BIOLOGIE BIOLOGIE Faculté de médecine de RABAT / Internat de médecine 2008 NB : malgré tout le soin apporté à la réalisation de ce support, il est possible qu'une erreur ou une coquille n'ait pas été corrigée à la lecture des épreuves. L'auteur décline toute responsabilité quant aux conséquences qui pourraient en résulter. 1 BIOLOGIE Table des matières A. Endocrinologie : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Hormones thyroïdiennes : nature, origine, actions physiologiques et régulation de la sécrétion Hormones sexuelles : nature, origine, actions physio, régulation de la sécrétion et exploration Médullosurrénale : physiologie et exploration Axe hypothalamo-hypophysaire : physiologie et exploration Physiologie de la corticosurrénale : gluco, minéralocorticoïdes et androgènes CS Métabolisme phosphocalcique : physiologie, régulation et exploration Régulation de la glycémie : physio et explorations biochimiq des hyper et des hypoglycémies Système rénine angiotensine et aldostérone Lipoprotéines plasmatiques : structure, métabolisme, exploration et classification des hyperlipoprotéinémies B. Physiologie : cardiaque, respiratoire et digestive 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Débit cardiaque : facteurs et régulation Régulation de la pression sanguine artérielle (PSA) : facteurs et régulation Physiologie de la ventilation : mécaniq ventilatoire, débits, volumes, capacités , régulation Transport des gaz du sang Fonction biliaire : sécrétion, excrétion et détoxication Sécrétion gastrique : origine et régulation Absorption intestinale : des glucides, des lipides, des protides, hydro électrolytique Motricité digestive : de l’oesophage, de l’estomac, de l’intestin et anorectale C. Immunologie : 1. 2. 3. 4. Immunité humorale : le lymphocyte B, les immunoglobulines et le complément Immunité cellulaire :le lymphocyte T et les cytokines Complexe Majeur d’Histocompatibilité : caractéristiques et propriétés, Immunité anti-infectieuse D. Hématologie : 1. Hématopoïèse : les facteurs de régulation 2. Hémolyse : mécanismes et méthodes d’exploration. 3. Systèmes de groupes érythrocytaires et leurs applications : diagnostic ; transfusion et transplantation. 4. Hémoglobines humaines : aspects biochimiques et génétiques. 5. Hémostase : facteurs ; mécanismes et méthodes d’exploration. E. Biochimie : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Marqueurs tumoraux : définition, classification, principes du dosage et signification Rein : filtration glomérulaire et fonctions tubulaires Compartiments hydriques de l’organisme et leur régulation Equilibre acido-basique : régulation du pH et de l’équilibre acido-basique Neurotransmission et neuromodulation : neuromédiateurs, récepteurs à action directe et récepteurs à protéines G Equilibre hydro électrolytique : physiologie, régulation et exploration Cétogenèse : physiologie et exploration Ammoniogenèse et uréogenèse : physiologie, régulation et exploration Bilirubine : métabolisme, méthode d’étude et classification des ictères. 2 BIOLOGIE 10. Enzymes sériques : enzymes de la cytolyse hépatique, enzymes de la cholestase, enzymes cardiaques et musculaires et enzymes pancréatiques. 11. Exploration biologique de l’inflammation : VS et protéines de l'inflammation F. Génétique : 1. 2. 3. 4. 5. Techniques cytogénétiques et leurs indications. Chromosome : les anomalies chromosomiques et leurs mécanismes. Différenciation et communication cellulaires : mécanismes cellulaires et moléculaires Apoptose : Mécanismes cellulaires et moléculaires de. Acides nucléiques (ADN et ARN) : structure, rôle, régulation de l'expression génétique, et différentes anomalies 6. Amniocentèse et choriocentèse dans le Dg prénatal : principe, technique et indications. G. Biophysique : 1. Actions biologiques des radiations ionisantes et radioprotection : Actions physico-chimiques et cellulaires – Effets déterministes – Effets stochastiques – Notions de radioprotection dans le secteur médical. 3 BIOLOGIE Q1.Débit cardiaque : facteurs et régulation Le débit cardiaque est le volume de sang expulsé par chaque ventricule, par unité de temps. Il est égal au produit de la fréquence cardiaque par le volume d’éjection systolique, il est exprimé en l/min ou ml/min. Qc (l.min-1) = FC (bpm) x VES (l.bat-1) = (VTD – VTS) x FC I. Il est égale à 5l/min au repos couché (index cardiaque = 3,4 l/min/m² de surface corporelle). Pour maintenir l'homéostasie circulatoire, indispensable au fonctionnement des organes, le débit cardiaque doit s'adapter aux variations des différents paramètres hémodynamiques, d'où l'importance de sa régulation. La Fc dépend du système nerveux autonome (facteur extrinsèque), et le VES dépend des propriétés du muscle cardiaque (facteur intrinsèque) : pré charge, post charge et contractilité. Intérêt : - Pathologique : car tout dépassement des capacités de régulation→ défaillance cardiaque; - Paraclinique : mesure par l'échographie doppler cardiaque. - Thérapeutique : nombreuses implications thérapeutiques (médicaments qui agissent sur : fréquence cardiaque, inotropisme, précharge, postcharge). FREQUENCE CARDIAQUE : facteurs et régulation 1. Définition : Nombre de contractions ventriculaires par seconde. Elle est exprimée en battements par minute (bats/min) (moyenne = 60 - 70 bats/min). Directement en relation inverse avec la durée du cycle cardiaque. On parle de tachycardie lorsque la fréquence s'accélère au-delà de 100 bpm chez l'adulte et 160 bpm chez le nouveau né (digestion, émotion, exercice, fièvre…), et de bradycardie lorsqu'elle se ralentit en deçà de 60 bpm chez l'adulte et 120 bpm chez le nouveau né (sommeil, sportifs…). Ces variations se font essentiellement au dépend de la diastole. 2. Régulation : La fréquence cardiaque correspond au nombre de stimulations électrique par minute à laquelle le cœur est soumis. Elle est déterminée par le nœud sinusal, celui-ci est innervé par le système sympathique cardioaccélérateur (Noradrénaline) et le système parasympathique cardiomodérateur (acétylcholine). La mise en jeu de ce mécanisme nerveux est surtout réflexe (barosensibilité) a. Le système parasympathique : "cardiomodérateur" Le X exerce sur le cœur une action frénatrice permanente et modérée ; c’est le tonus vagal. L’acétylcholine, ↑ la perméabilité membranaire des cellules nodales aux ions K+ qui sortent de la cellule. Ainsi la membrane cellulaire devient hyper polarisée en diastole, la pente de dépolarisation diastolique spontanée est ↓, ce qui retarde l’apparition de potentiel d’action et ralentie la Fc. b. Le système orthosympathique : "cardioaccélérateur" La stimulation du nerf sympathique libère à l’extrémité des axones post ganglionnaire de la noradrénaline qui se fixe sur les récepteurs adrénergique β1. La noradrénaline ↑ la pente de dépolarisation diastolique spontanée en augmentant la perméabilité cellulaire à l’entrée des ions Na+, ce qui accélère l’apparition de potentiel d’action et donc l’↑ de la Fc. Donc ce système a un effet : - inotrope (+) : ↑ la contractilité du myocarde - chronotrope (+) : ↑ la Fc - dromotrope (+) : ↑ la vitesse de conduction cardiaque. Pour un VES fixe l' de la fréquence cardiaque Qc. Rapidement mise en jeu, la tachycardie est d'autant plus efficace que le rythme était plus bas précédemment mais ce mécanisme a ses limites : - Réduction du temps du remplissage cardiaque ventriculaire VTD VES - Mauvaise perfusion myocardique pour les coronaires. 4 BIOLOGIE II. VOLUME D'EJECTION SYSTOLIQUE (VES) : facteurs et régulation C'est le volume de sang éjecté à chaque systole. Il est égale à la différence entre de VTD et VTS. Il varie en permanence autour d'une valeur moyenne 100 – 120 ml. VES = VTD – VTS : - Volume télédiastolique (VTD) : Volume de sang contenu dans les ventricules juste avant la systole ventriculaire (160 ml) = volume de pré charge - Volume télésystolique (VTS) : Volume de sang contenu dans les ventricules à la fin de chaque systole (60 ml) = volume post charge - Le rapport volume d'éjection systolique / volume d'éjection diastolique = fraction d'éjection (70%). Selon la loi de Starling, la force de contraction musculaire et le degré de raccourcissement de la fibre myocardique, dépend dans une large mesure de la longueur de la fibre myocardique avant la contraction. Ainsi, le VES dépend de : - la précharge, c'est-à-dire du volume télédiastolique (VTD) : donc le VES est d’autant plus grand que le VTD est grand, ce dernier dépend de la pression de remplissage elle-même dépendante du retour veineux (masse sanguine et sa répartition), de la distensibilité du ventricule gauche et de la systole auriculaire. *** La disparition de la systole auriculaire est responsable de l'ACFA. - la postcharge, c'est-à-dire de la pression aortique systolique elle-même en fonction des propriétés élastiques de l’aorte et des résistances périphériques : donc la force de contraction du ventricule ↑ quand la pression aortique ↑, afin d’éjecté le même VES. - la contractilité : c'est la performance contractile du myocarde à savoir la force et la vitesse de contraction des fibres myocardiques musculaires (inotropisme). L' de la force et fraction contractile du VG VES et du temps d'éjection Qc et fraction d'éjection. Les variations de contractilité sont sous la dépendance du système sympathique adrénergique par l'intermédiaire des catécholamines. *** Parmi les substances inotropes (+), la noradrénaline, adrénaline, isuprel, dobutamine. Ils sont utilisés dans le traitement des états de chocs cardiogéniques. Les digitaliques (digoxine), sont des inotropes + utilisés dans le traitement de l'insuffisance cardiaque. Conclusion : Le débit cardiaque doit être suffisant pour subvenir besoins de l’organisme, qui varient en fonction de l’activité métabolique, d’où l’importance de sa régulation. Au repos, l'action frénatrice permanente du parasympathique maintien le débit cardiaque à sa valeur de base. A l'effort, le tonus para sympathique de base s’arrête par mise en jeu du système sympatho-adrénergique. Le débit cardiaque ↑ par effet chronotrope (+) et par effet inotrope (+). L'insuffisance cardiaque est l'impossibilité pour le cœur d'assurer un débit sanguin suffisant pour satisfaire les besoins de l'organisme, malgré des pressions de remplissage élevées. 5 BIOLOGIE Q2. Régulation de la pression sanguine artérielle (PSA) : facteurs et régulation La pression artérielle est la pression qui règne dans la circulation à haute pression. En maintenant les parois du système artériel distendues et en assurant l'écoulement du sang, elle permet une perfusion efficace des organes. La PA est la résultante du débit cardiaque et résistances périphériques totales (RPT) : DC x RPT. Chez un adulte jeune du sexe masculin, les valeurs normales au repos et en position couchée : - pour la systolique, entre 110 et 140 mmHg - pour la diastolique, entre 60 et 80 mmHg mmHg. - En position debout, les chiffres sont un peu plus bas. Intérêt : compréhension de la physiopathologie et le traitement de l'HTA et des états de chocs. I. FACTEURS : Loi de Poiseuille : ∆p = Q x R ∆p = PA moy – POD moy NB : POD moy (≈ 2 mmHg) est négligeable par rapport à PA moy (≈ 100 mmHg) PA moy = Qc x RPT Qc = Fc x VES RPT = 8 L µ / N r4 - L = longueur - µ = viscosité sanguine - r = rayon (r est en fait le rayon d’un vaisseau unique virtuel de rayon constant et de longueur L qui relierait l’VG à l’OD et qui générerait les mêmes résistances que l’ensemble des vaisseaux de la circulation systémique) II. REGULATION : A. Les mécanismes d'action immédiate : Se situent à l'intérieur du système nerveux autonome, ce qui explique leur temps de réponse < à 1 min. Ils sont mis en jeu à partir de - Barorécepteurs : agissant dans toutes les circonstances, - Chémorécepteurs : mis en jeu seulement dans des situations d'urgence : l'hypoxie avec chute de la Pao2 < de 75mmHg, l’acidose et l’hypercapnie. - Centres vasomoteurs, en ultime recours lorsque la pression artérielle moyenne chute < de 50 mmHg. 1. Régulation réflexe de la pression : Sollicitée en permanence, et assure la constance de la pression dans toutes les circonstances habituelles Il s'agit d'une régulation par rétroaction négative. Le circuit réflexe dépend du SNA et a pour point de départ les barorécepteurs, qui recueillent l'information et la transmettent aux centres régulateurs par l'intermédiaire des nerfs afférents (Hering et Ludwig Cyon). Ces centres, situés dans le SNC, transmettent les ordres régulateurs par des nerfs efférents parasympathique et sympathique et contrôlent la Fc et la RVP. 2. Barorécepteurs : Situés dans l'épaisseur de la paroi artérielle de la crosse aortique et de la bifurcation carotidienne, Ce sont des tensorécepteurs : sensibles à la tension développée dans la paroi artérielle, comprise entre 50mmHg et 160-180mmHg. En situation normale, les impulsions émises en permanence par les barorécepteurs sont de types dépresseurs. Lors du passage de la position couchée à la station debout ou assise, leur mise en jeu est diminuée, prévenant normalement une hypotension immédiate. La stimulation manuelle des sinus carotidiens, ou le port de chemises au col trop serré, entraine une diminution de la TA, pouvant être responsable d'un arrêt cardiaque transitoire. 6 BIOLOGIE 3. Centres régulateurs : Siège dans le bulbe et le pons. Les voies afférentes : IXe (glosso-pharyngien) et Xe (pneumogastrique) se projettent sur le noyau du faisceau solitaire bulbaire, qui est en étroite relation avec - le centre dépresseur (noyau dorsal du X) à l’origine des fibres efférentes parasympathique. - le centre presseur (vasomoteur) à l’origine des fibres efférentes sympathique 4. Schéma de la régulation : A l'état normal, l'action des centres est inhibée en permanence : - Lorsque la PSA chute, aucune impulsion ne sera véhiculée par les nerfs dépresseurs. Alors les centres presseurs sont libérés, d'où tachycardie et ↑ du débit cardiaque et vasoconstriction généralisée relevant la pression jusqu'à ce que réapparaisse l'inhibition. - Toute élévation de PSA entraîne une ↑ notable de l'inhibition, d'où bradycardie et vasodilatation qui vont baisser la pression très rapidement. Cette boucle de régulation est étroitement liée au système nerveux central. - Les états d'excitation (stress, émotions, activité physique) : peuvent élever transitoirement le niveau de régulation - Les états de dépression (repos, sommeil) : s'accompagnent d’une baisse modérée des valeurs de pression. B. Les mécanismes d'action rapide : Un mécanisme humoral : l'activation de l'angiotensine II, puissant vasoconstricteur 2 phénomènes mécaniques : - Échanges liquidiens dans les réseaux capillaires systémiques (le débit de filtration augmente quand la pression endovasculaire s'élève) - Relâchement du tonus musculaire lisse vasculaire C. Les mécanismes d'action retardée : Plusieurs heures ou quelques jours De nature hormonale et qui assure le relais de la régulation réflexe à moyen et à long terme. Agissent principalement sur le volume sanguin total, par le jeu de l'excrétion rénale de Na+ et d'eau. - L’appareil juxta glomérulaire du rein est sensible à la pression sanguine moyenne des artérioles à l'entrée des glomérules et à la concentration en Na+ intra tubulaire. - Mode d’action : libération de la rénine, qui transforme un précurseur inactif en l'angiotensine II qui agit directement par un effet vasoconstricteur puissant et indirectement par stimulation de la sécrétion d'aldostérone par la corticosurrénale. L’adrénaline : vasoconstricteur puissant, sécrété en grand quantité par la médullosurrénale, permet de faire face à des hypotensions brutales et dangereuses L’hormone antidiurétique ADH : - Sécrétée par les noyaux supra optique et para ventriculaire de l’hypothalamus - Action : réabsorption d’eau au niveau du tube collecteur et vasoconstriction a forte dose. En pathologie, des sécrétions anormalement élevées de ces différentes hormones peuvent être à l'origine d'hypertensions artérielles permanentes ou paroxystiques Conclusion : La régulation de la pression artérielle est le résultat de la superposition et de la complémentarité de différents niveaux de commande et de différents mécanismes : - Un mécanisme nerveux, à partir des barorécepteurs, efficace pour éviter tout changement brutal de la pression (régulation instantanée) - Et des systèmes complexes de contrôle hormonal, interviennent en retard, dans les situations chroniques La connaissance de cette régulation à de nombreuses applications physiopathologiques dans le traitement de l’hypertension artérielle. 7 BIOLOGIE Q3. Physiologie de la ventilation : mécanique ventilatoire, débits, volumes, capacités respiratoires La ventilation est définie comme "un balayage alternatif d'une zone d'échange". Les poumons assurent la fonction de ventilation et sont ainsi des échangeurs de gaz (O2 et CO2). La ventilation est à l'origine d'échanges gazeux entre les alvéoles et l'air ambiant; elle implique qu'il existe un gradient de pression entre les alvéoles et l'atmosphère. Intérêt : - Pathologique : troubles de ventilation. Les hypoventilations secondaires à divers pathologies (myasthénie, obstruction trachéale ou laryngée, obésité, maladies pulmonaires, alcalose métabolique) sont responsables d'hypercapnie; les hyperventilations secondaires aux drogues stimulantes (aspirine), anémie, altitude sont responsables d'hypocapnie. - Thérapeutique : la ventilation mécanique, dont le rôle est de suppléer partiellement ou totalement la ventilation du patient. MECANIQUE VENTILATOIRE I. C'est l'étude des forces qui mobilisent le poumon et la paroi thoracique et des résistances qui s’y opposent. - Forces : contraction musculaire - Résistances : statiques (structure poumon-thorax...) et dynamiques (RVA, frottements tissus) SUPPORT ANATOMIQUE DE LA MECANIQUE VENTILATOIRE : A. Cage thoracique et muscles respiratoires : 1. Muscles inspiratoires : Diaphragme : muscle inspiratoire principal, séparant les deux cavités abdominale et thoracique, son innervation est assurée par le nerf phrénique et sa contraction entraîne son aplatissent aboutissant à une augmentation du volume pulmonaire responsable de la mobilisation d’un certain volume d’air. Muscles intercostaux externes : innervés par les nerfs intercostaux de D1 à D12, leur raccourcissement entraîne une élévation des côtes leur paralysie entraîne une diminution de 20 à 30 % du VEMS. Autres muscles respiratoires accessoires : muscles scalène, sterno-cléido-mastoïdien, muscles dentelés, ailes du nez. 2. Muscles expiratoires : N’interviennent qu’en cas d’expiration forcée car l’expiration normale est passive. Ce sont les muscles abdominaux et intercostaux internes responsable d’un abaissement des côtes. B. Les poumons : Ils assurent les échanges gazeux grâce à leur unité fonctionnelle (alvéole). C. Plèvre : Transmet les mouvements du thorax au poumon. Ces deux feuillets délimitent entre eux une cavité pleurale virtuelle à pression négative responsable de la solidarité thoraco-pulmonaire. D. Conduits aériens : Trachée et les bronches, assurent la conduction du flux aériens. 8 BIOLOGIE II. PARAMETRES MESURABLES EN MECANIQUE VENTILATOIRE : A. Volumes pulmonaires et capacités : 1. Volumes mobilisables : facilement mesurés par spirographie. Volume courant (Vt) : volume d’air mobilisé par une expiration normale faisant suite à une inspiration normale = 500ml Volume de réserve inspiratoire (VRI) : volume d’air mobilisé par une inspiration forcée faisant suite a une inspiration normale = 2 l Volume de réserve expiratoire (VRE) : volume d’air mobilisé par une expiratoire forcée faisant suite a une expiratoire normale = 1,5 l Capacité vitale (CV) : volume d’air mobilisé par une expiratoire forcée faisant suite a une inspiratoire forcée, c'est-à-dire somme de VT + VRI + VRE Capacité inspiratoire (CI) : volume d’air maximale inspiré après expiration normale = Vt + VRI Capacité expiratoire (CE) = Vt + VRE 2. Volumes non mobilisables : mesurés indirectement par pléthysmographie Volume résiduel (VR) : volume d’air qui reste dans les poumons après une expiration forcée (volume non mobilisable, donc non mesuré directement à l'aide d'un spiromètre, mais indirectement par dilution ou par pléthysmographie) Capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) : volume qui reste dans les poumons après une expiration normale = VR + VRE Capacité pulmonaire totale (CPT) : volume contenue dans les poumons après une inspiration forcée = CV + VR B. DEBITS : 1. Volume expiratoire maximum seconde (VEMS) : ère Volume expiré pendant la 1 seconde d’une expiration profonde qui suit une inspiration forcée. Il dépend de l’âge, du sexe, de la taille et du volume pulmonaire. Quand le VEMS diminue cela traduit une obstruction Le VEMS = 80% de la CV chez le sujet jeune, il diminue avec l’âge Coefficient de Tiffeneau = VEMS / CV .100 = 80% 2. Volume inspiratoire maximum seconde (VIMS) : ère Volume inspiré pendant la 1 seconde d’une inspiration profonde qui suit une expiration forcée. Intérêt dans les sténoses trachéales. 