalassémie , le déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase , la déplétion en phosphate , la carence en fer et la maladie de Wilson . L'éryptose peut être provoquée par un choc osmotique, un stress oxydatif et un épuisement énergétique, ainsi que par une grande variété de médiateurs endogènes et de xénobiotiques . Une éryptose excessive est observée dans les globules rouges dépourvus de la protéine kinase cGMP-dépendante de type I ou de la protéine kinase AMPK activée par l'AMP. Les inhibiteurs de l'éryptose comprennent l' érythropoïétine , l'oxyde nitrique , les catécholamines et des concentrations élevées d' urée .

Une grande partie des produits de dégradation résultants sont recyclés dans le corps. L'hème constituant de l'hémoglobine est décomposé en fer (Fe ³⁺ ) et en biliverdine . La biliverdine est réduite en bilirubine , qui est libérée dans le plasma et recirculée vers le foie liée à l' albumine . Le fer est libéré dans le plasma pour être remis en circulation par une protéine porteuse appelée transferrine . Presque tous les globules rouges sont éliminés de la circulation de cette manière avant qu'ils ne soient assez vieux pour s'hémolyser . L'hémoglobine hémolysée est liée à une protéine plasmatique appelée haptoglobine , qui n'est pas excrétée par les reins.

Signification clinique

Maladie

Affectés par la drépanocytose , les globules rouges se déforment et menacent d'endommager les organes internes.

Les maladies du sang impliquant les globules rouges comprennent :

• Les anémies (ou anémies) sont des maladies caractérisées par une faible capacité de transport d'oxygène du sang, en raison d'un faible nombre de globules rouges ou d'une anomalie des globules rouges ou de l'hémoglobine.

• L'anémie ferriprive est l' anémie la plus courante; il survient lorsque l'apport alimentaire ou l'absorption du fer est insuffisant et que l'hémoglobine, qui contient du fer, ne peut pas se former

• La drépanocytose est une maladie génétique qui se traduit par des molécules d'hémoglobine anormales. Lorsque ceux-ci libèrent leur charge d'oxygène dans les tissus, ils deviennent insolubles, ce qui conduit à des globules rouges mal formés. Ces globules rouges en forme de faucille sont moins déformables et viscoélastiques , ce qui signifie qu'ils sont devenus rigides et peuvent provoquer un blocage des vaisseaux sanguins, des douleurs, des accidents vasculaires cérébraux et d'autres lésions tissulaires.

• La thalassémie est une maladie génétique qui entraîne la production d'un rapport anormal de sous-unités d'hémoglobine.

• Les syndromes de sphérocytose héréditaire sont un groupe de troubles héréditaires caractérisés par des défauts de la membrane cellulaire des globules rouges , ce qui rend les cellules petites, en forme de sphère et fragiles au lieu d'être en forme de beignet et flexibles. Ces globules rouges anormaux sont détruits par la rate . Plusieurs autres troubles héréditaires de la membrane des globules rouges sont connus.

• L'anémie pernicieuse est une maladie auto-immune dans laquelle le corps manque de facteur intrinsèque , nécessaire pour absorber la vitamine B ₁₂ de la nourriture. La vitamine B ₁₂ est nécessaire à la production d'hémoglobine.

• L'anémie aplasique est causée par l'incapacité de la moelle osseuse à produire des cellules sanguines.

• L'aplasie pure des globules rouges est causée par l'incapacité de la moelle osseuse à produire uniquement des globules rouges.

Effet de la pression osmotique sur les cellules sanguines

Micrographies des effets de la pression osmotique

• L'hémolyse est le terme général désignant une dégradation excessive des globules rouges. Elle peut avoir plusieurs causes et peut entraîner une anémie hémolytique .

• Le parasite du paludisme passe une partie de son cycle de vie dans les globules rouges, se nourrit de leur hémoglobine puis les brise, provoquant de la fièvre. La drépanocytose et la thalassémie sont toutes deux plus fréquentes dans les zones impaludées, car ces mutations confèrent une certaine protection contre le parasite.

• Les polyglobulies (ou érythrocytoses) sont des maladies caractérisées par un surplus de globules rouges. L'augmentation de la viscosité du sang peut provoquer un certain nombre de symptômes.

• Dans la polyglobulie vraie, l'augmentation du nombre de globules rouges résulte d'une anomalie de la moelle osseuse.

• Plusieurs maladies microangiopathiques , y compris la coagulation intravasculaire disséminée et les microangiopathies thrombotiques , présentent des fragments de globules rouges pathognomoniques ( diagnostiques ) appelés schizocytes . Ces pathologies génèrent des brins de fibrine qui coupent les globules rouges lorsqu'ils tentent de franchir un thrombus .

Transfusion

Des globules rouges peuvent être administrés dans le cadre d'une transfusion sanguine . Le sang peut être donné par une autre personne ou conservé par le receveur à une date antérieure. Le sang donné nécessite généralement un dépistage pour s'assurer que les donneurs ne contiennent pas de facteurs de risque de présence de maladies transmissibles par le sang, ou ne souffriront pas eux-mêmes en donnant du sang. Le sang est généralement collecté et testé pour les maladies transmises par le sang courantes ou graves , notamment l' hépatite B , l' hépatite C et le VIH. Le groupe sanguin (A, B, AB ou O) ou le produit sanguin est identifié et apparié avec le sang du receveur afin de minimiser le risque de réaction transfusionnelle hémolytique aiguë , un type de réaction transfusionnelle . Il s'agit de la présence d' antigènes à la surface de la cellule. Après ce processus, le sang est stocké et utilisé pendant une courte durée. Le sang peut être administré sous forme de produit entier ou les globules rouges peuvent être séparés sous forme de concentrés de globules rouges .