3. Le DEM ou débit expiratoire maximum : Mesuré à des points de la courbe débit – volume ; entre 25 et 75 % de la CV DEM 75 : explore les grosses bronches DEM 50 : explore les bronches moyennes DEM 25 : explore les petites bronches DEM / CV.100 = 90% 9 BIOLOGIE 4. Débit expiratoire de pointe DEP : Débit maximale maintenu pendant au moins 3 secondes au cours d’une expiration forcée rapides faisant suite à une inspiration forcée Mesuré par le débitmètre de pointe Intérêt : surveillance de l’asthme 5. Ventilation maximale minute : C’est le plus grand volume d’air qui peut être mobilisé en une minute 6. Débit ventilatoire : Volume d’air inspiré en une minute = Vt x FR = 0.5 x 16 = 8 l/min C. Pressions : On distingue 3 pressions fondamentales en mécanique ventilatoire : III. IV. La pression atmosphérique ou barométrique (PB) est prise comme référence et considérée comme = 0cm H2O. La pression alvéolaire (PA) est, en l'absence de mouvement d'air, égale à la pression atmosphérique alors que la pression intra-pleurale ou intrathoracique qui s'exerce autour du poumon est d'environ - 5 cm H2O. EN CONDITION STATIQUE : P. pulmonaire = P. atmosphérique avec glotte ouverte Notion de volumes de relaxation : - Le volume de relaxation est le niveau ventilatoire de repos où les forces élastiques du poumon et du thorax s’annulent, sont égales et de sens opposé. - La pression de distension est nulle (càd pression alvéolaire = pression atmosphérique), cette position est le point d’équilibre du système respiratoire et se fait à la fin d’une expiration calme càd CRF (Capacité Résiduelle Fonctionnelle = Vr + VRE) - Pour le poumon : le volume de relaxation se situe vers le Vr. - Pour le thorax : il se situé vers 70 % de la CV (capacité vitale = Vt + VRE + VRI). EN CONDITION DYNAMIQUE : A. A l’inspiration : Les muscles inspiratoires distendent le thorax, la pression intrathoracique diminue, cette dépression entraîne une augmentation du volume des alvéoles et donc une diminution de la pression alvéolaire qui devient inférieure à la pression atmosphérique. Cette différence de pression ainsi crée provoque l’entrée de l’air de la zone à haute pression vers la zone à basse pression. B. A l’expiration : C’est l’inverse qui se produit, la pression intrathoracique augmente et devient supérieures à la pression atmosphérique et l’air sort du poumon vers l’extérieur. Mais pour pouvoir assurer cette mécanique ventilatoire, les muscles respiratoires doivent lutter contre les forces opposées aux déplacements du thorax et du poumon, ces forces sont dues : 1. Aux propriétés élastiques du thorax et du poumon : Elasticité : - de la cage thoracique due aux muscles respiratoires. - pulmonaire due : o A la présence de tissu élastique interstitiel. Celui-ci est caractérisé par la présence de fibres en particulier de collagène et d'élastine. L'élastine est dégradée par l'élastase, une protéase des polynucléaires neutrophiles dont l'efficacité est limitée par l'α-1-antitrypsine d'origine hépatique. *** Un déséquilibre de la balance élastase/ α-1-antitrypsine en faveur de l'élastase conduit à la destruction des fibres élastiques (emphysème), qui se traduit par une augmentation de la distensibilité (compliance) pulmonaire. Inversement, l'expansion des fibres conduit à la fibrose interstitielle qui se traduit par une diminution de la distensibilité (compliance) pulmonaire. o A la tension superficielle exercée par le liquide qui recouvre les alvéoles. Cette importance de la tension superficielle dans le comportement élastique du poumon est limitée physiologiquement par la présence sur l'interface liquide-air de surfactant, une substance capable d'abaisser la tension superficielle du liquide bordant l'alvéole. 10 BIOLOGIE *** Lorsque le surfactant est absent, apparaissent donc une rigidité des poumons (diminution de la compliance), des zones d'atélectasie (territoires alvéolaires collabés) et une inondation des alvéoles. C'est le tableau qui est observé dans la maladie des membranes hyalines, une pathologie du nouveau-né prématuré chez qui le développement pulmonaire est inachevé et la production de surfactant insuffisante (en particulier par insuffisance d'exposition aux glucocorticoïdes). Ainsi on définit : - la compliance (C) : c'est la facilité avec laquelle les éléments élastiques du poumon et du thorax se laissent distendre, c’est le rapport de la variation du volume par unité de pression exprimée en l / cm H2O (C = ∆V/∆P) - l’élastance : c’est l’inverse de la compliance (E = 1 / C) càd c’est la variation de pression, intrapulmonaire déterminée par une variation du volume du thorax. 2. Aux résistances : deux types Résistances élastiques : dues à l’élasticité thoraco-pulmonaire. Résistances dynamiques : pendant la respiration, les forces musculaires doivent lutter contre les résistances : - Des voies aériennes (RVA) : par frottement des molécules gazeuses contre ces conduits, ces résistances dépendent du calibre et du type d’écoulement du gaz dans ces voies (laminaire ou turbulent). - Tissulaires : dues aux frottements des différents tissus thoraco-pulmonaires. Conclusion : ère La ventilation est la 1 étape de la respiration, elle renouvelle l’air des alvéoles. Soumise à une régulation précise permettant de l’adapter aux besoins métaboliques. L’étude des paramètres de la ventilation pulmonaire permet de distinguer 3 grands syndromes en pathologie : Syndrome obstructif : asthme, bronchite chronique - VEMS ↓ - CV normale - Tiffeneau ↓↓ Syndrome restrictif : - VEMS ↓ - CV ↓↓ - Tiffeneau normal Syndrome mixte : - VEMS ↓↓ - CV ↓ - Tiffeneau ↓↓ 11 BIOLOGIE Q3 bis : La régulation de la ventilation La régulation de la ventilation sert à adapter la ventilation pulmonaire à l'activité métabolique. Les débits d'O2 et du CO2 varient beaucoup, mais cela n'entraîne pas de variation importante de la PO2 et de la PCO2. Ceci est possible grâce à une régulation étroite de la ventilation. Cette fonction est assurée par des centres nerveux respiratoires responsables de la genèse du rythme respiratoire, un système effecteur (muscles respiratoires) et des récepteurs périphériques qui informent les centres respiratoires. Intérêt : la diminution de la commande respiratoire se rencontre dans divers pathologies (SNC, maladies neuromusculaires, traumatismes cervicaux…) et induit une détresse respiratoire impliquant une intubation et une ventilation mécanique A. Les centres respiratoires : 2 types Centres bulbaires inspiratoire et expiratoire : - le groupe respiratoire dorsal contrôle le diaphragme : responsable du rythme de base de la respiration - le groupe respiratoire ventral contrôle les muscles intercostaux et abdominaux. Centre pneumotaxique du pons : - transmet les informations de l'hypothalamus vers les centres bulbaires, - il accélère la fréquence respiratoire en réponse à l'émotion, la fièvre… B. Mise en jeu des mécanismes régulateurs : La régulation est double, à la fois nerveuse et hormonale. 1. Régulation nerveuse : les mécanorécepteurs : Ils impliquent des fibres afférentes du nerf vague. Il modifie non seulement la ventilation, mais aussi la résistance des voies aériennes et différents paramètres du système cardiovasculaire : - a. Récepteurs laryngo-trachéaux : stimulés par le contact de particules inhalées, gaz irritants ou sécrétions bc induisent une toux, une constriction laryngée ou bronchique et une HTA - b. Récepteurs bronchiques intra pulmonaires. sensibles à l'irritation induisent une constriction laryngée ou bronchoconstriction et une hyperpnée, mais pas de toux. - c. Récepteurs alvéolaires de type (J) sensibles à la pression du liquide interstitiel. leur stimulation suite à un œdème interstitiel entraîne une hyperventilation superficielle. - d. Récepteurs thoraciques. situés dans les articulations et dans les fuseaux neuromusculaires. permettent d'adapter la contraction des muscles inspiratoires à la charge. l'absence d'adaptation entraîne la dyspnée. 2. Régulation humorale ou chimique : Centrale : Chémorécepteurs centraux: - proches des centres respiratoires bulbaires. - sensibles à la PaCO2 et au pH du sang artériel et du LCR. - lorsque la PaCO2 ↑, CO2 diffuse dans le LCR et forme rapidement H2CO3 qui se dissocie en H+ et HCO3-, alors H+ stimule les chémorécepteurs et induit une hyperventilation réactionnelle. Périphérique : Chémorécepteurs périphériques: - détectent une ↓ de la PaO2 - situées au niveau de la division des artères carotides communes et de la crosse aortique. 12 BIOLOGIE Réponses ventilatoires au CO2 : - l’↑ de la PaCO2 (hypercapnie) entraîne une hyperventilation alvéolaire, - la ↓ de la PaCO2 (hypocapnie) entraîne une hypoventilation alvéolaire. - pour une valeur normale de PaO2, la ventilation ↑ de 3 litres/min pour chaque élévation de 1mmHg de la PaCO2. Réponses ventilatoires à l'O2 : - la ↓ de la PaO2 au dessous de 60 mm Hg entraîne une hyperventilation alvéolaire, - l’↑ de la PaO2 au dessus de 100 mm Hg n'affecte pas la ventilation Réponses ventilatoires au pH : - la ↓ du pH plasmatique (ex. acidocétose diabétique) entraîne une hyperventilation alvéolaire. - elle fait intervenir les chémorécepteurs périphériques. 3. Contrôle par le cortex : contrôle volontaire de la ventilation. Conclusion : ère La ventilation est la 1 étape de la respiration, elle renouvelle l’air des alvéoles. Soumise à une régulation précise permettant de l’adapter aux besoins métaboliques. 13 BIOLOGIE Q4. Transport des gaz du sang I. Le transport des gaz représente la fonction respiratoire du sang : du poumon aux tissus pour l'oxygène, en sens inverse pour le dioxyde de carbone. L’oxygène est un gaz respiratoire essentiel dans l’organisme, utilisé pour la fabrication d’énergie dans le cadre de la combustion oxydative des aliments. Le gaz carbonique quant à lui constitue un produit terminal du métabolisme énergétique. Le CO2 produit dans les cellules de l'organisme est physiquement dissous et diffuse dans les capillaires sanguins, puis dans les alvéoles où il est éliminé. Intérêt : - Fréquence des perturbations de l'équilibre acido basique, insuffisance respiratoire aïgue et chronique. - Interprétation des gaz du sang. TRANSPORT DE L'OXYGENE : A. Formes de transport de l'oxygène dans le sang : 2 formes : dissous et lié à l'hémoglobine : 1. Oxygène dissous (1,5%): La concentration d’O2 dissous dans le sang obéit à la loi d’Henry ; donc elle est proportionnelle à la PO2 et au coefficient de solubilité d'O2 dans le sang (d= 0,003) : C = d x PO2 La concentration d'O2 dissous dans le sang artériel est d’environ 0,3 ml/100 ml 2. Oxygène lié à l'hémoglobine (98,5%) : C’est la forme essentielle du transport. L'O2 se lie réversiblement à l'hémoglobine pour former l'oxyhémoglobine. Elle se lie au fer ferreux (Fe2+) de l’hème. Chacun des quatre atomes de fer peut se lier de façon réversible à une molécule d’oxygène : Hb + 4 O2 Hb4 (O2) La réaction est rapide. L'oxyhémoglobine représente la molécule d'Hb transportant l'oxygène. L'Hb réduite représente la forme non oxygénée de la molécule dont une fraction minime transporte du CO2 ou carbhémoglobine. *** La cyanose correspond à un taux d’Hb réduite supérieur à 5g/100ml. B. Facteurs de transport : 1. La nature de l’Hb : L’Hb fœtale : provoque des anomalies si elle persiste. La carboxyhémoglobine (HbCO) : provoque une intoxication. La méthémoglobine : est une Hb oxydée (ne transporte pas l’O2 car le fer ferreux Fe 2+ est transformé en fer ferrique Fe 3+). 2. La concentration en Hb : Le pouvoir oxyphorique de l’Hb : c'est le volume d'O2 que peut lier au plus chaque g d'hémoglobine : 1 g d’Hb lie 1,39 mL. La quantité moyenne d'Hb étant de 15 g pour 100 ml de sang chez l'homme, l'oxygène transporté sous forme combinée ou capacité en O2 est de 20,8 ml d'O2 pour 100 ml de sang. *** En cas d'anémie, la concentration d’Hb ↓, et la capacité en O2↓ parallèlement. Contenu en O2 : c'est le volume d'O2 effectivement contenu dans 100 mL de sang. Fixé sur Hb dissous (1,34.Hb.SaO2/100) + (0,003 PO2) en mL O2/100mL de sang, avec l'Hb en g/100mL *** En cas d'anémie, la concentration d’Hb ↓, et le contenu en O2 ↓ bien que la PaO2 soit normale. Saturation en O2 : c'est le rapport entre le contenu en O2 et la capacité en O2, ou en pratique le rapport hémoglobine oxygénée sur hémoglobine oxygénable. La valeur normale est de 98%. *** En cas d'anémie, la saturation n'est pas modifiée puisque capacité et contenu en O2 diminuent de la même façon. 3. La pression partielle de l’O2 : La pression partielle de l'O2 dans le sang artériel, PaO2 est de 90 – 95 mmHg, alors que la PvO2 = 40 mmHg. 14 BIOLOGIE La quantité d’oxygène combinée n’est pas directement proportionnelle à la PO2 ; la relation entre ces deux grandeurs n’est donc pas linéaire ; l’affinité de l’Hb pour l’O2 peut être étudiée par la courbe de dissociation de l’Hb (courbe de Barcroft). La relation entre la SaO2 et la PO2 représente une sigmoïde pour laquelle on peut décrire 2 régions : - Le plateau de la sigmoïde, correspond aux valeurs élevées de la PaO2, retrouvées au niveau du sang artériel lorsque l'Hb se combine à l'oxygène. Ainsi, lorsque la PaO2 chute de 95 à 70 mmHg, ce qui traduit une hypoxémie franche, il n'y a pas de diminution importante de la SaO2, donc pas de diminution importante de la quantité d'O2 transportée vers les tissus. - La partie très pente de la sigmoïde, correspond aux valeurs de PaO2 au niveau du sang tissulaire. Dans cette région une petite diminution de la PO2 entrainera une chute importante de la saturation. Autrement dit, il y a libération importante de l'O2 pat l'Hb pour les tissus. - Cette courbe permet une fixation max au niveau du poumon et une bonne désaturation à la périphérie. La pression de demi-saturation en O2 (P50) : - C'est la PO2 qui correspond à une saturation de 50% (P50), elle est d'environ 27mmHg. - Sa valeur augmente quand l'affinité de l'Hb pour l'O2 baisse (déplacement à droite de la courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine) : c'est le cas si la température diminue, le pH diminue et/ou la pCO2 - augmente (effet Bohr). Sa valeur ↓ lorsque l'affinité de l’Hb pour l’O2 ↑ (déplacement à gauche de la courbe de dissociation de l'oxyhémoglobine): c'est le cas de l'hémoglobine foetale (HbF) qui permet donc une saturation élevée malgré une PO2 basse. 4. Autres facteurs modifiant l’affinité de l’Hb pour l’O2 : L'augmentation de la température, des ions H+ (effet Bohr), de la PaCO2, de la concentration en 2-3-DPG, provoque un déplacement de la courbe de SaO2 de l'Hb en O2 vers la droite. Pour une même PO2 la saturation est inférieure, il y a diminution de l'affinité de l'Hb pour l'O2 ou libération supplémentaire d'oxygène par l'hémoglobine, pour les tissus. *** Ainsi, lorsque localement un groupe musculaire augmente son activité et donc sa température, ses ions H+ et son CO2, il ya libération accrue d'O2 par l'Hb. Rôle du 2-3 DPG : (DPG : diphosphoglycérate) - C’est un métabolite de la glycose anaérobie du globule rouge, produit en grande quantité en cas d’hypoxie, il pénètre dans la cavité centrale de l’Hb, et entraîne une diminution de son affinité pour l’oxygène. - Sa concentration augmente en cas d'acidose, exercice physique, haute altitude *** L’affinité pour l’oxygène de L’Hb foetale est plus grande que celle de l'Hb adulte, ceci facilite le passage de l'O2 de l’organisme de la mère vers le foetus. Cette plus grande affinité est due à la faible liaison entre 2,3-DPG et les chaînes polypeptidiques (remplacent les chaînes β dans l’Hb foetale). 15 II. BIOLOGIE La myoglobine (qui sert de réservoir transitoire à l'O2 dans les muscles) et l’hémoglobine foetale présentent, pour une faible PO2, une courbe de dissociation dont la pente est plus prononcée que celle de l'Hb normale. L'oxyde de carbone (CO) présente une courbe de dissociation dont la pente est extrêmement abrupte, ce qui signifie que même un très faible pourcentage de CO dans l'air ambiant entraîne un déplacement de l'O2 initialement fixé à l'Hb (intoxication par le CO). Transport du gaz carbonique CO2 : A. Formes de transport du gaz carbonique dans le sang : 3 formes : 1. CO2 dissous : Obéit lui aussi à la loi d'Henry. Comme le CO2 est 20 fois plus soluble que l'O2, cette forme joue un rôle significatif dans le transport du CO2. Elle représente 5% du CO2 transporté dans le sang veineux et 10% du CO2 éliminé par les poumons (c'est-à-dire la différence artério-veineuse). Le CO2 entre dans l'équilibre acido basique. 2. Bicarbonates : HCO3- : Forme essentielle de transport (90% du sang veineux) Se forme après hydratation de CO2 sous l’action de l'anhydrase carbonique (AC) dans le globule rouge. - CO2 + H2O ----> H2CO3 -----> H+ + HCO3 HCO3- sort du globule rouge en échange avec Cl - alors que H+ reste dans le globule rouge où il se lie à l’Hb d'autant plus facilement qu'elle est désoxygénée (effet Haldane). 3. Composés carbaminés : Ils se forment par combinaison du CO2 avec les groupements amines NH2 terminaux des protéines, notamment de la globine de l’Hb pour donner la carbaminohémoglobine. Hb.NH2 + CO2 ⇆ Hb.NH.COOH (carbamates) Représente 5% du CO2 transporté dans le sang veineux Cette réaction est favorisée aussi par la désoxygénation de l’Hb (l’effet Haldane). La courbe de dissociation du CO2 est représentée ci-dessus On voit que le contenu en CO2 pour une même pression partielle de CO2 est d'autant plus élevé que l'hémoglobine est moins saturée en O2 (effet Haldane). Cette caractéristique favorise la capture du CO2 par 16 BIOLOGIE l'hémoglobine dans les tissus périphériques au moment où l'O2 est libéré, et au contraire la libération du CO2 dans les poumons au moment où l'O2 est capté. La ligne en trait gras indique l'évolution des valeurs de PCO2 et de contenu en CO2 lors de la transformation du sang artériel (saturation O2 = 97,5%) en sang veineux (saturation O2 = 70%) et réciproquement. B. Facteurs de transport : Concentration des protéines plasmatiques et de l’Hb : quand il y a une hypo protidémie (en cas de cirrhose par ex.), il y a une baisse du CO2 transporté. PCO2 : quand la PCO2 augmente, le contenu en CO2 augmente selon une courbe linéaire. Autres facteurs : - PO2 : quand la PO2 augmente, la quantité de CO2 transporté diminue, c'est l'effet Haldane. - pH : si pH ↑, la CO2 sera moins transporté. - Température : si la température ↓, la quantité de CO2 transporté ↓. - 2-3 DPG : o Il y a une compétition entre le CO2 et le 2-3 DPG. o S’il y a augmentation de la fixation du 2-3 DPG, le CO2 sera alors moins fixé. o Les sites de fixation du CO2 et de l’O2 sont différents. Conclusion : Pour le CO2, le sens du transport va des tissus vers les poumons. Et pour l'O2, le sang va des poumons vers les tissus. L'effet Bohr et l'effet Haldane conditionnent les échanges gazeux et permettent une meilleur livraison de l'O2 d'une part et du CO2 d'autre part. Le transport du CO2 est indissociable de l’équilibre acido-basique. L'Hb, outre son rôle dans le transport d'O2, a un rôle important dans le transport du CO2 et le maintien du pH. 17 BIOLOGIE Q5. Système rénine angiotensine et aldostérone I. LE SYSTEME RENINE ANGIOTENSINE A. Synthèse et actions de la rénine B. Effets biologiques de l'ATII C. Régulation du SRA II. L'ALDOSTERONE A. B. C. D. E. Biosynthèse Concentration et transport plasmatique Destruction et élimination Mécanisme d'action Effets physiologiques F. Régulation III. METHODES D'EXPLORATION A. B. C. D. E. Angiotensinogène Rénine Enzyme de conversion Angiotensine II Aldostérone IV. APPLICATIONS CLINIQUES Le système rénine-angiotensine est une cascade enzymatique comportant un seul substrat, l’angiotensinogène, et deux enzymes, la rénine et l’enzyme de conversion de l’angiotensine I, pour générer l’hormone active, l’angiotensine II qui va induire la sécrétion d’aldostérone par la glomérulée surrénalienne. Il régule le niveau de pression artérielle et le métabolisme hydro sodé dans l’organisme. Intérêt : - Importance dans la pathogénie des maladies cardiovasculaires : HTA - Exploration optimale des HTA sévères et secondaires. - Importance dans la pharmacologie : IEC et ARAII I. LE SYSTEME RENINE – ANGIOTENSINE : A. Synthèse et actions de la rénine : La rénine est une enzyme protéolytique synthétisée dans les cellules de l'appareil juxta – glomérulaire des reins. Ces cellules sont situées entre les artères afférentes et efférentes, au pôle vasculaire des glomérules ainsi que dans la paroi de l'artère afférente. Elles gardent des contacts étroits avec d'autres cellules spécialisées de la partie contournée du tube distal formant la macula densa. La rénine stockée sous forme de granules, puis sécrétée, agit localement ainsi que dans la circulation sanguine sur son substrat, l'angiotensinogène. Celui-ci est une α globuline synthétisée dans le foie. La rénine en scindant par protéolyse ce substrat libère un décapeptide, l'angiotensine I, dépourvu d'action pressive. Celui ci est immédiatement scindé à son tour en angiotensine II, sous l'action de l'enzyme de conversion. Cette activation se fait dans la circulation sanguine mais surtout dans la circulation pulmonaire, celle-ci étant particulièrement riche en enzyme de conversion. B. Effets biologiques de l'angiotensine II : L'angiotensine II a une demi – vie très courte, elle est rapidement dégradée au cours du passage dans les capillaires. Au cours de cette brève survie, l'angiotensine II exerce plusieurs effets. - Vasculaire : une action vasopressive et trophique sur les cellules musculaires lisses des parois du système cardiovasculaire ; Surrénalien : la stimulation de la production d’aldostérone par les cellules de la zone glomérulée du cortex surrénalien (l’aldostérone stimule la réabsorption de sodium par le TCD en échange de K+ et d’ions H+) ; Rénal : la régulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire par une action vasoconstrictrice des artérioles efférentes et afférentes de l’appareil juxta glomérulaire, la réabsorption tubulaire de sodium par la baisse de pression hydrostatique péri tubulaire, la régulation de la sécrétion de rénine ; Cérébral : la stimulation de la soif en activant la sécrétion de vasopressine, l’appétence au sel, la régulation centrale de la pression artérielle ; Du système nerveux sympathique : la stimulation de la libération de noradrénaline ; Tissulaire : une action trophique et hyperplasique. L’Angiotensine II exerce un feed-back négatif rapide sur la sécrétion de rénine et un feed-back positif sur la synthèse hépatique d’angiotensinogène. 18 BIOLOGIE C. Régulation de la synthèse et de la sécrétion de rénine : - - II. La sécrétion de rénine augmente s'il y a diminution du capital sodé, diminution de la volémie, diminution de la pression de perfusion du rein, striction de l'artère rénale. La régulation du système rénine angiotensine est à la fois locale et générale : Régulation locale Les barorécepteurs localisés dans les artères afférentes des glomérules sont sensibles au changement de volume et/ou de pression intra – artérielle. Les cellules de la macula densa possèdent des récepteurs sensibles aux changements de concentration en sodium de l'urine du TCD. Régulation générale L'innervation sympathique agit en provoquant une décharge de rénine par les cellules juxtaglomérulaires en provoquant une vasoconstriction en amont du rein. Les catécholamines agissent directement sur les cellules juxtaglomérulaires ou indirectement par vasoconstriction. La volémie : il y a des volorécepteurs dans les parois de l'oreillette droite d'où partent des informations sur la pression veineuse centrale. Véhiculées par le vague, elles parviennent à des centres intégrateurs bulbaires et sont répercutées par le sympathique. La rénine est encore inhibée par l'angiotensine II formée, soit directement, soit par l'intermédiaire de ses effets périphériques et intra rénaux. L'ALDOSTERONE : Le plus puissant des minéralocorticoïdes, l'aldostérone est un stéroïde jouant un rôle dans la régulation du bilan sodique. A. Biosynthèse : L'aldostérone et son précurseur immédiat, la 18 hydroxycorticostérone sont synthétisés exclusivement dans la zone glomérulaire du cortex surrénalien. Le stéroïde précurseur précédent, la corticostérone, est synthétisée aussi bien dans la zone fasciculaire que dans la zone glomérulaire. Une 18 hydroxylation la transforme dans les mitochondries en 18 hydroxycorticostérone puis une 18 hydroxydéshydrogénase transforme cette dernière en aldostérone. B. Concentration et transport plasmatique. Une fois sécrétée, l'aldostérone circule dans le plasma en partie liée à l'albumine et à une protéine particulière : la transcortine ou cortisol binding globuline (CBG). La concentration plasmatique de l'aldostérone est très faible : 3ng/100ml couché, 17ng/100ml debout. Le taux de sécrétion est de 100 à 200 µg/24H. La demi-vie est de 25 à 40 minutes. C. Destruction et élimination Le catabolisme est hépatique. Il se fait par une série de réactions de réduction. Leurs catabolites sont ensuite conjugués à l’acide glucoronique ou l’acide sulfurique. L’élimination est urinaire : les catabolites hydrosolubles sont facilement éliminés par le rein 19 BIOLOGIE D. Mécanisme d'action : Au niveau rénal, par ex, l'aldostérone se lie à ses récepteurs intracellulaires de la membrane apicale des tubes distaux et des canaux collecteurs pour déclencher l'ouverture de canaux épithéliaux du sodium (ENaC). Elle augmente aussi le nombre de molécules d'ATPase Na+ K+ de la membrane basolatérale ; ces molécules pompent le sodium vers le liquide extracellulaire, en échange avec H+ et K+. E. Effets physiologiques : L'aldostérone est une hormone corticostéroïde qui intervient dans la régulation du bilan sodé. Le rein est son principal site d'action. Elle accroit la réabsorption du sodium dans les tubes distaux et collecteurs. Cette réabsorption se fait par échange avec des ions K+ et H+, ce qui peut provoquer, en cas d'excès d'aldostérone, une hypokaliémie et une augmentation de l'acidité urinaire. L'aldostérone stimule également la réabsorption du Na+ au niveau du colon, des glandes salivaires et cutanées. Il augmente aussi le tonus vasculaire. F. Régulation 1. Les facteurs L'équilibre sodé : Lorsqu'un sujet est en déplétion sodée, lorsqu'on lui administre un diurétique comme le furosémide, lorsqu'il y a diarrhée, il y a augmentation de la sécrétion d'aldostérone. Lorsqu'il y a apport sodé, il y a diminution de la sécrétion d'aldostérone. Cependant, la natrémie est constante, donc ce n'est pas elle qui règle la sécrétion d'aldostérone. La volémie : La ↓de la volémie par hémorragie entraîne l'augmentation de la sécrétion d'aldostérone. C'est la volémie qui est l'élément régulateur. Le potassium : Si la kaliémie augmente, il y a sécrétion d'aldostérone. 2. Les mécanismes a. Le système rénine-angiotensine De tous les stimuli de la synthèse d'aldostérone, l'angiotensine est le plus important. Son action, comme celle de l'ACTH, se situe précocement dans la biosynthèse de l'aldostérone lors de la transformation du cholestérol en ∆5 prégnénolone. La déplétion sodée produit une diminution de la volémie, ce qui entraîne une augmentation de l'activité rénine et la production d'aldostérone. L'injection d'AT II entraîne la sécrétion d'aldostérone par l'action de l'angiotensine II sur la glomérulée. b. La kaliémie Elle agit directement sur la zone glomérulée. Une hyperkaliémie produit une augmentation de la sécrétion d'aldostérone, l'hypokaliémie la diminue. c. Autres facteurs L'ACTH stimule aussi la sécrétion d'aldostérone mais effet moins important que sur le cortisol Le bilan sodique : la déplétion en sodium stimule la production d'aldostérone Le facteur natriurétique des oreillettes a aussi un rôle inhibiteur sur la synthèse d'aldostérone. 20 BIOLOGIE III. METHODES D'EXPLORATION BIOLOGIQUE DU SRAA : L’analyse physiopathologique des différents éléments du SRAA est fondamentale pour l’exploration des patients présentant une hypertension artérielle et/ou une perturbation du bilan hydro électrolytique. A. DOSAGE DE L’ANGIOTENSINOGÈNE Méthode de référence : dosage enzymatique indirect Dosage radio-immunologique direct Dosages immunoenzymométriques et immunoradiométriques B. DOSAGE DE LA RÉNINE Activité rénine plasmatique (ARP) : explorée par des techniques radio-immunologiques en mesurant la quantité d'angiotensine II formée en excès de substrat par l'action de la rénine. Dosage immunoradiométrique direct de la rénine Active Dosage de la prorénine ère NB : le dosage de la rénine est réalisé en 1 intention en position demi assise après 1h de décubitus, et contrôlée par un test postural. C. DOSAGE DE L’ENZYME DE CONVERSION : Dosage radio-immunologique D. MESURE DE L’ANGIOTENSINE II E. MESURE DE L’ALDOSTÉRONE : Dosage radio-immunologique de l’aldostérone plasmatique ou urinaire NB : le dosage de l'aldostérone est réalisé en 1 contrôlée par un test postural. IV. ère intention en position demi assise après 1h de décubitus, et APPLICATIONS CLINIQUES : En clinique : Hyperaldostéronisme primaire: syndrome de Conn Hyperaldostéronisme secondaire Sténose des artères rénales : Une sténose importante de l'artère rénale entraîne une élévation de l'ARP périphérique. En pharmacologie : Le système rénine angiotensine peut être inhibé à plusieurs niveaux par des inhibiteurs synthétiques. La sécrétion de rénine peut être réduite par des inhibiteurs du système nerveux sympathique, en particulier par les β bloquants. L'enzyme de conversion peut être bloquée par des inhibiteurs (IEC), empêchant ainsi la formation d'angiotensine II. Ex : captopril, enalapril, ramipril… L'action de l'angiotensine II peut être inhibée directement par blocage compétitif sur son récepteur AT1 par des antagonistes non peptidiques : les sartants ou ARAII. Ex : valsartan, losartan, telmisartan, candesartan Un inhibiteur compétitif, la spironolactone, dérivé stéroïdien, bloque l'effet de l'aldostérone sur le tube distal. → La plupart de ces inhibiteurs sont utilisés dans le traitement de l'HTA. Conclusion : - Le SRAA est l’un des principaux complexes de régulation de la pression sanguine L’exploration hormonale du système rénine-angiotensine-aldostérone doit tenir compte des principaux éléments qui interviennent dans sa régulation : Apport sodé et potassique, pression artérielle, position, absence de médicaments interférant avec le SRA luimême mais aussi avec la volémie, système sympathique... 21 BIOLOGIE Q6. Hormones thyroïdiennes : nature, origine, actions physiologiques et régulation de la sécrétion I. La thyroïde est une glande endocrine située à la partie cervicale médiane basse. Elle est constituée de follicules comprenant une paroi comportant deux types de cellules (thyréocytes et cellule C parafollicullaires), et une substance amorphe, la colloïde. Les thyréocytes et la colloïde interviennent dans la synthèse des hormones thyroïdiennes, alors que les cellules C secrètent la calcitonine. La thyroïde produit 2 types d’hormones, la T4 ou thyroxine ou tétra iodo thyronine, et la T3 ou tri iodo thyronine. La sécrétion des hormones thyroïdiennes est régulée spécifiquement par le TSH produite par l’antéhypophyse. Les hormones thyroïdiennes jouent un rôle important dans le métabolisme et la croissance de l’organisme. Intérêt : paraclinique (exploration par dosage de T3 T4 TSH), et pathologique (fréquence des dysthyroïdies). METABOLISME : Les hormones thyroïdiennes, triiodothyronine (T3) et thyroxine (T4), sont des amines qui contiennent respectivement trois et quatre atomes d'iode par molécule. Ces atomes d'iode sont fixés sur la thyronine qui résulte de la condensation de deux molécules de tyrosine. A. Apport et métabolisme de l'iode : L'iode est apporté essentiellement par les eaux de boisson et, accessoirement par l'alimentation. Les besoins en iode pour l'organisme sont évalués à 150-200 microgramme par jour. L'absorption intestinale est complète. L'iode circule dans le plasma sous forme ionisée (iodure). La majorité de l'iode plasmatique sera éliminée par voie urinaire (60%), le reste est capté par la thyroïde via un mécanisme actif. *** il est clair que dans les régions dont les eaux sont les plus pauvres en iode, la prévalence des goitres est la plus élevée (ex : zones montagneuses). B. Biosynthèse : se fait en plusieurs étapes : 1. La thyroïde capte l’iode alimentaire d’une manière active (pompe à iode et à sodium ATPase). 2. Oxydation des iodures : I- → I2 au niveau des thyréocytes, grâce à l’action de la peroxydase (TPO). NB : l'activité enzymatique de la peroxydase est stimulée par la TSH et inhibée par l'excès d'iode et les antithyroïdiens de synthèse (ex : lithium). 3. Fixation de l’iode oxydé sur les résidus tyrosyls de la thyroglobuline, pour donner la MIT et la DIT. - La thyroglobuline est une glycoprotéine synthétisée par les cellules thyroïdiennes et riche en groupement tyrosines 4. La condensation ou couplage des iodotyrosines en triiodothyronine ou T3 (MIT + DIT) et tétraiodothyronine ou thyroxine T4 (DIT + DIT) se fait grâce à l'action de la peroxydase. 5. Stockage : MIT, DIT, T3 et T4 sont liées à la thyroglobuline qui va passer dans la colloïde des follicules où elle sera mise en réserve. La thyroglobuline est une très grosse glycoprotéine produite par les thyréocytes et fixe les HT au niveau des vésicules thyroïdiennes, qui permettent de faire face aux besoins de l'organisme. 6. La libération des hormones : - Les hormones thyroïdiennes, T3 et T4 seront libérées de la thyroglobuline par protéolyse sous la commande de la TSH, puis passent dans la circulation au niveau de la membrane basale. - Les iodothyrosine MIT DIT sont désiodées sur place sous l'action d'une désiodase, l'iode libéré sera récupéré par la cellule glandulaire pour un nouveau cycle de synthèse. - En revanche, T3 et T4 diffusent dans les capillaires sanguins. C. Transport : Les HT plasmatiques circulent liées à des protéines de transport : la TBG (Thyroxine Binding Globulin) surtout, mais aussi l'albumine et la préalbumine (Thyroxine Binding préalbumine TBPA). Ils ont donc une demi-vie plasmatique très longue. La fraction libre des HT est faible. 22 BIOLOGIE D. Catabolisme : II. Il se fait essentiellement par désiodation par la 5' désiodase, au niveau du foie, du rein et des autres tissus cibles. L'iode libéré rejoint le compartiment de l'iodure, ou est éliminé dans les urines. Au cours de sa désiodation et selon la position de l'atome d'iode perdu, la T4 donne naissance : - Soit à la T3, hormone active, dont la majeure partie provient de cette désiodation au niveau périphérique, alors que 20% seulement provient de la thyroïde. Ainsi T3 est l'hormone active alors que T4 est une prohormone. - Soit à la T3 reverse dépourvue d'activité biologique. ACTIONS PHYSIOLOGIQUES : Les hormones thyroïdiennes pénètrent dans la cellule cible et se lient à des récepteurs nucléaires qui ont une affinité élective pour T3, et pour la T4 mais avec une affinité moindre. L’activation de ces récepteurs entraîne la synthèse protéique. Les HT sont des accélérateurs du métabolisme de l'organisme car elles stimulent la synthèse de la plupart des protéines enzymatiques. A. Action sur le métabolisme : 1. Stimulent le métabolisme de base, la consommation d’O2 et la production de chaleur. 2. Métabolisme des lipides : augmentent la lipolyse (catabolisme des LDL). *** La cholestérolémie diminue en cas d'hyperthyroïdie, augmente en cas d'hypothyroïdie. 3. Métabolisme des glucides : les HT ont un rôle diabétogène en augmentant la glycolyse et la néoglucogenèse, l'absorption intestinale du glucose, et en diminuant le taux de sécrétion d'insuline, et en accélérant sa dégradation. *** En cas d'hyperthyroïdie, on a une glycosurie avec hyperglycémie postprandiale excessive. 4. Métabolisme des protides : Les HT sont anabolisantes à concentration physiologique mais catabolisante à concentration excessive. 23 BIOLOGIE B. Action sur les organes et fonctions de l’organisme : 1. La croissance : potentialisent l’action de la GH et stimulent l'ossification et la croissance linéaire des os. 2. Le système nerveux : chez les nouveau-nés : assurent la maturation des cellules nerveuses, la myélinisation des neurones et la multiplication des axones, des dendrites et des corps cellulaires ; 3. Le système cardiovasculaire : augmentent la Fc et l’excitabilité cardiaque en augmentant le nombre et l'affinité des récepteurs β adrénergique dans le cœur, donc il y a potentialisation de l’action des catécholamines (tachycardie). 4. Le système hématopoïétique : Les HT affectent de diverses façons l'hématopoïèse, le nombre de globules rouges et le métabolisme du fer. *** On observe une anémie dans l'hypothyroïdie, correspondant en fait à une diminution de l'activité hématopoiétique de la moelle osseuse. 5. Muscle squelettique : Les hormones thyroïdiennes contrôlent la contraction musculaire et le métabolisme de la créatine. *** L'hypothyroïdie entraîne une augmentation de volume des muscles squelettiques car ils sont infiltrés par des substances mucoïdes (myxœdème). 6. La reproduction : en cas d'hypothyroïdie, il y a absence ou insuffisance du développement pubertaire, et chez l'adulte, oligo ou aménorrhée. 7. Métabolisme de l'eau et fonction rénale : ↑ la filtration glomérulaire et le débit sanguin rénal. 8. Le système nerveux sympathique : - action β stimulante directe de la T3 sur l'ensemble des récepteurs βadrénergiques - ce qui explique l’action sur les tissus cardiaque, musculaire, digestif et nerveux 9. La thermogenèse : le froid stimule la sécrétion des HT qui sont responsables des adaptations saisonnières aux variations de la température. Les thermorécepteurs se trouvent prés des noyaux sécrétant la TRH. III. REGULATION DE LA SECRETION : Cette régulation s'effectue à 2 niveaux : elle peut jouer sur le taux d'utilisation des hormones à la périphérie par les tissus intéressés, ou également sur la quantité d'hormones délivrée par la glande sécrétrice. A. Régulation périphérique : Elle concerne les ajustements de l'utilisation et l'efficacité des HT au niveau des tissus périphériques. Facteurs qui diminuent la production et/ou la concentration plasmatique de T3 : - Physiologiques : jeûne, diminution de l'apport en glucides, nouveau né. - Maladies : IRC, dénutrition, cancers généralisés. - Médicaments : propylthio-uracile, opacifiants iodés, amiodarone, β bloquants. B. Régulation centrale : 1. Régulation extrinséque : Contrôle hypothalamo-hypophysaire : - Hypophysaire : l'antéhypophyse sécrète la TSH qui se lie à son récepteur au niveau des thyréocytes et augmente toutes les étapes conduisant à la sécrétion de T3 et T4 ainsi que la croissance et le développement de la glande. *** Certaines mutations activatrices du récepteur de la TSH sont responsables d'adénomes toxiques ou de goitres multinodulaires toxiques. - - Hypothalamique par la TRH qui stimule la synthèse et la libération de la TSH. La dopamine et les substances dopaminergiques inhibent la sécrétion basale de TSH. La somatostatine inhibe la réponse de la TSH à la TRH. Contrôle par les hormones thyroïdiennes (T4 et T3) : par rétroaction négative sur la sécrétion de TSH et de TRH au niveau de l’hypothalamus et l’antéhypophyse *** Dans l’hypothyroïdie d’origine thyroïdienne : TSH ↑ mais T3-T4 est très bas *** Dans l’hypothyroïdie hypothalamique ou hypophysaire : TSH, T3 et T4 sont bas Sur cette régulation s’exerce des influences diverses : froid et le stress ↑ la libération de TSH. 24 BIOLOGIE 2. Autorégulation intrinsèque : exercée par l’iodémie : La sensibilité des thyréocytes à la TSH est modulée par le contenu en iode de la glande. La carence iodée augmente leur sensibilité, induisant une hypertrophie et hyperplasie des thyréocytes donc un goitre endémique, tandis que l'excès d'iode l'estompe. Cette régulation a pour objectif de maintenir le débit hormonal constant, malgré les variations des apports de l’iode. Conclusion : La connaissance des effets biologiques des HT permet de comprendre la symptomatologie et le traitement des dysthyroidies. En pratique, la mesure de la T4 libre et de la TSH permet de faire le diagnostic et de suivre l'évolution de la majorité des affections thyroïdiennes. Les hormones thyroïdiennes, le plus souvent la lévothyroxine, sont indiquées à titre substitutif dans le traitement sustitutif de l'hypothyroïdie de l'adulte ou de l'enfant. 25 BIOLOGIE Q7. Hormones sexuelles : nature, origine, actions physiologiques, régulation de la sécrétion et exploration Les hormones sexuelles d'origine gonadique sont des stéroïdes dérivant du cholestérol. Elles interviennent dans l'apparition des caractères sexuels primaires et secondaires, et dans la régulation de l'activité sexuelle. On distingue : - des androgènes, dont la molécule type est la testostérone, - des progestogènes, dont la molécule type est la progestérone, - des oestrogènes, dont la molécule type est l'œstradiol. Leur sécrétion est régulée par les hormones gonadotropes ou gonadostimulines hypophysaires. HORMONES SEXUELLES MALE : ANDROGENES A. Nature et origine : Le testicule représente la glande endocrine responsable de la masculinisation de l’individu, grâce à la sécrétion hormonale androgénique. Les androgènes sont des hormones stéroïdiennes dont le chef de file est la testostérone. La testostérone est secrétée au niveau des cellules interstitielles appelées cellules de Leydig (5% du testicule), alors que la spermatogenèse est réalisée par les cellules de Sertoli. La stéroïdogénèse testiculaire se fait principalement à partir du cholestérol, synthétisé de novo dans les cellules de Leydig. Les étapes qui conduisent à la testostérone sont semblables à celles qui aboutissent à la formation des androgènes dans les corticosurrénales. Les testicules sécrètent d'autres stéroïdes à de faibles quantités : DHT, ∆4 androsténedione, prégnénolone, 17-hydroxyprogestérone, progestérone, œstrone et œstradiol. Les étapes de biosynthèse des androgènes sont résumées dans le schéma suivant : Transport sanguin de la testostérone : - La testostérone est transportée dans le sang par une protéine spécifique la TeBG à 60% et par l’albumine à 35% - Seul 1% de la testostérone circule librement : forme active. Elle diffuse et au niveau des cellules cibles où elle est réduite en 5 αDHT par une 5α réductase, puis se lie à des récepteurs cytoplasmiques qui la conduisent vers le noyau cellulaire où elle exerce son action. Le catabolisme est essentiellement hépatique et se fait par des réactions de réduction (hydrogénation), conduisant aux androsténediols (28%) et 17 cétostéroides (20%, essentiellement androstérone et éthiocholanolone). Tous ces catabolites sont ensuite sulfo ou glucurono-conjugués avant d'être éliminés dans les urines. Une faible quantité de T est transformée en œstradiol par aromatisation. 26 BIOLOGIE B. Actions physiologiques : 1. Mécanisme d'action : La testostérone peut être transformée dans beaucoup de tissu cibles, en dihydrotestostérone et parfois en androstènedione grâce à une 5α réductase. Ces 3 stéroïdes se lient au même récepteur nucléaire. L'affinité de la dihydrotestostérone est beaucoup plus forte que celle de la testostérone. *** L'irréceptivité des tissus pour la T donne un testicule féminisant. *** La déficience congénitale en 5 α réductase produit une forme de pseudohermaphrodisme. 2. Effets sur les caractères sexuels : peuvent se ranger en deux catégories : Action sur la reproduction et la différenciation sexuelle notamment chez le fœtus mâle (différenciation des canaux de Wolf et des OGE). Action sur la maturation des organes sexuels, notamment chez le mâle pubère, chez qui les androgènes sont responsables de l'apparition et du maintien des caractères sexuels secondaires : - la maturation du tractus sexuel et des organes associés (pénis, prostate, vésicules séminales). - l’épaississement des cordes vocales. - l’apparition de la pilosité faciale, axillaire et pubienne. - le développement de la puissance sexuelle (libido). - la virilisation chez la femme. 3. Effets métaboliques : anabolisante sur le métabolisme protidique des muscles squelettiques et de l'os. C. Régulation de la sécrétion : 1. Rôle de l’hypothalamus : la gonadolibérine GnRH L’hypothalamus exerce un contrôle sur la fonction endocrine du testicule grâce à la gonadolibérine (GnRH) qui est libérée par bouffée, et qui entraine la sécrétion pulsatile par l’antéhypophyse du FSH-LH. 2. Rôle de l’hypophyse : les gonadotrophines FSH et LH (ISCH) LH stimule la synthèse et sécrétion de T par les cellules de Leidig. Elle est bloquée par rétrocontrôle négatif au niveau de l’hypothalamus et de l'antéhypophyse exercé par la testostérone et les œstrogènes. FSH : - Stimule le développement des tubes séminifères, l’initiation et la maturation des spermatozoïdes - La FSH et la T agissent sur les cellules de Sertoli qui produisent l’ABP (androgen bindirig protein), qui permet la concentration intra testiculaire en androgènes et leur transport vers l’épididyme. - La FSH stimule également la sécrétion de l’inhibine qui exerce une rétro-inhibition sur la sécrétion de FSH, et qui agit directement au niveau testiculaire en diminuant la multiplication des spermatogonies. D. Exploration : 1. Prélèvement : Aucune thérapeutique (androgènes, anti-androgènes, oestrogènes) Sang : hépariné à 8 heures du matin chez le sujet à jeun et au repos Urines : de 24 heures sur antiseptique 2. Exploration Statique : Dosage des stéroïdes plasmatiques : testostérone plasmatique, 5 α DHT, DHA et Delta 4 A, Œstradiol Dosage des stéroïdes urinaires - Les 17 CS (DHA, Androstérone, Etiocholanolone), les 17 OH CS (origine surrénalienne) - Oestrogènes et Androstanediols Les gonadotrophines plasmatiques LH et FSH, et la prolactinémie 3. Exploration Dynamique : Test de stimulation par l’hCG : Réponse nulle dans l’hypogonadisme primaire alors qu’elle positive dans les hypogonadismes d’origine centrale. Epreuve de stimulation au LHRH : Réponse négative dans l’hypogonadisme hypogonadotrope d’origine antéhypophysaire, alors qu’elle est en générale positive quand l’origine est hypothalamique Epreuve au Clomifène [Clomid*] : analogue structural des Œstrogènes qui se fixe sur les récepteurs hypothalamiques et débloque l’action inhibitrice → sécrétion de LHRH puis de LH et FSH 4. Intérêt : Diagnostic des hypogonadismes hypogonadotrope (d'origine centrale), normogonadotrope (adénome à PRL) ou hypergonadotrope (d'origine testiculaire) et des pseudohermaphrodismes. 