Le sang est souvent transfusé en cas d'anémie connue, de saignement actif ou lorsqu'on s'attend à une perte de sang grave, comme avant une opération. Avant que le sang ne soit donné, un petit échantillon du sang du receveur est testé avec la transfusion dans un processus connu sous le nom de cross-match .

En 2008, il a été signalé que des cellules souches embryonnaires humaines avaient été amenées avec succès à devenir des globules rouges en laboratoire. L'étape difficile consistait à amener les cellules à éjecter leur noyau ; ceci a été réalisé en faisant croître les cellules sur des cellules stromales de la moelle osseuse. On espère que ces globules rouges artificiels pourront éventuellement être utilisés pour des transfusions sanguines.

Essais

Plusieurs tests sanguins impliquent des globules rouges. Ceux - ci comprennent un grand nombre de RBC (le nombre de globules rouges par volume de sang), le calcul de l' hématocrite (pourcentage du volume sanguin occupé par les globules rouges), et le taux de sédimentation . Le groupe sanguin doit être déterminé pour se préparer à une transfusion sanguine ou à une transplantation d'organe .

De nombreuses maladies impliquant des globules rouges sont diagnostiquées avec un frottis sanguin (ou frottis sanguin périphérique), où une fine couche de sang est étalée sur une lame de microscope. Cela peut révéler des anomalies de la forme et de la forme des globules rouges. Lorsque les globules rouges se présentent parfois sous forme de pile, côté plat à côté du côté plat. C'est ce qu'on appelle la formation de rouleaux , et cela se produit plus souvent si les niveaux de certaines protéines sériques sont élevés, comme par exemple lors d'une inflammation .

Séparation et dopage sanguin

Les globules rouges peuvent être obtenus à partir du sang total par centrifugation , qui sépare les cellules du plasma sanguin au cours d'un processus connu sous le nom de fractionnement du sang . Les concentrés de globules rouges , qui sont ainsi fabriqués à partir de sang total dont le plasma a été retiré, sont utilisés en médecine transfusionnelle . Lors du don de plasma , les globules rouges sont immédiatement réinjectés dans le corps et seul le plasma est collecté.

Certains sportifs ont tenté d'améliorer leurs performances par dopage sanguin : d'abord environ 1 litre de leur sang est extrait, puis les globules rouges sont isolés, congelés et stockés, pour être réinjectés peu avant la compétition. (Les globules rouges peuvent être conservés pendant 5 semaines à -79 °C ou -110 °F, ou plus de 10 ans en utilisant des cryoprotecteurs) Cette pratique est difficile à détecter mais peut mettre en danger le système cardiovasculaire humain qui n'est pas équipé pour traiter le sang de la viscosité plus élevée qui en résulte . Une autre méthode de dopage sanguin consiste à injecter de l' érythropoïétine pour stimuler la production de globules rouges. Ces deux pratiques sont interdites par l' Agence mondiale antidopage .

Histoire

La première personne à décrire les globules rouges était le jeune biologiste néerlandais Jan Swammerdam , qui avait utilisé un premier microscope en 1658 pour étudier le sang d'une grenouille. Ignorant ce travail, Anton van Leeuwenhoek a fourni une autre description microscopique en 1674, fournissant cette fois une description plus précise des globules rouges, se rapprochant même de leur taille, « 25 000 fois plus petit qu'un fin grain de sable ».

Dans les années 1740, Vincenzo Menghini à Bologne a pu démontrer la présence de fer en passant des aimants sur la poudre ou les cendres restantes des globules rouges chauffés.

En 1901, Karl Landsteiner publia sa découverte des trois principaux groupes sanguins —A, B et C (qu'il renomma plus tard en O). Landsteiner a décrit les schémas réguliers dans lesquels les réactions se sont produites lorsque le sérum était mélangé avec des globules rouges, identifiant ainsi des combinaisons compatibles et conflictuelles entre ces groupes sanguins. Un an plus tard, Alfred von Decastello et Adriano Sturli, deux collègues de Landsteiner, ont identifié un quatrième groupe sanguin, AB.

En 1959, grâce à la cristallographie aux rayons X , le Dr Max Perutz a réussi à démêler la structure de l'hémoglobine , la protéine des globules rouges qui transporte l'oxygène.

Les plus anciens globules rouges intacts jamais découverts ont été trouvés dans Ötzi l'homme de glace, une momie naturelle d'un homme décédé vers 3255 avant notre ère. Ces cellules ont été découvertes en mai 2012.

Voir également

• Entraînement en altitude
• Substitut de sang
• Indices de globules rouges
• Sérum (sang)
• Er collecte de groupe sanguin

Les références

Liens externes

• Groupes sanguins et antigènes des globules rouges par Laura Dean. Manuel en ligne consultable et téléchargeable dans le domaine public.
• Base de données des tailles des érythrocytes des vertébrés .
• Red Gold , site PBS contenant des faits et l'histoire