27 BIOLOGIE HORMONES SEXUELLES FEMELLES L’ovaire chez la femme jeune secrète 3 types d’hormones : - Progestérone (en C21) - Les androgènes (en C19) - Les œstrogènes (en C18) La biosynthèse se fait à partir du cholestérol (C27). Le profil de la sécrétion des œstrogènes et de la progestérone est caractéristique du cycle (ovarien) menstruel de la femme. A. Nature et origine : Les œstrogènes : 17β œstradiol, œstrone et oestriol - Sécrétés principalement par les cellules de la granulosa du follicule ovarien, par le corps jaune et par le placenta. La thèque interne et le cortex surrénal en produisent un peu. La progestérone : [Cholestérol → Prégnénolone → Progestérone] - Sécrétée par les cellules de la granulosa (lors de la décharge pré ovulatoire de LH et en phase lutéale) puis par le corps jaune. Le placenta en produit un peu Les androgènes : - La testostérone est synthétisée en faible quantité dans l'ovaire et la surrénale. - Elle provient essentiellement de la conversion périphérique de la ∆4-androstènedione et de la déhydroépiandrostèrone (DHEA). [Thèque] [Granulosa] (7) : aromatase Variations de la sécrétion : La synthèse et la sécrétion suit un cycle de 28 jours composé de 3 phases : - Une phase folliculaire : du 1er jour des règles au 14ème jour, il y a sélection d’un follicule ovarien qui se développe sous l’action de FSH. Sous l’action de LH, il y a sécrétion des androgènes par la thèque, puis aromatisation des androgènes en œstrogènes dans les cellules de la granulosa (sous l’action de FSH). ème ème au 14 jour, LH et FSH atteignent un maximum alors que l'E2 diminue. Il - Une phase ovulatoire : du 13 y a rupture du follicule mur et ovulation. ème ème - Une phase lutéale : du 15 au 28 jour, le corps jaune sécrète des quantités élevées de progestérone. Transport plasmatique : - L’estradiol est transporté dans le sang par une protéine spécifique la SHBG à 60% et par l’albumine à 40% - Forme non liée = forme active. Elle diffuse et au niveau des cellules cibles où elle se lie à des récepteurs cytoplasmiques qui la conduisent vers le noyau cellulaire où elle exerce son action. Catabolisme : essentiellement hépatique mais aussi utérin - Pour la progestérone il se fait par réduction de la double liaison et des fonctions cétones donnant la Pregnandiol : PG urinaire - Les estrogènes sont catabolisés par des réactions d’hydroxylation puis subissent une sulfo ou une glucuroconjugaison et sont éliminés dans les urines: estrogènes urinaires B. Actions physiologiques : 1. Mode d'action : Œstrogènes : agissent après liaisons sur des récepteurs cytosoliques. Progestérone : agit en se fixant sur des récepteurs intra cytosoliques. 2. Actions physiologiques des œstrogènes : L’utérus : - stimule la prolifération cellulaire et la croissance des glandes de l’endomètre, - augmente la vascularisation, la contractilité et la motilité. 28 BIOLOGIE Le cervix : la glaire cervicale devient plus alcaline et moins visqueuse avant l’ovulation, ce qui favorise la migration et la survie des spermatozoïdes. Le vagin : épaississement de l’épithélium vaginal qui se kératinise. Les trompes de Fallope : stimulation de la croissance et de l’activité de leur musculature L’ovaire: favorisent la maturation de l’ovule et des follicules. Les seins : stimulent la croissance des canaux et lobules de la glande mammaire. Le squelette : stimulent l’activité des ostéoblastes et favorisent la fixation osseuse du Ca. Sang : augmentent le taux de cholestérol HDL sanguin, d’où une diminution des risques d’athérosclérose. Autres actions : au moment de la puberté, l’œstradiol est, responsable de la croissance générale de l’organisme et de l’établissement du phénotype féminin. 3. Actions physiologiques de la progestérone : L’utérus : - prépare l’endomètre à l’implantation du blastocyste. - stimule le développement, la croissance et l’activité sécrétoire des glandes de l’endomètre. - inhibe les contractions spontanées du myomètre Le cervix : le mucus devient plus visqueux, il résiste à l’invasion des spermatozoïdes. Les seins : complètent l’action des œstrogènes en développant les lobules et les alvéoles des glandes mammaires Effet hyperthermisant, en post-ovulation, en agissant sur les centres hypothalamiques de thermorégulation. NB : La progestérone n’exerce son action sur le tractus génital que s’il est déjà préparé par les œstrogènes. C. Régulation de la sécrétion : Elle dépend d’une activité cyclique de l’hypothalamus, hypophyse, ovaires et de l’utérus. En effet au niveau ovarien, il y a une libération cyclique d’hormones stéroïdes (œstrogènes et progestérone) dépendant de la sécrétion cyclique de LH et de FSH, elles-mêmes sous la dépendance de la sécrétion pulsative du GnRH hypothalamique. i. Contrôle hypothalamique : La sécrétion des hormones gonadotropes sont donc sous la dépendance de la gonadolibérine (Gn-RH ou LHRH) hypothalamique, sécrétée de façon pulsatile. ii. Contrôle hormonal : Les gonadotrophines sont contrôlées par un double mécanisme de rétroaction : → Rétroaction négative : - Au début de la phase folliculaire, une faible ↑ de la sécrétion d’oestrogènes inhibe la sécrétion des gonadotrophines par l’hypophyse antérieure et de la GnRH par l’hypothalamus. - Après l’ovulation (phase lutéale), les fortes concentrations de progestérone, en présence d’oestrogènes, inhibent la libération de FSH et de LH au niveau hypothalamo-hypophysaire. - De plus l’inhibine, synthétisée par les cellules de la granulosa, freine spécifiquement la production de FSH. → Rétroaction positive : - La décharge pré ovulatoire de LH, indispensable à l’ovulation, dépend d’une sécrétion importante d’oestradiol. - En effet, à très forte concentration, les oestrogènes, stimulent d’une part la sécrétion de LH par l’antéhypophyse, d’autre part les neurones hypothalamiques qui sécrètent la GnRH. - 36 à 48 heures avant l’ovulation, l’inhibition des oestrogènes se transforme donc en une stimulation qui déclenche une poussée de sécrétion de LH (pic ovulatoire) suivie, 9 heures après, de l’ovulation. - C'est l'augmentation de la durée d'imprégnation et des concentrations sériques d'oestradiol qui a favorisé ce rétrocontrôle positif. iii. Effets de la FSH et LH : La FSH est responsable de la maturation des follicules. Au niveau de la granulosa, elle induit la synthèse de l’aromatase. Elle y augmente aussi le nombre de récepteurs pour la LH. La LH est nécessaire pour mener les follicules à pleine maturation. Elle stimule les cellules de la thèque interne qui sécrète les androgènes, et active l'aromatase qui les transforme en œstrogènes. A un moment approprié, la sécrétion massive de LH et de FSH à un degré moindre permet l'ovulation. La fonction du corps jaune est la sécrétion de progestérone et d'œstrogènes sous l'influence de la LH. Si la grossesse survient, l'HCG produit par le placenta maintient le corps jaune de la grossesse. 29 BIOLOGIE D. Exploration : 1. Prélèvement : Aucune thérapeutique (œstrogènes, oestroprogestatifs) ème ème Sang hépariné à 8 heures du matin chez le sujet à jeun en général entre le 3 et le 5 jour des règles Urines de 24 heures sur antiseptique 2. Exploration statique : Dosage des stéroïdes plasmatiques : - Œstradiol plasmatique (les valeurs varient pendant le cycle ovarien) : o Intérêt diagnostique dans les hypoestrogénies o Intérêt au cours des tests dynamiques o Intérêt dans la prise en charge des infertilités par les tests de stimulation ovarienne - Progestérone plasmatique : prélèvement est généralement réalisé au milieu de la phase lutéale (23ème jour du cycle) - DHA et Delta 4 A : Intérêt dans les hyperandrogénies Dosage des stéroïdes urinaires : Œstrogènes et progestérone urinaires Dosage de LH et FSH plasmatiques Prolactine plasmatique : distingue un simple retard pubertaire (prolactinémie normale) d’un prolactinome. 3. Dynamique : Test de stimulation par l’hCG Test au LHRH Test au Clomifène Test au TRH 4. Intérêt : diagnostic des Hypoestrogenémies : par atteinte gonadique (destruction ovarienne), ménopause, ou par atteinte hypothalamo-hypophysaire. Hyperoestrogènémies : Tumeurs antéhypophysaires ou ovariennes Insuffisances lutéales Hyperandrogènémies - Syndrome des ovaires polykystiques - Hyperandrogènémies d’origine corticosurrénalienne Conclusion : La connaissance des effets biologiques des hormones permet de comprendre la symptomatologie et le traitement de multiples pathologies. Ainsi, chez la femme les contraceptifs chimiques sont généralement des progestatifs associées parfois à des œstrogènes. Le déficit congénital en 5α réductase dans laquelle il y a une mutation du gène de la 5α réductase type 2 produit un pseudohermaphrodisme (testicule féminisant). Le finastéride est un inhibiteur de la 5α réductase type 2 utilisé dans le traitement de l'hypertrophie bénigne de la prostate. 30 BIOLOGIE Q8. Marqueurs tumoraux : définition, classification, principes du dosage et signification I. Définition : Les marqueurs tumoraux sériques sont des molécules chimiquement définies ou non, synthétisées par le tissu tumoral, produite dans la tumeur et secrétées dans un milieu accessible (sérum, urine). Ils sont différents des molécules produites par les tissus sains, et différente selon l'organe d'origine. Intérêt : - Dépister une pathologie tumorale, - Évaluer la réponse à la thérapie, - Diagnostiquer cette pathologie, - Détecter de manière précoce les récidives - Évaluer le degré d’extension CLASSIFICATION : A. Marqueurs sécrétés par la tumeur Ils constituent l'immense majorité de marqueurs tumoraux d'intérêt clinique avéré. 1. Les protéines embryonnaires : Antigènes oncofoetaux : - Antigène carcino-embryonnaire (ACE) - αfoeto protéine (AFP) Protéines placentaires: - Hormone chorionique gonadotrope (HCG), - Hormones lactogènes placentaires, - Isoenzymes de phosphatases alcalines. 2. Les marqueurs de cellules matures : Hormones : - Catécholamines et dérivés, - Sérotonine, - 5 HIAA (Ac 5 OH-indolacétique) Calcitonine, - Parathormone, gastrine, insuline, ACTH Enzyme : Phosphatases acides prostatiques (PAP), phosphatases alcalines, NSE Immunoglobulines monoclonales. Antigènes extraits de tumeurs et caractérisés par des anticorps poly ou monoclonaux : - CA 50, 125, 15-3, 19-9, 549... (CA = carbohydrates) - TPA, PSA B. Marqueurs témoignant d'une réaction de l'hôte à l'envahissement tumoral II. Ces paramètres ne sont pas véritablement spécifiques d'une pathologie tumorale, mais constituent des marqueurs facilement dosables permettant notamment le suivi d'un patient : - Ferritine - Thyrogobuline (Tg) - LDH - β2 microglobuline - Polyamines PRINCIPES DE DOSAGE : Les marqueurs peuvent être dosés dans le sang ou dans les urines du patient, par méthode immunologique, en utilisant un anticorps spécifique du marqueur. Ils peuvent également être détectés sur les coupes histologiques dans les tissus tumoraux grâce aux techniques d'immunohistochimie. 31 BIOLOGIE III. SIGNIFICATION DE QUELQUES MT: A. Les antigènes onco fœtaux Glycoprotéines onco fœtales qui disparaissent rapidement à la naissance. 2 types de ces antigènes sont couramment utilisés comme marqueurs tumoraux. - L'Antigène Carcino-Embryonnaire (ACE) : o Marqueur des cancers du sein, digestifs, ovariens, utérins, médullaire de la thyroide……donc c’est un marqueur non spécifique o Pas de valeur diagnostic, il existe de nombreux faux positifs : tabagisme, alcoolisme avec cirrhose, pathologies inflammatoires digestives (RCH, pancréatite, hépatite) o Valeur pronostic importante pour les cancers du sein et du colon par exemple - L'alphafoetoprotéine (AFP) : intérêt : o Hépatocarcinome o Tumeurs germinales (ex testiculaire) o Autres tumeurs : pancréas (23%), estomac (17%)….donc marqueur peu spécifique o Pathologies bénignes : hépatite virale, cirrhose B. Les hormones : L'Hormone Chorionique Gonadotrope (HCG) : - Glycoprotéine composée de 2 sous unités - Synthétisée par le tissu trophoblastique - Taux sérique élevé : o grossesse o pathologies bénignes : cirrhose, ulcères gastro-duodénaux o pathologies malignes : tumeurs trophoblastiques (chorioncarcinome, môle hydatiforme), testiculaires, digestifs, mammaires. La calcitonine - Hormone sécrétée par la glande thyroïde, qui régule le taux de calcium dans le sang. - Constamment élevée dans le cancer médullaire de la thyroïde. La thyroglobuline : marque les cancers différenciés de la thyroïde, Prolactine, TSH, ACTH : souvent élevés dans certaines tumeurs hypophysaires et hypothalamiques. Les Catécholamines et leurs dérivés : significatives dans les neuroblastomes et les phéochromocytomes. La sérotonine : importante dans les tumeurs carcinoïdes Gastrine sérique : augmentée dans le gastrinome, L'Insuline : élevée dans l'insulinome C. Les immunoglobulines monoclonales (IGM) : Élevées dans le myélome multiple, la maladie de Kahler et la maladie de Waldenström. D. Les enzymes sériques : La phosphatase acide prostatique (PAP) : - forte élévation de leur taux sanguin en cas de cancer prostatique évolué, surtout en cas de métastases. - surveillance d'un cancer de la prostate sous traitement. Les phosphatases alcalines : - souvent élevées mais de façon non spécifique, en cas de métastases hépatiques ou osseuses. - leur dosage, associé à celui de la gamma-glutamyl transférase (GGT) peut être significatif de métastases hépatiques. La Neurone Spécifique Enolase (NSE) : - élevée dans le carcinome anaplasique à petites cellules du poumon. - également augmentée dans le neuroblastome. La Lacticodéshydrogénase (LDH) : révélateur de la masse tumorale dans certains LNH 32 BIOLOGIE E. Les antigènes : Protéines présentes à la surface de certaines cellules cancéreuses Ils sont reconnus par des techniques immunologiques utilisant des Ac monoclonaux. On distingue: - CA 125 : o o - utile dans les cancers de l'ovaire. l'↑ de son taux sanguin est corrélée à l'évolution clinique CA 19-9 : - Ag circulant associé aux tumeurs digestives (gastro-intestinales) Peu spécifique de la tumeur et de la malignité: cancer du pancréas 85%, cancer du colon 60%, cancer estomac 90%, cancer ovarien 80% CA 15-3 : utile dans la surveillance du cancer du sein - Antigène SCC (Squamous Cell Carcinoma) : o o ↑ dans les cancers du col utérin et la surveillance thérapeutique des cancers épidermoïdes tels que le cancer de la bouche, du pharynx, du larynx, de l'oesophage. TPA (Tissue Polypeptide Antigen) o o - o o associé aux revêtements épithéliaux notamment de la vessie. Son élévation est en corrélation avec le stade clinique de la tumeur. - Cyfra 21-1 - o utilisé dans les cancers épidermoïdes bronchiques et dans les adénocarcinomes broncho-pulmonaires. o Il est surtout employé pour l'orientation du diagnostic histologique de la tumeur. Antigène spécifique de la prostate (PSA) o o o o o Pas de valeur pour le dépistage Effet du volume tumoral Valeur pronostic importante : si le taux augmente c’est que la tumeur est encore présente Présente un intérêt pour la surveillance post thérapeutique et le diagnostic des rechutes Intérêt du rapport PSA libre / PSA total (↓) pour le diagnostic du cancer de prostate Conclusion : Le marqueur tumoral idéal devrait: Pouvoir être mesuré facilement, avec précision, en utilisant une méthode de faible coût et présentant une forte sensibilité et une forte spécificité, Refléter la grosseur de la masse tumorale avec une forte sensibilité (peu de faux négatifs), Influer sur la prise en charge du patient et avoir une valeur pronostique Aucun véritable marqueur tumoral n’existe (excepté AFP, HCG dans les tumeurs testiculaires) Un marqueur unique n’est souvent pas efficace pour le dépistage/diagnostic (faible spécificité, faible sensibilité) Leur intérêt reste très limité en matière de dépistage, ils jouent cependant un rôle fondamental dans la surveillance de certains cancers surtout lorsque leur taux est élevé au moment du diagnostic. 33 BIOLOGIE Pour culture : Cancer CBP à petites cellules CBP épidermoïde CBP adénok Hépatoblastome Neuroblastome Nephroblastome K différenciés de Thyroïde (papillaire, vésiculaire) K medullaire de Thyroïde K estomac K colo-rectal K pancréas Carcinome hépato-cellulaire K oesophage K VADS et langue Dont K Cavum K col K endomètre K ovaire K sein K vessie K prostate K testicule K rein K cutanés épithéliaux Marqueur NSE Cyfra 21-1 SCC ACE Alpha FP sérique (diag) NSE VMA HVA Urinaire Dopamine TG (interprétat° impossible si Ac anti-TG) ACE (diag et surveillance) Thyro-calcitonine (que surveillance) CA 19-9 ACE CA 72-4 CA 19-9 ACE CA 19-9 Alpha-FP (diag) Sérologie EBV (pour UCNT slt) = Ac anti-VCA, -EA, EBNA Antigène SCC ACE CA 125 ACE CA 125 ACE CA 15-3 PSA, PAP LDH, AlphaFP, BHCG BHCG Histo principale Anaplasique (dérivé du syst.APUD) epidermoïde adénok Epithéliomas différenciés : adénoK Epithélioma : adénoK adénok adénoK AdénoK Carcinome Epidermoïde (sf sur EBO) Carcinome epidermoïde Carcinome epidermoïde et UCNT Carcinome epidermoïde AdénoK Cystadénocarcinome mucineux Cystadénocarcinome séreux carcinome canalaire infiltrant Tumeurs urothéliales adénok Tumeur Germinale -non séminomateuse -séminomateuse Carcinome à ç claires Carcinomes Basocellulaire Epidermoïde cutané = spinoç Melanome malin 34 BIOLOGIE Q9. Rein : filtration glomérulaire et fonctions tubulaires Chez l'homme le rein exerce 4 fonctions essentielles : - L'homéostasie hydro électrolytique du milieu intérieur - L'élimination de déchets du métabolisme ainsi que des substances étrangères (médicaments …) - La régulation de la pression artérielle en contrôlant la volémie grâce aux entrées et aux sorties de sodium - Fonction endocrinienne en produisant la 1,25 diOH D3, l'érythropoïétine et la rénine. On va s'intéresser à la fonction de fabrication de l'urine qui est la résultante de 3 mécanismes majeurs de la fonction rénale : - L'ultrafiltration glomérulaire - La réabsorption tubulaire - La sécrétion tubulaire LA FILTRATION GLOMERULAIRE La FG est la phase initiale de formation de l’urine (filtrat glomérulaire) par ultrafiltration du plasma. Il s’agit d’un transfert simultané d’eau et de solutés de la lumière capillaire glomérulaire vers l’espace urinaire de la capsule de Bowman à travers la barrière de filtration. Le filtrat glomérulaire constitue l'urine primitive. C'est un ultrafiltrat qui contient les mêmes composants que le plasma sauf les protéines de PM élevé. La concentration des anions est légèrement supérieure à celle du plasma et inversement pour les cations. Sa régulation est intrinsèque et extrinsèque. Et elle est évaluée dans la pratique clinique par la clairance. Intérêt - Diagnostique : dans la recherche et la mesure d’une insuffisance rénale - Pronostique: apprécie la sévérité et l’évolution de la maladie rénale. I. Les facteurs déterminant la FG : La FG dépend du DFG et de la nature des molécules qui traversent la barrière glomérulaire A. La pression de FG : La force de filtration est une pression qui est la résultante de plusieurs pressions : - Pression hydrostatique dans le capillaire glomérulaire (P) = 45 mmHg : considérée comme positive car elle favorise la filtration glomérulaire - Pression hydrostatique dans la capsule de Bowman = 10 mmHg : considérée comme négative car elle s'oppose à la filtration glomérulaire - Pression oncotique plasmatique (Π) : c'est une pression osmotique des protéines qui tend à retenir l'eau et les solutés dans le capillaire = 20 mmHg correspondant à une concentration des protéines de 60 g/l ; elle est négative Pression oncotique dans le glomérule (Π tubulaire) est négligeable car la barrière glomérulaire est très peu perméable aux protéines. La pression filtrante Pf est donc ∆P - Π = (45 – 10) – 20 = 15 C'est une pression suffisante vu la grande surface de perméabilité. C'est un phénomène non consommateur d'énergie (purement physique). La filtration commence au début des capillaire glomérulaire par le passage d’eau et de solutés à l’espace urinaire car la Pf = 10mmHg, puis diminue progressivement le long du trajet des capillaires glomérulaire car PNF ↓ du fait de l’↑ de Π des capillaires glomérulaire, puis s’annule quand П rejoint ∆P (équilibre de filtration). - B. Le débit de FG (DFG): Ce débit est de 120 ml/min, soit 180 l/24h pour les 2 reins. Il est le produit de Kf et Pf (DFG = Kf x Pf), et est défini par la quantité de filtrat glomérulaire formée / minute par tous les néphrons des 2 reins. Kf : est le coefficient d’ultrafiltration qui dépend de la surface de filtration S et du coefficient de perméabilité hydraulique du capillaire glomérulaire K : Kf = K x S Il évalue la fonction rénale et fait appel au concept de la clairance 35 BIOLOGIE Pour mesurer le DFG, on utilise une substance indicatrice contenue dans le sang (par ex l'inuline, créatinine) et ayant les propriétés suivantes : - Librement filtrable, - Ne pas être réabsorbée, ni sécrétée ultérieurement dans le tubule, - Ne pas être métabolisée dans le rein, - Ne pas avoir d'effet sur la fonction rénale. Le DFG est égal à la clairance de l'inuline ou de la créatinine. La clairance : est le volume de plasma totalement épuré d'une substance indicatrice (x) par le rein en unité de temps = [Ux].V / [Px] - [Ux] : concentration urinaire de la substance en mg/l - [Px] : concentration plasmatique de la substance en mg/l - V : débit urinaire en ml/min - La clairance de la créatinine = (140-âge).poids (kg) / 0.8.creatininemie en µmol/l (le tout x 0,85 si femme) 20% environ du débit plasmatique capillaire glomérulaire est ainsi ultrafiltré pour constituer l’urine primitive ; ce pourcentage de filtration sur le débit sanguin glomérulaire constitue la fraction de filtration (FF = DFG/DSG). C. Facteurs influençant le DFG 1. Le débit sanguin rénal : QPR La fraction filtrée FF = QFGL / QPR, soit dans le cas normal FF = 120 ml/mn / 600 ml/mn = 20% - Lors d'une augmentation du DSR, ∆Π ↑ lentement le long du capillaire glomérulaire, ce qui aboutit à un retard d'apparition de l'équilibre de filtration qui se déplace vers la fin du capillaire glomérulaire. Dans ce cas la surface capillaire de filtration ↑. Comme ∆P reste constante, la pression moy de filtration ↑ ce qui entraine une ↑ du DFG. Comme le DFG et le DSR ↑ parallèlement, dans ce cas la FF reste constante. - Un repas riche en protéines entraine une augmentation du DSR, suivi d'une ↑ proportionnelle du DFG. - Une SAR entraine une ↓ du DFG. 2. Les résistances artériolaires rénales: Une vasoconstriction de l'AA entraine une ↓ du DSR et donc la ↓ de la pression hydrostatique capillaire, d'où ↓ du DFG. Une vasoconstriction de l'AE entraine une ↓ du DSR, mais la pression hydrostatique ↑, d'où le DFG reste presque normal ou ↓ légèrement. 3. La pression artérielle systémique : Une pression de perfusion rénale comprise entre 80 et 180 mmHg a un effet négligeable sur le DSR et donc sur le DFG. Pour une PSA < 80 mmHg , le DSR et le DFG ↓. Cette autorégulation est annulée par des agents qui paralysent la musculature lisse des vaisseaux. 4. Le coefficient d'ultrafiltration Kf : Le DFG est proportionnel au Kf et à la valeur de la pression de filtration moyenne càd = Kf . Pf Une ↓ modérée du Kf modifie peu le DFG, alors qu'une ↓ pathologique du Kf (GNA) entraine une ↓ du DFG. 5. Autres facteurs : Une obstruction aigue incomplète des voies urinaires (calcul par ex) entraine une ↑ de la pression intracapsulaire de Bowman et donc une ↓ du DFG. Une variation de Π plasmatique (déshydratation, hypo protidémie) peut modifier le DFG. D. Nature des molécules filtrées : La barrière glomérulaire constituée de 3 tuniques adjacentes, l’endothélium vasculaire, percé de pores, la membrane basale glomérulaire, chargée négativement et l’épithélium viscéral de la capsule. La perméabilité des capillaires glomérulaires dépend de la taille de la macromolécule ainsi que de sa charge. La paroi des capillaires glomérulaires contient des protéines chargées négativement constituant une barrière électrostatique vis-à-vis des molécules de même charge. En effet, l'albumine, de PM relativement faible, passe très mal la membrane car elle est chargée négativement. Les substances neutres qui ont un diamètre < 4 mm sont filtrées librement. Celles ayant un D > 8 mm ne sont presque pas filtrées. Entre ces 2 extrêmes, la filtration est inversement proportionnelle au D de la molécule. Pour une même taille, les substances anioniques ont un très faible taux de filtration par rapport à celui des substances neutres et cationiques. 36 BIOLOGIE II. Régulation de la FG : La FG est une grandeur fixe. Dans les conditions physiologiques, elle est maintenue constante grâce à un équilibre entre les mécanismes de régulation intrinsèque et extrinsèque. A. Régulation intrinsèque : 1. Autorégulation : Autorégulation intrinsèque qui correspond à la réponse propre des fibres musculaire lisses des artérioles afférente et afférente. Maintien un débit plasmatique rénal et un DFG constants quand la PSA varie entre 80 et 180mmHg et donc : - lorsque la PSA ↑ les fibres musculaires lisses se contractent. - lorsque la PSA ↓ les fibres musculaires lisses se relâchent. 2. Systèmes hormonaux internes : Le rein synthétise plusieurs substances vaso-actives exerçant leurs effets biologiques localement : Le système rénine angiotensine intrarénal : le rein produit la rénine en réponse à une baisse de la volémie et/ou de la PSA. La rénine va transformer l'angiotensinogène hépatique en angiotensine I, celle-ci est rapidement transformée en angiotensine II par une enzyme de conversion d'origine pulmonaire. L'angiotensine II entraine une vasoconstriction de l'AE d'où ↑ de Pf. Par ailleurs l'AT II entraine aussi une contraction des cellules mésengiales, d'où ↓ de la surface de filtration Kf. Le DFG est alors maintenue constant ou ↓ légèrement. (DFG = ↓ Kf. Puf ↑) Les prostaglandines : Vasodilatation des AA et AE → ↓RAA et RAE → ↑ Dsg et ↑ DFG (Kf inchangé). Ceci a pour but de contrebalancer l’action de l’Angiotensine II. Système kinine-kallikréine : La kallikréine transforme le kininogène en bradykinine. Celle-ci entraine une vasodilatation de l'AA et de AE. ↓ RAA et ↓RAE ↑ DSR B. Régulation extrinsèque : Les systèmes de régulation extrinsèque ont généralement des effets extra-rénaux en plus de leur effet sur l’hémodynamique rénale. 1. Système nerveux sympathique : L’innervation rénale est exclusivement sympathique, elle agit par double effet : - Direct : α1 : vasoconstriction des AE - Indirect : β1 : activant le système Rénine Angiotensine locale vasoconstriction 2. Hormones extra-rénales : Angiotensine II d’origine vasculaire : L’angiotensine II est produite par le même mécanisme précité. Facteur Atrial Natriurétiqué : sécrété par l’oreillette droite. Il a 2 effets : - Vasodilatation AA (↓ RAA) +vasoconstriction AE (↑RAE) : ↑ Pcg Relaxation des cellules mésangiales : ↑ Kf Inhibe la rénine et s’oppose aux effets vasoconstricteurs de l’AG II ↑ DFG La vasopressine ou hormone antidiurétique : à forte dose entraîne une vasoconstriction des artérioles afférente et efférente, et donc une↓ du débit plasmatique rénal et du DFG Conclusion : La FG est le reflet de la fonction rénale, d’où l’intérêt de la surveillance de cette filtration au cours d’une maladie générale pour dépister l’insuffisance rénale débutante. Cette filtration obéit à des mécanismes de régulation locaux et généraux très précis dont l’étude permet d’expliquer certaines situations pathologiques et le mode d’action de certains produits pharmacologiques. L’estimation du DFG est utilisée cliniquement pour apprécier la sévérité ou l’évolution d’une maladie rénale. Elle repose sur le concept de clairance. Elle fait appel à la mesure de la clairance de créatinine 37 BIOLOGIE LES FONCTIONS TUBULAIRES L’urine primitive formée par la FG est transformée en urine définitive tout le long du tube rénal par des étapes de réabsorption, sécrétion et excrétion entre les capillaires péritubulaires à la lumière tubulaire. Ces étapes peuvent correspondre à : - Un mécanisme actif, situé dans les cellules de différents segments du tube. - Un mécanisme passif (notamment par gradient de concentration) Les mouvements de l'eau obeissent à un gradient osmotique, excepté dans les segments du néphron où la paroi est imperméable à l'eau. Les fonctions tubulaires permettent donc l’homéostasie de la volémie et de l’osmolarité de l’organisme. I. La réabsorption tubulaire : A. Au niveau du tube contourné proximal (TCP) 80% d’eau et de Na+ filtrée est réabsorbée au niveau du TCP Accompagnée d’une réabsorption de Cl-, HCO3-, glucose, acides aminés et phosphates. 1. Réabsorption active du glucose : Dans les conditions normales (glycémie = 1g/l), tout le glucose filtré est réabsorbé : il n'ya pas de glucose dans les urines. Le glucose est réabsorbé au niveau du TCP, par un transport facilité Na+ dépendant, accompagné de la réabsorption du phosphate et des acides aminés par le même mécanisme. Pour une glycémie > 1,8 g/l, il ya glycosurie. Cette valeur représente le seuil rénal ou minimal du glucose pour lequel celui-ci n'apparait dans les urines qu'une fois ce seuil est dépassé. A partir de 3 g/l, le débit de réabsorption devient stable et maximal : c'est le transfert maximal du glucose TmG = 350 mg/mn. En dehors du diabète sucré, la glucosurie peut s’observer dans des maladies tubulo-interstitielles du rein qui ↓ le TmG NB : Il faut savoir que le rein ne participe pas à la régulation de la glycémie. 2. Réabsorption de Na+ et de l'eau : La masse de Na+ réabsorbée est de l'ordre de 80% de la quantité filtrée. Ceci par un mécanisme actif grâce à la pompe Na – K ATPase de la membrane basolatérale qui fait sortir de la cellule vers l'interstitium 3Na, et entrer 2K dans la cellule. L'entrée passive de Na du côté apical des cellules du TCP est couplée soit à l'entrée d'autres substances telles que le glucose, les acides aminés par cotransport, soit à la sortie d'autres éléments (H+) par contre – transport. Ceci va entrainer une réabsorption passive d'une quantité équivalente de Cl- et une réabsorption passive de 80% d'eau filtrée grâce au gradient d'osmolarité créé. C'est une réabsorption iso – osmotique indépendante des minéralocorticoïdes B. Au niveau de l’anse de Henlé : La branche descendante : - réabsorption passive de 14% à 20% de l’eau filtrée et entrée de solutés (Na, K, NH4, urée) - favorisée par l’↑ de l’osmolarité du milieu interstitiel. - Responsable de l’↑ de l’osmolarité du fluide tubulaire du cortex à la médullaire : c’est le gradient osmotique corticopapillaire (GOCP) La branche ascendante fine : imperméable à l'eau - Sortie passive de NaCl due à l'↑ de la concentration de Na dans la lumière tubulaire > interstitium - Entrée passive de l'urée dans le tubule car l'interstitium est plus concentré en urée à ce niveau. La branche ascendante large : imperméable à l'eau - Réabsorption active de NaCl (Na – K ATPase), sans eau. - Responsable de la ↓ de l’osmolarité du fluide tubulaire jusqu’à ce qu’il devient inférieur à celle du plasma à l’entrée du TCD ; donc on a une urine hypo osmotique. 38 BIOLOGIE C. Au niveau du tube contourné distal (TCD) et du T collecteur initial : ère Dans la 1 partie du TD : réabsorption active de Na+ et Ca++ ère Dans l'autre partie du TD et la 1 partie du collecteur : réabsorption de Na+ et sécrètion K+ grâce à la pompe Na+/K+ ATPase du pôle basal de la cellule principale. L’ADH entraîne une ↑ de la perméabilité à l’eau à ce niveau Et l’aldostérone ↑ la perméabilité luminale aux ions Na+ et K+ ainsi que l’activité Na+/K+ ATPase et la sécrétion de H+. Elle favorise ainsi le pompage de Na à partir de la lumière tubulaire et l'excrétion d'une quantité équivalente de K+ et H+. Outre la conservation du stock des bicarbonates dans le TP, le rein régénère des bicarbonates : par excrétion d'acides (sécrétion d'H+ dans le TD et acidification des phosphates), et par la formation d'ammoniac D. Au niveau du canal collecteur : Le canal collecteur médullaire : o Dans sa partie initiale : la réabsorption de Na+ se termine. Il y a donc réabsorption massive d’eau dépendante de l’ADH et réabsorption faible de l’urée. o Dans sa partie terminale : il ya réabsorption massive d’urée et réabsorption faible d’eau. La perméabilité de ce canal à l’eau et l’urée est fonction de l’état d’hydratation de l’organisme : - En cas de déshydratation : o L'ADH est sécrétée entraînant une ↑ de la perméabilité à l'eau du tube collecteur. o L'eau est alors réabsorbée de façon passive dans l'interstititum et ceci d'autant plus que le gradient corticopapillaire est élevé. o L'urée, réabsorbée de façon passive, augmente encore l'osmolalité de la médullaire. o Les urines définitives sont concentrées. - II. En cas d'hyperhydratation : o La sécrétion d'ADH est supprimée o Le tube collecteur reste imperméable à l'eau o Les urines définitives sont donc diluées La sécrétion tubulaire : C’est le passage d’une substance, en général exogène, directement du sang dans le tubule à travers la lumière tubulaire. Ceci en plus de la FG d'où une clairance > à celle de l'inuline. Sécrétion active : - Concerne principalement des anions ou des cations organiques et des substances exogènes. - Plusieurs systèmes de transport sont connus dont celui de la créatinine. Un autre concerne différentes substances sécrétées suivant un mécanisme à seuil et à Tm : colorants, acides organiques (en particulier PAH dont on mesure le Tm à concentration plasmatiques élevée), ATB, sulfamides, produits iodés (= principe de l'UIV). - Le débit d’excrétion urinaire = débit de filtration + débit de sécrétion. Sécrétion passive : les principales substances sécrétées passivement par le rein sont : - Les bases faibles (ammoniaque…), et les acides faibles (acide carbonique…) - Le K+ : au niveau du tube collecteur et du TCD. Alors qu'il est sécrété activement au niveau du TCP. Conclusion : Le maintien de l’homéostasie du milieu intérieur se fait principalement grâce aux fonctions de réabsorption et de sécrétion d’eau et des solutés au niveau des tubules. Le TCP réabsorbe environ 80% d’eau et de Na+ filtrés, et participe à la régulation de l'équilibre acido – basique par la fonction d'excrétion des ions H+ L’anse de Henlé joue un rôle très important dans les mécanismes de concentration et dilution de l’urine. Le TCD et le canal collecteur, réabsorbent en fonction de l’état d’hydratation du sujet; de l’eau et Na+ et sécrètent le K+ et H+ sous l’influence de l’ADH et l’aldostérone. 39 BIOLOGIE Q10. Compartiments hydriques de l’organisme et leur régulation Q32. Equilibre hydro électrolytique : physiologie, régulation et exploration L’eau totale de l’organisme représente 60% du poids corporel chez l'homme et 55% chez la femme, elle est répartie en 2 compartiments ; - le compartiment extracellulaire (45% de l'eau totale) ou milieu intérieur. - le compartiment intracellulaire (55% de l'eau totale) La stabilité du milieu intérieur (homéostasie) est une condition essentielle à la Vie, grâce à : - L'équilibre hydro-électrolytique - L'équilibre acido-basique L'eau, ignorant les barrières cellulaires, est l'objet d'échanges incessants entre les cellules et les milieux extracellulaires. L'état des liquides de l'organisme est régi par les règles fondamentales suivantes : - ils sont isotoniques, c'est-à-dire que le rapport eau/électrolytes est constant ; - ils possèdent une neutralité électrique, c'est-à-dire autant d'anions que de cations. L'étude de l'équilibre hydroélectrolytique revêt plusieurs intérêts du fait de : - La prépondérance du rôle du rein dans la régulation de cet équilibre. - La fréquence et la gravité de ses perturbations (dystnatrémies, Œdèmes, syndrome néphrotique et néphritique) I. COMPARTIMENTS HYDRIQUES DE L'ORGANISME : A. Le compartiment extracellulaire : Le compartiment extracellulaire représente 20 % du poids du corps chez l'adulte, 40 % chez le nourrisson. Il contient 45% de l'eau totale corporelle. Il est réparti en 4 compartiments : 1. Le compartiment vasculaire (7.5%) Est composé de 2 volumes : un volume globulaire et un volume plasmatique. Outre ses 7.5 % d'eau, ce compartiment renferme de nombreuses substances dissoutes (glucose, urée, créatinine etc.) et des électrolytes, cations et anions, et peu de protides et de lipides. CATIONS PLASMATIQUES - Le plus important est le sodium Na+ (138 à 145 mmol/l ou mEq/l). Il est le principal cation extracellulaire et il est le reflet de l'électrolytémie totale, et de la pression osmotique efficace du plasma. De plus, la natrémie participe à la régulation de l'équilibre acido-basique (le Na étant un élément alcalin) aux mouvements de l'eau et sa détermination en biologie clinique occupe une place fondamentale. Na 143 Cl 103 ANIONS PLASMATIQUES : les principaux sont : K 4.5 HCO3 27 - Le chlorure Cl- est le principal anion des liquides Ca 5 Protéines 16 extracellulaires. Son taux est de 98 à 103 mmol/l ou mEq/l. En Mg 2.5 Acides organiques 6 raison de ses affinités avec l'ion sodium, leurs métabolismes Phosphates 2 sont le plus souvent liés. Sulfates 1 - Le bicarbonate HCO3- exprime l'ancienne « réserve alcaline ». Total 155 Total 155 Sa concentration normale est de 26 à 28 mmol/l ou mEq/l. - Les protéines sont, au pH du plasma, ionisées sous forme de protéinates, et peuvent donc intervenir comme anions. Leur taux est de 65 à 75 g/1(15mEq/l) et créent une pression oncotique de 25mmHg qui fait retenir l’eau et les solutés dans le plasma. L'ensemble des cations (155 mEq/l) et des anions (155 mEq/l) Ces électrolytes exercent un pouvoir osmotique réel par rapport aux molécules d’eau, appelée osmolalité plasmatique réelle : Posm réelle varie entre 290 et 300 mosmol/kg H2O. Elle peut être estimée à partir de la concentration plasmatique du sodium [Na] et on parle dans ce cas d’osmolalité plasmatique efficace : Posm efficace = 2[Na] (mmol/l). Le compartiment plasmatique communique avec l'extérieur grâce aux échanges digestifs, pulmonaires, rénaux et cutanés. 40 BIOLOGIE 2. Le compartiment interstitiel (20%) C'est le milieu où baignent les cellules de l'organisme. II est en équilibre avec le compartiment plasmatique au travers de la paroi des capillaires et avec le compartiment intracellulaire au travers des membranes cellulaires. Sa composition en électrolytes est voisine de la composition du plasma. Il contient une concentration en protéines très faible ou nulle d’où un certain équilibre entre les 2 secteurs (équilibre de Gibbs-Donnan) qui fait que : - sa composition en cations est presque égale à celle du plasma - et en anions tels que le chlore (114mEq/l) et les HCO3- (29mEq/l) est supérieure à celle du plasma. Généralement on rattache la lymphe au liquide interstitiel. 3. Le compartiment transcellulaire (2.5%) Concerne le LCR, les liquides articulaires et les liquides contenus dans les organes creux : appareils génitaux, urinaires et digestifs. *** Il peut constituer un "troisième secteur" : ascite (insuffisance hépatique, occlusion intestinale, péritonite, pancréatite), pleurésie... 4. Le compartiment cartilages et os contient 15% de l'eau corporelle totale. B. Le compartiment intracellulaire : II. Représente 40% du poids corporel et 55% de l’eau totale de l’organisme. Sa composition varie d'un tissu à l'autre. Son osmolalité est identique à celle du compartiment extracellulaire mais la nature des substances dissoutes est différente. Le potassium, les protéines et les phosphates organiques sont les éléments dominants de ce secteur. Sa composition en électrolytes est très différente du milieu extracellulaire du fait de l’existence - d’un équilibre de Gibbs-Donnan : lié à la présence de protéines intracellulaires qui sont considérées comme des anions non diffusibles - d’une pompe Na-K ATPase qui expulse activement hors cellule le Na contre une entrée cellulaire de K. Donc la concentration intracellulaire : - De Na+ (10mEq/l) et de Cl- (2mEq/l) est inférieure à celle du compartiment extracellulaire. - De K+ (140mEq/l), de protéines (55mEq/l) et de phosphates organiques (120mEq/l) est supérieure à celle du compartiment extracellulaire. Échanges d'eau et d'électrolytes et leur régulation : A. Mécanisme des échanges : Ils se font par le jeu des phénomènes osmotiques. 1. Mouvements d'eau : L'eau diffuse librement à travers la membrane cellulaire et la paroi des capillaires en obéissant aux lois de l'osmose. Les principaux responsables de l'osmolalité sont le Na et le Cl, les bicarbonates qui, à eux trois, exercent 85 % de la pression osmotique totale. Dans le lit vasculaire, les protéines du fait de leur taux élevé exercent une pression osmolaire importante, dénommée pression oncotique. Les mouvements de l'eau sont simples : elle se déplace toujours du milieu le moins concentré vers celui qui est le plus concentré, ayant une osmolalité supérieure qui attire l'eau. 2. Mouvements et échanges de sels : Le passage des électrolytes salins au travers de la membrane cellulaire se fait soit par diffusion passive, soit par transport actif. La diffusion obéit aux règles de l'équilibre de Donnan, créé lorsque deux solutions différentes sont séparées par une membrane perméable. L'équilibre sera atteint lorsque les concentrations en ions diffusibles seront égales de part et d'autre de la membrane. Le transport membranaire actif affecte essentiellement le sodium qui doit être rejeté hors du compartiment intracellulaire par le mécanisme de la pompe à sodium. Ce transfert actif consomme de l'énergie, luttant contre un gradient de concentration, et échange le plus souvent 3 Na+ contre 2 ions K+ et un proton H+. 41 BIOLOGIE B. Régulation des échanges La régulation de l'hydratation du compartiment extracellulaire est sous la dépendance du bilan du sodium, dont les modifications s'accompagneront de modifications parallèles du bilan hydrique. La constance de l'osmolalité l'emporte en effet sur celle des volumes. La régulation de l'hydratation du compartiment intracellulaire est sous la dépendance de l'osmolalité des liquides extracellulaires. On comprend dès lors l'importance du système neuro-hormonal complexe, agissant essentiellement sur l'élimination de l'eau et du sodium, chargé de réguler surtout le bilan sodé. 1. Régulation du bilan hydrique : a. Régulation des entrées d’eau : déterminée par la soif : Des osmorécepteurs hypothalamiques situés à proximité des osmorécepteurs qui permettent la libération de l'ADH, sont à l'origine de la sensation de soif. Ainsi : - L'augmentation de l'osmolarité plasmatique qui est généralement liée à l'augmentation du Na plasmatique, déclenche le phénomène de soif et donc le maintien du contenu en eau de l'organisme. - Toute baisse importante de la volémie et la PSA d'au moins 10 à 15% déclenche la soif. b. Régulation des sorties d’eau : Les sorties d’eau sont soit: - Extra rénales : cutanées, respiratoires et digestives : faibles, sauf en cas de sudation importante, d’hyperventilation ou de diarrhée hydro électrolytique. - Rénales : seul 1% d’eau filtrée passe dans l’urine définitive. La régulation des sorties rénales de l'eau : l'ADH - Synthétisée dans le corps cellulaire des noyaux supra optiques et para ventriculaires de l’hypothalamus, l'ADH est stockée au niveau de la posthypophyse et libérée quand : o la volémie ou la PSA ↓ au moins de 15% o l’osmolalité efficace plasmatique dépasse 280mosm/Kg H2O - Agit sur des récepteurs spécifiques dans les canaux collecteurs en augmentant sa perméabilité à l’eau et l’urée → diminution de la diurèse sans variation du débit de filtration glomérulaire. - La sécrétion de l’ADH est fonction de l’état d’hydratation du sujet : o si déshydratation : l’ADH est sécrétée en quantité maximale ce qui ↑ la réabsorption de l’eau au niveau du canal collecteur → l’urine sort du canal collecteur hypertonique o si hyperhydratation : la sécrétion de l’ADH est absente ou minimale, le collecteur est imperméable à l’eau → l’urine sort hypotonique 2. Régulation de l'excrétion rénale du sodium : FACTEURS HÉMODYNAMIQUES — FILTRATION GLOMÉRULAIRE - La filtration, et donc la réabsorption obligatoire du sodium, dépendent évidemment du flux sanguin rénal et de la pression de perfusion artérielle rénale. - En particulier doivent être soulignés le rôle de la pression dans les capillaires péritubulaires vis-à-vis de la réabsorption sodée et celui de la pression dans l'artériole afférente du glomérule qui participe à la mise en jeu du système rénine angiotensine. SYSTÈME RÉNINE-ANGIOTENSINE ET ALDOSTÉRONE - C'est le mécanisme essentiel de régulation du bilan sodique qui agit selon deux mécanismes : o Réabsorption tubulaire proximale grâce à l'angiotensine qui modifie la vasomotricité de l'artériole afférente du glomérule ; o Réabsorption tubulaire distale grâce à l'aldostérone. Celle-ci est sécrétée par la zone glomérulée du cortex surrénal sous l'influence de facteurs multiples parmi lesquels la kaliémie, la natrémie, la concentration plasmatique d'ACTH et enfin l'angiotensine. Cette dernière est issue de l'hydrolyse d'une protéine plasmatique, l'angiotensinogène, par une enzyme protéolytique, la rénine, produite par l'appareil juxtaglomérulaire. - Parmi tous les facteurs intervenant dans la mise enjeu de la rénine, citons : o des stimuli : l'hypovolémie, la baisse de pression dans l'artériole afférente, l'élévation du Na+ dans l'urine tubulaire, absorbé par la macula densa, l'orthostatisme ; o une inhibition : l'expansion des volumes extracellulaires. 42 BIOLOGIE AUTRES : - Les hormones thyroïdiennes interviennent faiblement en augmentant l'élimination d'eau cutanée et urinaire, par stimulation de la filtration glomérulaire et diminution de la réabsorption tubulaire. La carence hormonale du myxoedème s'accompagne d'ailleurs d'une infiltration cutanée d'eau et de mucopolyosides. - Les catécholamines augmentent la pression artérielle, donc la filtration glomérulaire et donc la diurèse. - Les stéroïdes interviennent surtout par le cortisol exerçant un faible effet de rétention sodée (nécessitant cependant de mettre au régime sans sel les malades sous corticothérapie au long cours) et par les œstrogènes qui produisent une rétention hydrosodée dans la deuxième partie du cycle, surtout en cas de déficit progestéronique (syndrome prémenstruel). - Le peptide natriurétique atrial : sécrété par l’oreillette et dont la libération est déclenchée par l’étirement des cardiocytes par une expansion volumique. Il a 3 actions : o Provoque une diurèse et une natriurèse rapides, intenses et brèves. o Provoque une relaxation des fibres musculaires lisses vasculaires. o Inhibe la libération de l’aldostérone et de l’ADH. III. EXPLORATION DE L'EQUILIBRE HYDROMINERAL : A. Mesures des volumes hydriques : 1. Les mesures volumiques directes : dilution isotopique : Non habituelles car longues et pas accessibles à la pratique courante du fait de leur utilisation d’éléments radioactifs qui sont injectés dans la circulation. Les indicateurs sont suivant le secteur : - Pour le plasma : l’albumine marquée à l’iode 125 ou 131 et les érythrocytes marqués au chrome 51 - Pour l’eau totale : l’urée, thiourée et surtout l’eau tritiée deutériée ou l’antipyrine marquée à l’iode 131 - Pour le secteur extracellulaire : Mannitol, thiosulfate, saccharose inuline et surtout radio sulfate (SO4-) - Les autres secteurs sont obtenus par différence : Liquide interstitiel = LEC - VPL Liquide intracellulaire = ET – LEC 2. Les mesures volumiques indirectes : Constituent les mesures habituelles car leur réalisation simple et rapide permet d’apprécier l’état d’hydratation plasmatique (et d’en déduire celui des cellules) : Ce sont : L’hématocrite, la numération globulaire, les taux d’hémoglobine et les protides totaux. On leur associe : - La pesée quotidienne : très importante chez le nourrisson. - La diurèse - Le bilan hydrique : entrée – sorties/j Ils permettent de diagnostiquer une hémodilution ou une hémoconcentration. B. Mesure des électrolytes : 1. Les mesures d’osmolarité : par cryoscopie Plus il y a du sel dans l’eau plus la température de congélation diminue. Plus il y a de sel dans le sérum plus la température de congélation diminue. Donc on mesure la température de congélation et on déduit la concentration du sel et donc l’osmolarité. 2. Les mesures sélectives : L’ionogramme avec 3 éléments principaux Na+, K+, Cl-, mais aussi les protéines, HCO3-, Ca2+ Conclusion : En pathologie, les troubles de l'équilibre hydroélectrolytique sont représentés par les hypernatrémies = déshydratation cellulaire, les hyponatrémies = hyperhydratation cellulaire (exception : les fausses hyponatrémies) 43 BIOLOGIE Q11. Fonction biliaire : sécrétion, excrétion et détoxication Le foie est une glande complexe qui intervient dans tous les métabolismes de l'organisme. Il joue un rôle important dans la détoxication, et un rôle exclusif dans la sécrétion et l'excrétion de la bile : c'est la fonction biliaire. La bile est sécrétée en continu par le foie, puis stockée dans la vésicule biliaire qui la concentre, mais n’est excrétée dans le duodénum que 30 minutes après un repas. Intérêt : connaissance de la physiopathologie de la lithiase des voies biliaires et des ictères. I. SECRETION BILIAIRE : La sécrétion de la bile hépatique est facilitée par le caractère bipolaire de l'hépatocyte : celui-ci reçoit les constituants au niveau du pôle sinusoïde et rejette dans les canaux par le pôle biliaire. La bile hépatique provient donc directement de la cellule hépatique sans passer par la vésicule biliaire. C'est un liquide clair de couleur jaune, très fluide, son pH est neutre ou légèrement alcalin, son débit chez l'homme peut atteindre 1 l/jour. A. Composition de la bile hépatique : 1. Les éléments minéraux : Cations : Na+, K+, Ca++, Mg++ : leur concentration dans la bile est égale à celle du plasma, donc constante. Anions : Cl-, HCO3- : leur concentration est variable. 2. Les substances organiques : pigments biliaire (bilirubine), lipides biliaires, et produits de catabolisme a. La bilirubine : Nature et origine : voir bilirubine. Rôle : aucune action physiologique, c'est un déchet de l'organisme qui doit être éliminé et dont l'accumulation dans le sang provoque l'ictère. b. Les lipides de la bile : Sels biliaires : (74%). Ce sont des sels de Na et de K dérivés de quatre acides biliaires. On les classe : - Les sels biliaires I : dérivés de l'acide cholique et chémodésoxycholique o synthétisés par le foie à partir du cholestérol. o conjugués à 2 acides aminés (taurine et glycine), puis concentrés dans la vésicule biliaire. o excrétés dans le duodénum en même temps que la bile. o une grande partie (85%) est absorbée au niveau du duodénum par un mécanisme actif puis recaptée et reconjuguée au niveau du foie : c'est le cycle entéro-hépatique. - Les sels biliaires II : dérivés de l'acide désoxycholique et lithocholique o résultent de l'action des bactéries intestinales qui vont déconjuguer les sels biliaires I (10%). o une partie va être absorbée passivement et rejoint le foie, ce qui n'est pas absorbé sera éliminé par les selles (5%). - Rôles : o digestion et absorption des graisses (activent la lipase, émulsion des lipides, nécessaires à l'absorption du cholestérol, acides gras, vitamines liposolubles) o maintiennent en solution les lipides dans la bile en formant des micelles. o déclenchent et maintiennent la sécrétion biliaire. o inhibent la réabsorption d'eau et des électrolytes dans le colon et conditionnent l'hydratation des selles Phospholipides (20%) et cholestérol (6%) : - Ils sont insolubles dans l'eau, solubles dans les micelles - Leur synthèse et leur excrétion dans la bile dépendent des sels biliaires. - Une fraction importante du cholestérol est réabsorbée au niveau de l'intestin proximal subit un cycle entéro hépatique. Le reste sera métabolisé par les bactéries intestinales. Les sels biliaires, le cholestérol et les phospholipides sont présents dans la bile à des proportions précises, ce qui détermine la zone de solubilité micellaire. Au-delà de cette zone la bile devient lithogène d'où le risque de lithise. C'est le diagramme d'AMIDRAN-SMALL. c. Les produits du catabolisme : endogènes (produits de métabolisme), et exogènes (médicaments…), éliminés après une série de transformations qui constituent la fonction de détoxication. 44 BIOLOGIE B. Mécanismes de sécrétion : cholérèse La sécrétion biliaire par le foie est continue et atteint 1l par jour en moyenne. Elle nécessite un transfert de l'eau depuis les espaces interstitiels et l'hépatocyte jusque dans les voies biliaires. Ce transfert répond à un phénomène osmotique. Les mécanismes de cholérèse sont au nombre de trois : 1. Sécrétion canaliculaire dépendante des sels biliaires : s'explique par la pression osmotique créée par la forte concentration intracanaliculaire en sels biliaires, et entretenue par le cycle entérohépatique. 2. Sécrétion canaliculaire indépendante des sels biliaires : liée à un transfert actif du sodium et augmentée par l'AMPc 3. Sécrétion ductulaire et canalaire : stimulée par la sécrétine, hormone qui augmente le débit de H2O sans augmenter le débit des sels biliaires. Facteurs modifiants la cholérèse : - Hormonaux cholérètiques : sécrétine, et à degré moindre la gastrine, CCK, histamine, glucagon - Nerveux : nerf vague. II. EXCRETION BILIAIRE : Après la formation de la bile hépatique, vient l'étape d'excrétion dans les voies biliaires extrahépatiques : canal hépatique, vésicule biliaire puis canal cholédoque. L'excrétion se fait en 2 étapes : 1. Formation de la bile vésiculaire : la bile hépatique devient bile vésiculaire à cause du phénomène de la concentration et de la sécrétion : La concentration consiste en la réabsorption de l'eau, Cl-, HCO3- et aussi en un enrichissement en Na+, K+, Ca2+. La teneur en sels biliaires, en cholestérol et en bilirubine est 5 à 10 fois dans la bile vésiculaire. La sécrétion : du mucus et des glycoprotéines par les cellules muqueuses de l'épithélium vésiculaire. 2. Remplissage et vidange de la vésicule biliaire : La bile sécrétée en permanence est excrétée de façon discontinue par les voies biliaires. Entre les phases d'excrétion, elle s'accumule et se concentre dans la vésicule dont le volume est égal à environ 40 ml. - Le remplissage : phénomène passif qui s'effectue entre les repas : période inter digestive. Dû surtout à la résistance du sphincter d’Oddi. La vidange : phénomène actif, déclenché par l'arrivée des aliments dans le duodénum. Contraction de la vésicule et relaxation du sphincter d’Oddi. *** La lithiase des voies biliaires se localise préférentiellement dans le vésicule biliaire. 3. Commandes de la motricité des voies biliaires extrahépatiques : à la fois Hormonale : - CCK : stimule simultanément la contraction de la VB et le relâchement du sphincter d'Oddi. - Gastrine : effet cholécystokinétique à forte dose. Nerveuse : - La simulation du X contracte la vésicule biliaire et relâche le sphincter d'Oddi. - La stimulation du nerf splanchnique (système orthosympathique) relâche la vésicule biliaire et ferme le sphincter d'Oddi. - Autres facteurs : la douleur, la peur, l'émotion…entraînent un spasme du sphincter et diminuent l'excrétion biliaire. De même pour certains médicaments en particulier la morphine, l'alcool… *** La cholestase correspond à une défaillance sécrétoire des hépatocytes avec rétention concomitante dans le sang de tous les constituants normalement excrétés dans la bile. 45 BIOLOGIE III. DETOXICATION : Le foie joue un rôle crucial dans la détoxication des substances qui sont nuisibles pour le corps, et dont il doit assurer l'excrétion, elles peuvent être : - Endogènes : comme les produits de métabolismes normal (l’ammoniaque…) et les excès d’hormones (en particulier, les hormones sexuelles comme l’estrogène). - Exogènes : comme les aliments, les médicaments, l’alcool, les drogues, les solvants, les pesticides et les métaux lourds…. Toutes ces substances seront transmises au foie par la veine porte puis éliminées dans la bile après différentes transformations, c'est la fonction de détoxication du foie. Ces transformations consistent à : - L'augmentation de la polarité de la substance à éliminer pour solubilisation dans H2O : greffe enzymatique d’OH, NH2 ou COOH - L'augmentation de son poids moléculaire pour diminuer la réabsorption. Exemple: conjugaison de la bilirubine. Lorsqu’une personne est exposée à ces produits chimiques à des niveaux élevés, le foie peut être débordé. Conclusion : La formation de la bile par le foie à principalement deux rôles : - Rôle d'excrétion de substances endogènes ou exogènes. - Rôle de digestion : grâce aux sels biliaires, la bile facilite l'absorption des lipides; son absence entraîne une malabsorption des lipides, ce qui provoque un déficit en vitamines A, D, E, K et en cholestérol. Ceci est à l'origine d'amaigrissement, de stéatorrhée, et d'avitaminose de type K qui est responsable d'anémies et de troubles hémorragiques. 46 BIOLOGIE Q12. Sécrétion gastrique : origine et régulation I. ORIGINE A. B. C. D. E. Sécrétion de l'HCL Sécrétion du FI Sécrétion de pepsine Sécrétion de mucus Les lois de sécrétion II. REGULATION A. Contrôle de la sécrétion B. Variations de la sécrétion III. EXPLORATION FONCTIONNELLE Le suc gastrique provient de la muqueuse de l'estomac. C'est un liquide incolore, inodore, à pH acide, légèrement visqueux car il renferme du mucus. Son débit est de 1,5 l/jour, et peut atteindre 2 l/jour. Ce débit est rythmé par le repas et varie selon le sexe (plus important chez l'homme que chez la femme) et l'âge. Le suc gastrique renferme - Des électrolytes : H+, Na+, K+, Cl-, HCO3-. - Des substances organiques : o Protéines : plasmatiques (albumine, immunoglobulines notamment IgA sécrétoires) et enzymes (pepsinogène = pepsine en milieu acide) o Mucines : glycoprotéines et mucopolysaccharides. o Facteurs intrinsèques : ce sont des glycoprotéines sécrétées par les cellules pariétales. Le contrôle de la sécrétion gastrique est un contrôle nerveux et hormonal qui se déroule d'une façon enchaînée et harmonieuse. Intérêt : - Importance dans l'explication de la physiopathologie de la maladie ulcéreuse - Le contrôle de la sécrétion acide s'ouvre sur l'endocrinologie digestive et les techniques de traitement chirurgical de la maladie ulcéreuse - Enfin, la production de facteur intrinsèque relie cette sécrétion à l'hématopoïèse. I. ORIGINE : La muqueuse gastrique présente des cryptes au fond desquelles s'ouvrent des glandes: celles-ci sont tapissées de cellules à mucus, de cellules pariétales sécrétant l'acide chlorhydrique et le facteur intrinsèque, de cellules principales sécrétant la pepsinogène et de cellules endocrines sécrétant la gastrine et la somatostatine. A. Sécrétion de l'acide chlorhydrique HCL : 1. Mécanismes de la sécrétion : Au pôle apical de la cellule pariétale : - Sortie de K+ dans la lumière canaliculaire par un canal K+. L'accumulation extracellulaire de K+ est requise pour que la K+ / H+ ATPase soit active. - Sortie de H+ dans la lumière canaliculaire grâce à la K+ / H+ ATPase (pompe à protons gastrique) - Sortie de Cl- par un canal Cl-, pour le maintien de l'électroneutralité et la formation de HCl. Au pôle baso-latéral de la cellule pariétale : - Entrée de Cl- via un antiport Cl- / HCO3- Entré de K+ grâce à la Na+K+ ATPase 2. Rôle de l'HCL : Rôle bactéricide sauf vis-à-vis de Helicobacter pylori Transforme la pepsinogène en pepsine, permettant le maintien d'un pH optimal à l'action de la pepsine. Stimule la libération de la sécrétine au niveau du duodénum. Intervient dans l'absorption intestinale du fer et Ca. 47 BIOLOGIE B. Sécrétion du facteur intrinsèque : Le facteur intrinsèque est une glycoprotéine permettant l'absorption intestinale de la vitamine B12. Elle est sécrétée uniquement par les cellules pariétales du fundus gastrique. La vit B12, apportée par les protéines alimentaires est libérée par les enzymes protéolytiques et captée dans l'estomac et l'intestin par le FI gastrique. Le complexe FI – vit B12 est alors transporté jusqu'à l'iléon où a lieu l'absorption de la vitamine. La fixation de la vitamine entraîne une modification de la configuration moléculaire du FI, ce qui ↑sa stabilité vis-à-vis des enzymes protéolytiques en milieu acide et vis-à-vis de la chaleur. NB : des anticorps bloquants se fixent sur le site de liaison de la vit B12 et empêchent la formation du complexe B12 – FI, sont retrouvés chez des patients souffrant d'anémie de Biermer. C. Sécrétion de pepsine : Cette enzyme est produite par les cellules principales sous la forme d'un précurseur inactif, le pepsinogène, ensuite converti en pepsine en présence de H+ et de pepsine. L'acidité joue aussi un rôle important dans la sécrétion du pepsinogène en induisant un réflexe cholinergique et en induisant la libération de sécrétine à partir de la muqueuse duodénale. Rôle : C’est une endopeptidase qui va hydrolyser les protéines alimentaires en peptones. Son pH d'activité maximale est autour de 2. Elle est inactive en milieu neutre ou alcalin. D. Sécrétion de mucus : Les cellules muqueuses aussi bien du fundus que de l'antre sécrètent le mucus. Celui-ci est composé de chaînes polypeptidique et de chaînes glucidiques (glycoprotéines et muccopolysaccharides). Rôle : inhibe l'activité peptique et protège ainsi l'estomac de l'autodigestion acido – peptique. E. Les lois de sécrétion : Théorie du double composant de PAVLOV-HOLLANDER : II. Selon cette théorie, le suc gastrique serait le résultat du mélange de 2 composants différents : - Un composant pariétal ou acide primaire : sécrété par les cellules pariétales du fundus, à une concentration maximale et un débit variable en fonction de l'intensité de la stimulation. - Un composant non pariétal ou alcalin : sécrété par les autres cellules sauf les cellules pariétales, à une concentration et un débit constants quelque soit l'intensité de la stimulation. Régulation de la sécrétion acide gastrique : A. Contrôle de la sécrétion : 1. Agents stimulants : a. Hormonaux : la gastrine ; Sécrétée par les cellules G de la muqueuse antrale. Sa libération est favorisée par le contact des peptones avec les cellules G, le nerf vague, et inhibée par le pH acide gastrique, la liaison de somatostatine et de prostaglandines. Stimule les cellules pariétales et déclenche rapidement la sécrétion de l'eau, du HCl, et des FI. *** L'hyperplasie des cellules G (gastrinome ou syndrome de Zollinger Ellison) est responsable d'une hypersécrétion acide b. Nerveux : le nerf vague Stimule les cellules pariétales directement (le médiateur est l'acétylcholine, le récepteur est muscarinique de type M3) ou indirectement en induisant la sécrétion de gastrine (le médiateur est le gastrin-releasing peptide ou GRP). Entraîne une sécrétion riche en pepsine et en HCl *** La vagotomie constitue un traitement chirurgical de la maladie ulcéreuse. c. Autres agents : Insuline, pentagastrine 48 BIOLOGIE L'histamine qui est produite par les cellules entérochromaffines, à proximité des cellules pariétales. Sa libération est favorisée par la liaison d'acétylcholine et de gastrine. Son action sur les cellules pariétales implique sa liaison à des récepteurs H2 et la formation d'AMP cyclique. *** L'inactivation de ces récepteurs par un antagoniste spécifique (la cimétidine) est un moyen efficace de limiter la sécrétion acide gastrique. 2. Agents inhibiteurs : a. Fundiques et Antraux : le rétro-contrôle négatif pH dépendant. La somatostatine est produite par les cellules D du fundus et de l'antre. Sa libération est favorisée par le pH acide gastrique et limitée par la liaison d'acétylcholine. La somatostatine inhibe les cellules pariétales directement et indirectement en limitant la sécrétion de gastrine. Les prostaglandines (PGE) limitent la formation d'AMP cyclique histamine-dépendante. Elles freinent donc la sécrétion acide gastrique. *** Leur inhibition par les AINS comme l'aspirine accélère au contraire la sécrétion acide gastrique et favorise la survenue d'ulcères gastroduodénaux. b. Intestinaux : La sécrétine G.I.P (gastric inhibiteur peptide) : inhibe l'action acide et la sécrétion de pepsine V.I.P (vasoactive intestinal peptide) B. Variations de la sécrétion : mis en jeu du contrôle Le suc gastrique est approximativement isotonique au plasma, sa composition variant en fonction du débit. 1. En dehors des repas : il y a une sécrétion basale à faible débit, le suc gastrique est composé essentiellement de NaCl (sécrétion non pariétale). 2. Au moment du repas : Le débit augmente, les concentrations de K+ et Cl- augmentent modérément alors que celle de H+ augmente fortement aux dépends de celle de Na+, pour atteindre 150 à 160 mEq/L (pH 1). La sécrétion atteint un maximum, et diminue ensuite progressivement. Elle évolue suivant un cycle de 4-5 heures, comprend 3 phases successives: a. Phase céphalique déclenchée par des récepteurs chimiques et mécaniques de la cavité buccale et du pharynx stimulés par le goût, l'odeur, la mastication et la déglutition des aliments. Les mécanismes impliquent l'activation du nerf vague. b. Phase gastrique (50% de la sécrétion) déclenchée par l'élévation du pH gastrique (aliments dans l'estomac jouent un rôle de tampon), ce qui favorise la sécrétion de gastrine et donc d'HCl), la stimulation directe des cellules G par les peptones, et les réflexes vago-vagaux induits par la distension de la paroi gastrique. c. Phase intestinale déclenchée par l'entrée dans le duodénum de produits de dégradation des protéines qui stimulent la sécrétion locale de gastrine et l'absorption d'acides aminés qui apparaissent dans le sang. Cette phase est surtout caractérisée par des mécanismes inhibiteurs de la sécrétion gastrique : sécrétion de GIP, VIP, sécrétine qui inhibent par voie endocrine les cellules pariétales et les cellules G. Conclusion : Du point de vue vital, la sécrétion gastrique est plus importante vis-à-vis de l'hématopoïèse que de la digestion. La compréhension de la physiologie de la sécrétion gastrique permet une bonne connaissance des ses applications cliniques : - Du point de vue pharmacologique, il existe des inhibiteurs de la sécrétion acide utilisés essetiellement dans le traitement des ulcères gastroduodénaux : atropine (anticholinergique), anti-histaminiques H2, inhibiteurs de la pompe H+-K+-ATPase, prostaglandines E2 et F2 - En pathologie, l'hypersécrétion d'acide gastrique est responsable d'un ulcère gastroduodénal. 49 BIOLOGIE Q13. Absorption intestinale : des glucides, des lipides, des protides, hydro électrolytique I. L'intestin grêle est le site d'absorption de tous les nutriments. Cette absorption se produit majoritairement dans le duodénum est le jéjunum, mais la vitamine B12 et les sels biliaires sont absorbés au niveau de l'iléon terminal. L’absorption est le passage des nutriments de l'intestin grêle vers le sang et la lymphe, elle se fait par 3 mécanismes différents : - Diffusion passive : passage des nutriments du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré, il se fait sans dépense d'énergie. - Diffusion facilitée : passage dans le sens du gradient qui se fait plus rapidement à l'aide d'un transporteur. - Transport actif : passage des nutriments contre un gradient de concentration, il consomme l'énergie. Intérêt : l'intestin grêle est impliqué dans divers processus pathologiques notamment : - Le syndrome de malabsorption (maladie cœliaque cause la plus fréquente) - L'insuffisance intestinale est une complication fréquente des résections de l'intestin grêle et de la maladie de Crohn. L’absorption des glucides : Les glucides sont représentés par : - Amidon et glycogène : 60% - Saccharose (glucose+fructose) : 30% - Lactose (glucose+galactose) : 10% Sous l'action de l'amylase pancréatique sont formées des molécules de maltose, maltotriose et dextrines. Une digestion supplémentaire de ces oligosaccharides est réalisée par des enzymes dans la bordure en brosse des entérocytes, les dissacharidases (maltase, saccharase, lactase), qui les transforment en monosaccharides (glucose, galactose, fructose). Glucose et galactose entrent ensuite au pôle apical des entérocytes, par un mécanisme actif grâce à un cotransport Na+ - glucose dont l'activité dépend du gradient de Na+: l'absorption de l'un freine celle de l'autre Le fructose entre au pôle apical des entérocytes grâce à un transport facilité. L'absorption se fait au niveau du duodénum et du jéjunum, ensuite tous les sucres doivent rejoindre le foie par la veine porte. II. L’absorption des lipides : 98% des lipides sont représentés par les triglycérides TG. Leur digestion est exclusivement intraluminale et leur absorption dans l'intestin proximal se fait par un mécanisme passif. Phase intraluminale : - Emulsification par les sels biliaires - Hydrolyse à l'aide de la lipase pancréatique : TG → DG → MG → glycérol + AG ↓ ↓ AG AG - Solubilisation à l'aide de micelles de sels biliaires. Phase membranaire : il se produit un éclatement des micelles et ainsi libèrent leur contenu qui sera absorbé par diffusion passive au niveau de l'intestin proximal. Phase cellulaire : les AG à longue chaîne et une partie du glycérol vont servir à resynthétiser des TG qui vont s'incorporer dans les chylomicrons (avec du cholestérol et PHlip) et vont être drainés vers la lymphe. Pour les AG à courte chaîne et le glycérol ils sont drainés vers le sg de la veine porte et pénètrent ds le foie. 50 BIOLOGIE III. L’absorption des protides : 2 types de protides : - Exogènes : viennent des aliments - Endogènes : résultat de la sécrétion digestive, la desquamation cellulaires et de la fuite plasmatique Après la digestion intraluminale (pepsine, gastrine et surtout enzymes pancréatique), membranaire et cytoplasmique (peptidases) : - Les acides aminés : sont transportés activement à l'aide d'un transporteur Na+ dépendant spécifique pour chaque acide aminé. - Les dipeptides : sont transportés à l'aide de transporteurs spécifiques différents. L'absorption se fait à l'intestin proximal, puis les protides sont drainés vers la veine porte puis vers le foie. IV. L’absorption hydro électrolytique : A. L’eau : Origine : - Exogène : c'est l'eau d'ingestion ou celle qui est liée aux aliments (2 l/jour) - Endogène : elle provient des sécrétions gastriques, pancréatiques et biliaires (7 l/jour) L’absorption au niveau du côlon et de l’iléon est moins importante qu’au niveau du jéjunum. Le mouvement d'eau est passif et secondaire au gradient osmotique. Il est bidirectionnel : - De la lumière intestinale vers l'intestin : c'est le flux entrant. - De l'intestin vers la lumière intestinale: c'est le flux sortant. → la différence entre les deux flux est le flux net, est toujours supérieur à 0 chez le sujet normal, il peut s'inverser en cas de diarrhée. B. Les électrolytes: Na+ Absorbé activement tout au long de l'intestin grêle et du côlon. Son absorption est augmentée par le glucose. K+ et ClHCO3 Ca2+ Suivent passivement les mouvements de Na+. Absorbés activement dans le jéjunum, et légèrement sécrétés au niveau du duodénum. Fer Absorbé activement surtout dans le jéjunum et le duodénum, Cette absorption nécessite la vitamine D, stimulée par la PTH. 2+ *** Le pH alcalin et les corticoïdes diminuent l’absorption du Ca . Absorbé activement sous forme ferreux (Fe2+) au niveau de l'intestin proximal. Son absorption est augmentée par L’HCl et l'acide ascorbique. C. Les agents modifiants les mouvements d'eau et des électrolytes : Ce sont les hormones gastro-intestinales : - VIP : entraîne une sécrétion d’eau et d’électrolytes, elle inverse le flux net. (diarrhées aqueuses lors de tumeurs pancréatiques = vipomes) - ADH : diminue le flux entrant. - Aldostérone : ↑ l’absorption de Na+ et ↓ celle de K+ par stimulation de la pompe Na+/ K+ ATP ase - Sels biliaires : diminuent le flux entrant. NB : les agents laxatifs augmentent l'excrétion intestinale d'eau (flux sortant). Conclusion : L’absorption intestinale nécessite au préalable une digestion normale. Elle a lieu essentiellement dans le duodénum et le jéjunum, l’iléon étant le siège de l’absorption de la vitB12 et des sels biliaires. Son importance explique la gravité des résections du grêle. 51 BIOLOGIE Q14. Motricité digestive : œsophage, estomac, intestin et anorectale MOTRICITE DE L'ŒSOPHAGE I. L'œsophage est un conduit musculo-membraneux fait de muscle strié au niveau de son tiers supérieur et de muscle lisse (longitudinale externe et circulaire interne) dans ses deux tiers inférieurs. Il joue un rôle mécanique dans la digestion et il est fermé à ces 2 extrémités par 2 sphincters : - Le sphincter supérieur (muscle strié), fermé avec une pression permanente de 60 cmH2O. - Le sphincter inférieur (muscle lisse), fermé par une pression moyenne de 20 cmH2O qui est supérieure à la pression gastrique afin d'éviter le reflux gastro-œsophagien. La motricité de l'œsophage permet : - faire parvenir rapidement (qq. secondes) dans l’estomac, les aliments liquides et solides - éviter le reflux d’acide et d’aliments de l’estomac vers l’œsophage et en cas de reflux, vite nettoyer Intérêt : compréhension de la physiopathologie du RGO et de certains troubles de motricité (mégaoesophage) PHYSIOLOGIE : 1. La déglutition : Ensemble des mouvements coordonnés qui assurent le passage des aliments de la bouche vers l'estomac Elle comporte 3 temps : temps buccal, temps pharyngien et temps œsophagien Lors de la déglutition : - la pression ↑ brusquement dans le pharynx et peut atteindre 120 cmH2O : onde de déglutition. - en même temps, le SSO se relâche : onde de dépression qui sera en miroir avec l'onde de déglutition. 2. Le péristaltisme : La déglutition déclenche une onde péristaltique qui va se propager du muscle strié vers le muscle lisse. Il y a 2 types de péristaltismes : - Primaire : l'onde de contact suit l'ouverture du SSO, donc survient après une déglutition. - Secondaire : survient en absence de déglutition (bol alimentaire volumineux, RGO). Il a pour rôle de vider l'œsophage. Le SIO se relâche précocement, cela dure 8 à 10s. Ensuite la pression remonte au dessus du niveau basal (> 20cmH2O) : c'est la pression de verrouillage, elle permet d'éviter le RGO. II. REGULATION : commande de la motricité 1. Commande des mouvements péristaltiques : nerveuse Le péristaltisme et l'activité myogène spontanée du muscle lisse sont contrôlés par l'innervation : - Extrinsèque : assurée par le nerf pneumogastrique - Intrinsèque : assurée par 2 plexus : plexus de MEISSNER et plexus d'AUERBACH Dans l'œsophage supérieur l'innervation vagale déclenche la contraction et assure sa propagation. L'innervation intrinsèque module l'activité. Au niveau du corps de l'œsophage, l'innervation vagale déclenche la contraction mais la propagation est assurée par l'innervation intrinsèque. 2. Commande du SIO : neurohormonale Nerveuse (nerf pneumogastrique) : lorsque la pression abdominale ↑ la pression du SIO ↑ aussi : c'est le phénomène du réflexe vago-vagal. Hormonale : - La gastrine et l'histamine ↑ la pression du SIO. - La sécrétine, le glucagon, le VIP et les progestérones ↓ la pression du SIO. Autres : la théophylline, la caféine, le chocolat et l'alcool ↓ la pression du SIO. L'exploration fonctionnelle de l'œsophage se fait par la radiologie (TOGD), l'endoscopie, pH métrie et la manométrie. 52 BIOLOGIE MOTRICITE DE L'ESTOMAC I. L'estomac comprend deux parties : - le fundus : c'est un réservoir qui a comme rôle le stockage des aliments. - l'antre : son rôle est le brassage des aliments avant leur vidange. La paroi de l'estomac est faite de 3 couches musculaires lisses : circulaire, longitudinale et oblique. Son innervation est double : - Intrinsèque : par le biais des plexus d'AUERBACH et de MEISSNER. - Extrinsèque : par le biais du nerf X et du nerf splanchnique. PHENOMENES MOTEURS : 1. Fundus : rôle de réservoir À jeun, l'estomac est une cavité virtuelle. Lors du repas, le fundus se distend au fur et à mesure de son remplissage sans augmenter de pression : c'est la compliance = relaxation adaptatrice au contenu. Le remplissage est donc passif. 2. Région antro-pylorique : rôle de brassage et vidange grâce au péristaltisme : Au niveau gastrique, il existe un rythme électrique de base (REB) : ondes lentes ayant une fréquence constante et une vitesse qui augmente vers le pylore, ils prennent naissance au niveau de la grosse tubérosité, au voisinage de la grande courbure gastrique, à partir d'une zone de commande: Pacemaker. Ce REB s'accompagne de potentiel de pointe dans certains cas bien définis qui sont le repas et le jeun prolongé. La vidange commence dès le début du remplissage. Sa durée et son débit varient en fonction de la nature, du volume et de la consistance du repas : - rapide pour les repas abondants, liquides et froids, - ralentie pour les lipides, les acides et les solutions hypertoniques. Les aliments solides se transforment en bouillie = chyme avant de traverser le pylore qui constitue un sphincter à double rôle : - freiner la vidange gastrique en empêchant le passage des gros fragments vers le duodénum. - empêcher le reflux du contenu duodénal vers l'estomac. Le contrôle de la vidange est à la fois myogénique (ondes lentes), nerveux (vague qui déclenche le potentiel de pointe, et splanchnique qui diminue la motricité), et hormonal (gastrine, histamine) Des facteurs physico-chimiques tels que volume du repas, l'acidité, les lipides, la douleur et l'émotion ralentissent la vidange gastrique. L'étude de la motricité gastrique permet la compréhension de la physiopathologie de nombreuses manifestations d'expression digestive, en particulier des vomissements qui se rencontrent au cours d'un grand nombre de pathologies aiguës, subaiguës ou chroniques. 53 BIOLOGIE MOTRICITE DE L'INTESTIN GRELE I. L'intestin grêle mesure 5 à 6 m de long sa paroi possède 2 couches musculaire lisses : longitudinale externe et circulaire interne. Son innervation est : Intrinsèque (plexus de MEISSNER et d'AUERBACH) et Extrinsèque (X et splanchnique) La motricité de l'intestin grêle lui permet d'assurer 3 fonctions : - Mélanger les aliments avec les différents sucs digestifs. - Assurer un meilleur contact entre la muqueuse et le contenu intestinal, en vue de l'absorption. - Propulser le contenu intestinal dans le sens aboral. Les mouvements intestinaux : 2 types : Les mouvements de type I : - Courte durée, amplitude variable, et fréquence constante à un niveau donné de l’intestin. - Décroissance par paliers successifs vers l'iléon. - Mouvements de segmentation et assurent le brassage, ils ne sont pas propulsionnels. Les mouvements de type II : mouvements péristaltiques qui assurent la propulsion. II. Organisation spatio-temporelle : 1. A jeun : L’intestin grêle est le siège d'un complexe moteur migrant CMM. Il prend naissance au niveau du Pacemaker gastrique qui franchit le pylore et se propage jusqu'à l'iléon, il ne franchit pas la valvule iléo-cæcale. Cette activité mécanique est bien organisée, propagée et cyclique avec 3 phases différentes : - Phase 1 (30 à 60 min) : phase de quiescence ou de relaxation. - Phase 2 (25 à 60 min) : faite d'une activité irrégulière où les contractions sont d'abord faibles et localisées et deviennent progressivement plus puissantes et propagées. - Phase 3 (5 à 10 min) : activité régulière faite de contractions qui sont propagées avec une vitesse plus grande au niveau du duodénum qu'au niveau de l'iléon. Rôle fonctionnel du CMM : contribue à débrasser l'intestin : - Des particules alimentaires non digérées - Des sécrétions digestives non réabsorbées - Des bactéries ayant résisté à l'action de l'acide gastrique et des sels biliaires. *** Des d'anomalies du CMM, peuvent être observés dans de nombreuses pathologies (diabète, sclérodermie), favorisent la pullulation microbienne de l'intestin grêle. 2. Au cours du repas : III. Arrêt de CMM et apparition d'une activité motrice irrégulière (phase 2 like), à la fois segmentaire et propulsive. Contrôle de la motricité intestinale : 1. Contrôle myogène : ondes lentes ou REB sur lesquelles se greffent les potentiels de pointe 2. Contrôle nerveux : Intrinsèque : n'est pas nécessaire pour la segmentation, mais indispensable pour le péristaltisme. Extrinsèque : - Système parasympathique ↑ la motricité - Système sympathique ↓ la motricité en diminuant le rythme de base. 3. Contrôle hormonal : Gastrine et thyroxine ↑ la motricité. Sécrétine et glucagon ↓ la motricité. L'étude de la motricité intestinale permet la compréhension de la physiopathologie de nombreuses manifestations d'expression digestive, en particulier des diarrhées et syndromes occlusifs qui se rencontrent au cours d'un grand nombre de pathologies aiguës, subaiguës ou chroniques. 54 BIOLOGIE MOTRICITE COLIQUE Le côlon est un tube de 1,5 m, fermé à ses 2 extrémités par 2 sphincters : - Valvule iléo-cæcale à son extrémité supérieure. - Sphincter anal dans à son extrémité inférieure. Composé par 2 couches musculaires lisses : longitudinale externe et circulaire interne. Son innervation est double : Intrinsèque par le plexus de MEISSENER et AUERBACH et Extrinsèque par le système parasympathique et sympathique. La motricité colique va assurer : - les dernières transformations du chyme alimentaire en matière fécale, - l'échange d'eau et d'électrolytes ainsi que la digestion bactérienne. 1. Les mouvements segmentaires : Stationnaires, non propulsifs. Ce sont les contractions annulaires rythmiques qui provoquent la segmentation du contenu intestinal et favorisent les mouvements hydro-électrolytiques à ce niveau. 2. Les mouvements propulsifs : ils sont de 2 types en fonction de leur siège anatomique : Au niveau du côlon droit et transverse : les mouvements s'effectuent sur des petits segments de 3 à 4 cm. Au niveau du côlon gauche et sigmoïde : le mouvement est plus étendu et plus puissant assurant le remplissage du rectum une à deux fois par jour. 3. Contrôle de la motricité : Contrôle myogène, nerveux et hormonal. Autres: le sommeil inhibe la motricité alors que le repas stimule la motricité par le réflexe gastro-colique. L'étude de la motricité colique permet la compréhension de la physiopathologie de nombreuses manifestations d'expression digestive, en particulier des constipations qui se rencontrent au cours d'un grand nombre de pathologies aiguës, subaiguës ou chroniques. MOTRICITE ANORECTALE La motricité anorectale assure 2 fonctions physiologiques : la défécation et la continence. C'est une activité cyclique dans laquelle la phase de continence est la plus longue. L'arrivée des matières fécales dans le rectum entraîne une distension des parois rectales ce qui entraîne une perception consciente du besoin d'aller à la selle. Intérêt : incontinence anale par défaillance du contrôle sphinctérien. 1. Continence anale - Acteurs : - Cap anal - fronde du puborectal - Sphincters interne lisse (++) et strié - Sphincter interne - Contraction tonique permanente - Sauf RRAI (réflexe recto-anal inhibiteur) Sphincter externe - Renforce le sphincter interne - Contraction lors des augmentations brusques de pression intra abdominale (toux ...). - Renforcé par le muscle puborectal - Sous contrôle de la volonté 2. Défécation : C'est un réflexe médullaire sous contrôle cérébral. Elle se passe en deux étapes : Distension rectale (matières, gaz) déclenche le RRAI (réflexe recto anal inhibiteur) Le contenu rectal s’engage dans le canal : o Discrimination selles - liquides - gaz (consciente) o .... Alors : 2 solutions : a. Continence : Contraction sphincter externe et puborectal, Retour case départ, Augmentation de la compliance rectale, Diminution du besoin b. Défécation volontaire (si souhaitée) : Contraction muscles abdominaux Expiration forcée bloquée Relâchement du puborectal > ouverture de l’angle du cap anal Relâchement du sphincter externe 55 BIOLOGIE Q15. Equilibre acido-basique : régulation du pH et de l’équilibre acido-basique I. L'organisme humain est confronté régulièrement à un afflux d'acides provenant de l'alimentation, surtout si celle-ci est carnée, et de la respiration cellulaire. La régulation peut être prise en défaut si l'organisme est inondé de résidus acides comme cela peut se voir par exemple dans un diabète ou un traumatisme grave. La tendance permanente à l'acidose explique que l'organisme lutte plus efficacement contre les baisses de pH que contre l'alcalose. Les moyens de lutte comprennent : - Un moyen quasi instantané, automatique, mais assez vite débordé : les systèmes tampons, - La mise en jeu d'un couple d'organes plus lents à réagir mais particulièrement puissants : les poumons et les reins. Intérêt : fréquence des déséquilibres acido-basiques. NOTION DE PH ET EQUATION D'HENDERSON HASSELBACH A. Notion de pH : L'équilibre acido-basique d'une solution dépend de la concentration en ions H+ et en ions OH-. Un acide est un donneur d'H+, une base est un accepteur d'H+. Un acide fort est complètement dissocié en ions H+, un acide faible est peu dissocié. La concentration en ions H+ dans le sang étant très faible, il est d'usage, d'utiliser la notion de pH pour exprimer l'acidité d'un milieu. Le pH mesure la concentration en ions H+ d'une solution pH = - log [H+]. Le pH du sang est en moyenne de 7.4, soit une [H+] de 40 nmol/l. Le pH doit être maintenu assez constant 7.1 < pH < 7.7 pour éviter de graves troubles métaboliques tels que des troubles de perméabilité membranaire, de l'activité enzymatique… B. Systèmes tampons et équation d'Henderson Hasselbach : Ce sont des mélanges de substances en équilibre chimique s'opposant aux variations de pH avec une efficacité d'autant plus grande que leurs concentrations sont plus élevées. Ces systèmes assurent dans l'organisme une régulation rapide et automatique. Un système tampon comprend généralement : - Un acide faible et son sel de base forte - Une base faible et son sel d'acide fort. Le tampon quantitativement le plus important de l'organisme est le système bicarbonate de sodium (NaHCO3) / acide carbonique (H2CO3). Ce dernier est formé par CO2 et H2O sous l'influence d'une enzyme, l'anhydrase carbonique, et lors de sa dissociation, conduit à l'équilibre : AC H2O + CO2 <———> H2C03 <———> H+ + HCO3- (1) ème La 2 réaction (celle qui détermine le pH du tampon) est non enzymatique. → Si l'organisme est soumis à un acide fort, RH (R-H+) la partie alcaline du tampon va intervenir : HCO3- Na+ + H+ R- ——> H2CO3- + RNa ——> H2O + CO2 Un acide fort a été transformé en un acide faible (CO^) qui sera éliminé par les poumons. → Si l'organisme est soumis à une base forte, ROH (R+OH-) la partie acide du tampon va réagir : H2CO3 + R+ OH- ——> R+HC03- + H2O Une base forte a été transformée en une base faible (R+HCO3-) qui sera éliminée par les reins. Si nous appliquons la loi d'action de masse à la réaction (1) selon Henderson Hasselback : pH = pK + log (HCO3-) / (H2CO3) (pK = 6.1) Or la concentration d'acide carbonique est proportionnelle à la concentration du CO2 dissous avec un facteur de proportionnalité très faible que l'on peut intégrer dans la constante pK et qui ne change pratiquement pas celle-ci. 56 II. BIOLOGIE La loi de Henry (la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz à température constante) nous permet d'écrire que : (H2CO3) = a pCO2 où a est la constante de solubilité Ceci nous conduit à l'équation d'Henderson Hasselbach, fondamentale pour l'étude de l'équilibre acidobasique, dans laquelle on remarque que la partie acide est représentée par le CO2 et la partie alcaline par les bicarbonates. pH = pK + log (HCO3-) / a.pCO2 Régulation du pH et de l'équilibre acido-basique Elle fait intervenir successivement deux mécanismes : - le premier correspond à la mise en jeu des systèmes tampons. Ces équilibres chimiques sont d'action quasi instantanée mais sont limités par les concentrations de leurs divers composants. - Le relai est pris par l'intervention des moyens physiologiques que sont les poumons d'abord et les reins ensuite. Cette régulation est plus longue à se mettre en œuvre mais est d'une plus grande efficacité et pourra permettre la restauration complète du pH. Cependant dans un certain nombre de cas, ces systèmes seront débordés et le pH pourra sortir des valeurs de référence. A. Régulation par les systèmes tampons : 1. Systèmes tampons extracellulaires : a. Système acide carbonique-bicarbonates : C'est quantitativement le plus important des systèmes tampons plasmatiques. Il représente 25 à 30 mmol/l. Ce système est surtout puissant pour lutter contre l'acidose puisque le rapport bicarbonates/acide carbonique est de l'ordre de 20. En présence d'un acide RH nous aurons la réaction : R-H+ + Na+HCO3 - ——> H2CO3+ RNa ——> CO2 + H2O + RNa b. Système protéines-protéinates Il a une action surtout comme moyen de lutte contre l'acidose. Le pouvoir tampon des protéines est du à leurs différents groupements constitutifs. Les résidus d'acides aminés basiques comme l'arginine, l'ornithine, la citrulline, la lysine, l'histidine permettent de lutter contre l'acidose en fixant un proton. Les protéines plasmatiques représentant environ 70 g/l, leur rôle dans cet équilibre acidobasique n'est pas négligeable. c. Système tampon phosphate NaH2PO4 / Na2HPO4 La concentration plasmatique des phosphates inorganiques (Pi) est de l'ordre de 1 mmol/l. C'est dire que ces molécules jouent un rôle plasmatique mineur parmi les systèmes tampons. 85 % des Pi sont, au pH du sang, sous forme de phosphates mono acides disodiques (Na2HPO4) ce qui leur permet de fixer un proton pour donner des phosphates diacides monosodiques (NaH2PO4). Les 15 % de phosphates diacides peuvent au contraire céder un proton pour lutter contre une alcalose. La réaction globale s'écrit : Na2HPO4 + H+ <———> NaH2PO4 + Na+ 2. Systèmes tampons intracellulaires : Une deuxième barrière de défense contre les variations de pH est représentée par les tampons cellulaires. Sa mise en œuvre est un peu plus lente que celle des systèmes tampons précédents. Lorsque les ions H+ sont ajoutés dans le milieu extracellulaire, la moitié de la charge acide va diffuser dans les cellules en environ 3 à 4 heures et être tamponnée par les tampons intracellulaires représentés par l'hémoglobine, les protéines, les phosphates cellulaires, les cristaux d'apatite de l'os. Cette pénétration d'ions hydrogènes dans les cellules, pour des raisons de neutralité membranaire s'accompagne d'une sortie de potassium des cellules, responsables des hyperkaliémies parfois dramatiques que l'on rencontre au cours des états d'acidose. 57 BIOLOGIE B. Régulation physiologique du pH : ère ème Lors d'un déséquilibre acidobasique, la 1 ligne de défense est formée par les systèmes tampons, la 2 ème régulation pulmonaire et la 3 est la restauration à long terme par les mécanismes rénaux. est la 1. Régulation pulmonaire : Agit par l’intermédiaire de la ventilation alvéolaire selon 2 mécanismes : L'élimination d'une grande quantité de CO2 afin d’éviter la formation de H+. L'adaptation de la PaCO2 en fonction des variations de HCO3- afin de maintenir constant le rapport [HCO3-] / a.PaCO2 - En cas d’acidose métabolique : la ↓ [HCO3-] et ↑ H+ stimule le centre respiratoire bulbaire → hyperventilation alvéolaire qui va diminuer la PaCO2 pour normaliser le pH (acidose métabolique compensée). - En cas d’alcalose métabolique : l’↑ [HCO3-] et ↑ pH déprime les centres respiratoires → hypoventilation alvéolaire avec hypercapnie (l’hypoxie limite cette hypoventilation donc l’alcalose métabolique n’est pas entièrement compensée) 2. Régulation rénale : Le rôle du rein sur l'équilibre acido-basique est double : - Il peut réabsorber la quasi totalité des bicarbonates filtrés, ou bien excréter ceux ci en cas de surcharge alcaline, - Il peut éliminer des ions H+ en générant des bicarbonates qui seront absorbés. a. Réabsorption ou excrétion des bicarbonates La cellule tubulaire proximale, riche en anhydrase carbonique, peut synthétiser de l'acide carbonique à partir de CO2 et d'H2O. Celui-ci se dissocie immédiatement en protons et en bicarbonates. L'ion H+ est échangé contre un ion Na'+ de l'urine primitive laissant le bicarbonate qui sera réabsorbé. Dans l'urine l'ion H+ se combinera avec un bicarbonate pour former un acide carbonique qui se dissocie immédiatement en CO2 et eau. Ce CO2 sera réabsorbé et participera à la réaction catalysée par l'anhydrase carbonique. On peut donc dire qu'à un bicarbonate filtré correspond un bicarbonate réabsorbé. Normalement plus de 90 % des bicarbonates filtrés sont ainsi réabsorbés. Facteurs influençant la réabsorption des bicarbonates : - La pCO2 artérielle : dont une élévation entraine une réabsorption accrue et réciproquement. - Le potassium : la sortie de Na de la cellule est couplée à l'entrée dans la cellule de K et à la concentration en H+ intracellulaire. Une augmentation de K+ plasmatique entraine une élévation de K+ intracellulaire d'où baisse proportionnelle de H+ intracellulaire et une baisse de la réabsorption de HCO3 : acidose hyperkaliémique. A l'inverse, une hypokaliémie entraine une augmentation de la réabsorption de HCO3 : alcalose hypokaliémique. - Le chlore : la somme [HCO3] + [Cl] est constante. Si Cl augmente, la réabsorption de HCO3 baisse : acidose hyperchlorémique. - Aldostérone : une élévation des taux plasmatiques de l'aldostérone entraine une augmentation de la réabsorption de Na et HCO3 : alcalose hypokaliémique. *** Acétazolamide entrave la réabsorption d'HCO3 par inhibition de l’anhydrase carbonique. b. Élimination d'ions H+ Elle se déroule au niveau du tube contourné distal où la cellule rénale, riche ici aussi en anhydrase carbonique, élimine un proton en l'échangeant contre un ion sodium. Le bicarbonate généré est ensuite réabsorbé dans le sang. La réabsorption du sodium est sous le contrôle de l'aldostérone. A ce niveau existe une compétition entre un ion H+et un ion K+ dans l'échange avec l'ion sodium réabsorbé : si un H+ est éliminé un ion K+ est retenu et réciproquement. Ces ions H+ peuvent se fixer sur des phosphates monoacides pour donner des phosphates diacides. Il s'agit de ce que l'on appelle l'acidité titrable qui est définie comme la quantité de soude nécessaire pour ramener le pH urinaire au pH plasmatique. Les ions H+ peuvent se fixer aussi sur une molécule d'ammoniac (NH3), issue de la glutamine ou de certains autres acides aminés, pour former un ion ammonium NH4+ qui, très peu diffusible, ne sera pas réabsorbé. 58 BIOLOGIE III. MISE EN JEU DE LA REGULATION : DESEQUILIBRES ACIDOBASIQUES Les variations du pH peuvent être la conséquence : - d'une diminution des bicarbonates responsable d'une acidose métabolique - d'une augmentation des bicarbonates responsable d'une alcalose métabolique - d'une diminution de la pCO2 responsable d'une alcalose respiratoire ; - d'une augmentation de la pCO2 responsable d'une acidose respiratoire. En cas de perturbation de la valeur du pH, l'organisme met en jeu un système de compensation qui a pour but de ramener le rapport HCO3/a x pCO2, à une valeur normale. A. Chronologie : Systèmes tampons : action immédiate. Ventilation : action rapide La régulation rénale intervient ensuite : la plus importante car c’est elle seule qui corrige les désordres respiratoires et qui permet de restaurer le taux des bicarbonates. B. Perturbations métaboliques : 1. Acidose métabolique : ↓ [HCO3-] et du pH → hyperventilation → ↓ PaCO2 qui tend à normaliser le rapport [HCO3-] / 0,003.PaCO2 La compensation est ensuite rénale par : - ↑ de la réabsorption et de la régénération des bicarbonates - ↑ de l’élimination des H+ sous forme d’acidité titrable et NH4+ 2. Alcalose métabolique : ↑ [HCO3-] et du pH → hypoventilation mais limitée par l’hypoxie C’est le rein qui permet de compenser C. Perturbations respiratoires : 1. Acidose respiratoire : ↑ PaCO2 et ↓ du pH Compensation rénale avec ↑ de la réabsorption des HCO3- et élimination de H+ 2. Alcalose respiratoire : ↓ PaCO2 et ↑ du pH Le rein permet l’élimination d’urine riche en HCO3- Conclusion : Le bilan acidobasique complet implique aujourd'hui l'association des mesures de la pCO2 de la pO2 et du pH, avec appréciation de la saturation en oxygène. L'ensemble forme la « gazométrie ». En raison de la fréquence des perturbations de l'équilibre acido-basique en pathologie, le suivi biologique des malades est indispensable afin d'assurer rapidement une correction thérapeutique. 59 BIOLOGIE 16. Neurotransmission et neuromodulation : Neuromédiateurs, récepteurs à action directe et récepteurs à protéines G Les cellules neuronales qu'elles soient sensitives ou motrices sont reliées les unes aux autres par l'intermédiaire de synapses qui peuvent être soit électriques, soit chimiques. La neurotransmission comprend plusieurs aspects : o émissions puis propagation des potentiels d'action (PA) vers les terminaisons nerveuses o libération du NT dans la fente synaptique par exocytose. o activation des récepteurs post synaptiques qui génèrent soit : - un potentiel post synaptique excitateur (PPSE) : potentiel dépolarisant dû à l’entrée d’ions Na+ - un potentiel post synaptique inhibiteur (PPSI) : potentiel hyperpolarisant dû à l’entrée des ions Cl- et la sortie des ions K+ La neuromodulation s’oppose à la neurotransmission qui est ponctuelle et rapide La neuromodulation a des actions plus diffuses à plus grande distance et sur une durée plus longue. I- Les neuromédiateurs : un neuromédiateur est une substance chimique qui obéit aux critères suivants : o critère anatomique : être contenue dans les terminaisons pré synaptique o critère biochimique : disponibilité d'enzymes de synthèse et de mécanismes d'inactivation o critère physiologique : être libérée dans l’espace synaptique par l’arrivée d’un PA o critère pharmacologique : son application reproduit l'effet de la stimulation nerveuse, avec possibilité de développer des agonistes et des antagonistes pour ses récepteurs. les neuromédiateurs classiques sont de petites molécules qui sont principalement synthétisées dans les terminaisons nerveuses par des enzymes, elles-mêmes produites dans le corps neuronal.Les principaux sont: o l'acétylcholine (ACh) o les catécholamines : dopamine (DA), noradrénaline (NA) et adrénaline (A) o la sérotonine (5-hydroxy-tryptamine, 5-HT) o l'histamine o les acides aminés excitateurs : glutamate (Glu), aspartate (Asp) o les acides aminés inhibiteurs : γ-amino-butyrique acide (GABA), glycine (Gly) En plus des neuromédiateurs "classiques", il y a les peptides (chaînes d'acides aminés de longueur variable), parmi lesquels : les opioïdes : enképhalines (5aa), β-endorphine (31aa) On distingue plusieurs étapes dans la neurotransmission : 1- Biosynthèse : l'acétylcholine : synthétisée par la choline acétyltransférase à partir de la choline et l'acétyl-CoA les catécholamines : synthétisées à partir d'un précurseur commun : la L-tyrosine la sérotonine (5-HT) : synthétisée à partir du tryptophane histamine : synthétisée à partir de l'histidine. 2- Stockage : Les neuromédiateurs sont concentrés dans les vésicules synaptiques par un mécanisme de transport actif. 3- Libération : lorsque la membrane pré synaptique est dépolarisée par l'arrivée d'un potentiel d'action (PA) qui induit l’entrée du Ca2+ en intracellulaire il y a exocytose des vésicules synaptiques qui déversent leur contenu dans la fente synaptique. 4- Interaction du NT avec le récepteur : Une fois dans la fente synaptique, le NT interagir avec les récepteurs de la membrane post-synaptique de façon réversible. 60 BIOLOGIE 5- Inactivation : l'acétylcholine présente dans la fente synaptique est dégradée par l'acétylcholinestérase les catécholamines présentes dans la fente synaptique sont en grande partie recaptées puis dégradées par des enzymes spécifiques : o les monoamines oxydases (MAO) o et la catéchol-Oxy-méthyl-transférase (COMT). la 5-HT présente dans la fente synaptique est recaptée puis dégradée par les MAO l’histamine est méthylée par une histamine-N-méthyltransférase puis oxydée par une MAO. 6- Autorécepteurs : Il peut y avoir, sur la membrane pré synaptique, des autorécepteurs dont la stimulation produit un feedback négatif ou positif sur la libération du NT. II- Les récepteurs à action directe et rapide = récepteurs ionotropiques Grosses molécules protéiques présentant 2 sous unités : o une externe portant une site de liaison spécifique pour le médiateur o et une transmembranaire canalaire sélectivement perméable à certains ions. La liaison du neurotransmetteur sur le site récepteur modifie la perméabilité aux ions. Selon la nature et la direction du transfert ionique, la variation de potentiel créé sera excitateur ou inhibiteur : o Récepteur nicotinique de l’acétylcholine : le canal ionique associé est perméable aux ions Na+ et K+ : excitateur au niveau du plaque motrice car il provoque l’entré d’ions Na+ (dépolarisation) inhibiteur dans le muscle cardiaque car fait sortir K+ (hyperpolarisation) agoniste : la nicotine – antagoniste : le curare o Récepteur glutamatergique : les principaux sont : AMPA : perméable au Na+ et responsable de l'excitation rapide NMDA : perméable au Na+ et au Ca2+ et déclenche une excitation plus lente o Récepteur GABA : associé à un canal Clinhibiteur car ouvre les canaux Cl- qui pénètre dans le neurone (hyperpolarisation) son activité est fortement augmentée par les benzodiazépines ou les barbituriques. o Récepteur Gly : il est aussi associé à un canal Cl-. Le délai synaptique est bref de 0,5 à 1 ms Cette transmission cesse rapidement par destruction enzymatique. III- Les récepteurs à protéines G = récepteurs à action indirecte et lente = récepteurs métabotropiques. Ces récepteurs sont couplés, par l'intermédiaire d'une protéine G (stimulatrice ou inhibitrice) avec une enzyme intra membranaire (soit l’adénylate-cyclase soit la phosphoinositidase) o l’adénylate-cyclase (AC) : catalyse la conversion de l’ATP en AMPc (qui est un second messager) qui provoque l’effet physiologique par l'activation de la protéine kinase A (PKA) la phosphorylation des protéines canalaires, modifie l'activité cellulaire et change la perméabilité des canaux ioniques. o la phosphoinositidase : produit d’autres « seconds messagers » : la stimulation de la phospholipase C (PLC) entraîne l'hydrolyse de phosphatidylinositol biphosphate (PIP2) en inositol triphosphate (IP3) et en diacylglycérol (DAG). L'IP3 cause le relargage de Ca2+ à partir du réticulum endoplasmique et le DAG produit l'activation de la protéine kinase C (PKC). Ce système de « second messager » amplifie et prolonge le message initial porté par le NT. 61 BIOLOGIE L’effet physiologique des récepteurs à action indirecte et lente est aussi intracellulaire (intranucléaire) et intervient dans les synthèses protéiques et les processus de mémorisation à long terme. Exemples : Récepteurs muscariniques de l’acétylcholine o M1 (SNC) et M3 (contraction des muscles lisses) : agit par stimulation de la PLC o M2 (coeur) : agit par inhibition de AC o agoniste : muscarine – antagoniste : atropine. Récepteurs adrénergiques : o α1 (post synaptique) : agit par stimulation de la PLC vasoconstriction, mydriase, contraction sphinctérienne. o α2 (pré synaptique) : agit par inhibition de AC rétro contrôle négatif sur la libération des catécholamines. o β : agit par stimulation de AC β1 : ↑ fréquence cardiaque et lipolyse. β2 : vasodilatation, bronchodilatation, relaxation utérine, glycogénolyse musculaire. Récepteurs dopaminergiques : effet souvent inhibiteur o DA1 : agit par stimulation de AC o DA2 : agit par inhibition de AC Récepteurs sérotoninergiques : o les récepteurs de la 5-HT (de 1 à 4) sont liés aux protéines G sauf le récepteur 5-HT3. o 5-HT1A, 5-HT1B : agit par inhibition de AC o 5-HT2 : agit par stimulation PLC o intervient dans l’inhibition des voies nerveuse de la douleur et dans la modulation du cycle veille/sommeil. Récepteurs GABAB : module la libération de la dopamine IV- Conclusion : la neurotransmission est essentiellement médiée par l'intermédiaire de synapses. chacune des étapes de la neurotransmission peut constituer un site d'intervention pharmacologique visant à stimuler (agoniste) ou inhiber (antagoniste) la neurotransmission. un neurotransmetteur peut stimuler soit des récepteurs ionotropiques ou métabotropiques. 62 BIOLOGIE 17. Actions biologiques des radiations ionisantes et radioprotection : Actions physico-chimiques et cellulaires – Effets déterministes – Effets stochastiques – Notions de radioprotection dans le secteur médical. Les radiations ionisantes correspondent à des rayonnements électromagnétiques ou particulaires possédant une énergie associée supérieure à 10 électron-volt (EV). Elles comprennent les rayons X provenant de sources artificielles et les radiations alpha, bêta et gamma provenant de matériaux radioactifs. Les actions biologiques des radiations ionisantes dépendent de divers facteurs liés : o À la dose et au débit de dose o Aux caractéristiques du rayonnement (type, énergie) o Au type cellulaire, au tissu et au sujet (susceptibilité individuelle) qui sont irradiés 3 grandeurs sont utilisées pour quantifier les rayonnements ionisants afin de pouvoir contrôler l'importance de l'exposition et de mesurer leurs effets biologiques : o l'exposition : représente le pouvoir d’ionisation du rayonnement dans l’air l’unité SI est le Coulomb par kilogramme (C/kg). le röntgen (R) est l'ancienne unité : 1 R = 2,58 10 -4 C/kg. o la dose absorbée (Da) : 1Gy = 100rad (ancienne unité) o et l'équivalent de dose (H) : l’unité SI est le sievert (Sv) : 1Sv = 1Gy x Fq. l’ancienne unité était le rem: 1Sv = 100 rem. I- Actions physico-chimiques : Actions directes : o ionisation ou excitation des molécules d’intérêt biologique (protéines) o rupture des liaisons chimiques et destruction moléculaire. Actions indirectes : o résulte de l’action des radicaux libres (RL) formés par radiolyse de l’eau o les RL sont porteurs d’un électron "célibataire", possédant une haute réactivité chimique et qui peuvent attaquer les molécules organiques voisines. o l'ADN peut être lésé directement ou indirectement par les RL : les ruptures de chaînes sont les plus fréquentes : peuvent être simple souvent réparables ou doubles irréparable altération des bases (surtout la thymine) altération des sucres modification de la structure ADN : formation de liaisons chimiques anormales (pontage) intra chaînes ou inter chaînes (ADN ou ARN) ou avec une protéine. II- Actions cellulaires : A- La mort cellulaire : lésions irréparables touchant les structures cellulaires vitales (chromosomes) elle peut-être : o Immédiate : quelques heures après irradiation à doses élevées arrêt de toute fonction cellulaire et cytolyse. o Différée : quelques heures ou jours après une irradiation à doses moindres La cel garde des f° normales jusqu’à la mitose suivante ou une génération ultérieure, mais a donc perdu son pouvoir prolifératif, C le cas des cellules à fort pouvoir de prolifération (cellules souches MO, cryptes intestinales, couche basale de la peau) o Indirecte : 63 BIOLOGIE - plusieurs mois ou années après. les cellules différenciées (SN - Foie..) sont très radiorésistantes mais lésées indirectement par atteinte des cellules interstitielles. Applications de la notion de perte du pouvoir de prolifération o Radiothérapie : une tumeur est éradiquée si toutes ses cellules ont perdu leur pouvoir prolifératif o Radioprotection : la réparation du tissu sain est en fonction du taux de survie des cellules souches. B- Altération des fonctions cellulaires : pour doses plus faibles : troubles de la perméabilité cellulaire troubles de la mobilité cellulaire ↓ de la synthèse de l’ARN et des protéines. arrêt ou retard de mitose : o phase S (durée plus longue) o arrêt en G2 (± Long) retard de la croissance cellulaire C- Mutation : grave lorsqu’elle touche les cellules germinales aucune relation avec la dose → intérêt de la prévention III- Effets déterministes : obligatoires et précoces survenant dans les heures ou jours suivant l’irradiation. le plus souvent réversibles. déterminés par des évènements antérieurs à leur manifestation apparition au dessus d’une dose seuil (0,2 - 0,3 Gy) et gravité augmente avec la dose déclenchés par la mort d’un grand nombre de cellules lors d’une radioexposition : la perte cellulaire est soit : o provisoire si le déficit est compensé o permanente si le déficit non compensé o faible selon que la fonction du tissu ou organe soit ou non affectée o importante : si la prolifération des cellules restées viables est insuffisante différents selon que l'exposition est globale ou partielle : Les effets d'une exposition globale : o la radio exposition aiguë évolue selon 4 phases : phase prodromique : d’une durée de quelques heures phase de latence : toujours présente, silencieuse d’une durée de 5 à 14 jours ; période d’état : associant les signes généraux, hémorragiques et infectieux ; c’est la période critique mettant en jeu le pronostic vital. période de convalescence : à partir du 3èmemois. o les caractéristiques cliniques en fonction de la dose: Da : Gy < 0,3 0,3 - 1 Forme Infra clinique Infra clinique 1-2 Réaction générale légère Hématopoïétique modérée 2–4 4–6 Hématopoïétique Symptomatologie Rien Diminution temporaire spontanément réversible des lymphocytes. Aucun traitement n’est nécessaire. Malaise - asthénie – nausées vomissements en 3-6h Hospitalisation nécessaire, mais guérison spontanée. Diminution des : globules blancs, hématies et plaquettes en 3 semaines. Traitement dans un centre spécialisé. Retour à la normale en 4-6 mois. Hémorragie, aplasie médullaire. 64 BIOLOGIE 6–7 grave Gastro-intestinale 8 -10 Pulmonaire > 10 Cérébrale DL50 : 4 - 4,5 Gy Diarrhées - vomissements – hémorragiesMort certaine en dehors d’une greffe. Hémoptysie – insuffisance respiratoire aiguë combinée aux lésions gravissimes : intestinales et hématopoïétiques. Signes neurologiques avec coma. Aucun traitement n’est efficace, la mort survient en 14-36h. Les effets d'une exposition partielle : les manifestations sont variables selon la dose reçue et la région exposée ; leur gravité est directement liée à la dose,de nombreux effets sont notés au niveau de la peau, gonades, œil et en cas de grossesse. Organe Peau Testicules Ovaires Oeil cristallin Embryon Nature lésions Erythème épidermite Sèche épidermite exsudative Nécrose Diminution nombre spermatozoïdes Stérilité transitoire Stérilité définitive Troubles cycle et stérilité Cataracte : - Neutrons - RX Avant implantation Organogenèse : 9j- 60j Phase foetale : 60 –110j Dose (Gy) 3 5 15 25 0,3 2 7 7 (40ans) 12-15 (25 ans) 5-8 10 Tout ou rien > 0,1 < 0,5 : rien IV- Effets stochastiques : aléatoires et tardifs se manifestant plusieurs mois ou années après irradiation et seulement chez certains individus. non spécifiques : difficiles à distinguer de la même pathologie non radio induite ils n’impliquent pas obligatoirement des doses importantes quand la dose augmente, leur fréquence augmente, mais leur gravité reste la même. 2 types : o Effets Somatiques : Cancérigènes concernent l'individu exposé o Effets génétiques : lésions des cellules de la lignée germinale (Spermatozoïde – ovule) donc anomalies dans la descendance du sujet irradié. si mutations de gènes : • dominantes → apparition dès la 1ere génération • récessives → apparition tardive V- Notions de radioprotection dans le secteur médical. A- Principes fondamentaux de la radioprotection : Bulletin officiel n°4540-3 Chaâbane 1418 (4-12-1997) 3 principes de base de la Réglementation : CIPR (1928) o justification de l’activité qui entraîne l’exposition : donc éviter toute exposition inutile o optimisation de la Radioprotection : maintenir l’exposition à un niveau le plus bas possible o limitation des expositions individuelles : professionnels : Travaillant Directement sous RI : DATR public. 65 BIOLOGIE B- Limitation des expositions individuelles : 1- Pour les travailleurs DATR (directement affecté aux travaux sous rayonnements) : Catégorie A : en zone contrôlée : où la dose reçue est susceptible d’être ≥3/10 limites annuelles d’exposition (= 15 m SV : irradiation globale) a- Exposition globale de l’organisme : la limite dose équivalente : HE = 50 m Sv / an Pour les femmes (DATR) en âge de procréer : o dose à l’abdomen : HE < 13 m Sv au cours d’un trimestre o si grossesse déclarée : dose la plus réduite possible jusqu’à l’accouchement : HE <10 m Sv b- Exposition partielle : la limite de dose efficace pour estimer les expositions internes : HEff = 50 m Sv / an Pour chacun des tissus ou organes la limite annuelle est : HT = 500 m Sv/an Pour le cristallin : H cristallin = 150 m Sv / an Pour la peau, les mains, les avant bras, les pieds et les chevilles : H = 500mSv/ an 2- Pour les apprentis et les étudiants : Age > 18 ans : idem DATR de catégorie A Age 16 – 18 ans : = 3/10 des limites annuelles. 3- Pour le Public : Réduction d’un facteur 10 C- Règles de Radioprotection 1- Contre l’exposition Externe Distance : o D1 et D2 : débits de dose équivalente o d1 et d2 : distances respectives o le débit D obéit à la loi de l’inverse carré de la distance : D1 / D2 = (d2 / d1)² Temps d’exposition : T.E o pour un Débit de dose donné : Da est proportionnelle au T.E o donc réduire au minimum la durée d’exposition. Utilisation d’écrans : ce moyen est très efficace o Ecrans contre α : très minces en : mica – Aluminium - cuivre – Argent o Ecrans contre β : matériaux légers : Absorption totale ; Si Z ↑ : rétro diffusion ≈100% o Ecrans contre X et gamma : Atténuation par écrans à Z ↑↑ ; Ex: Plomb : CDA = X2 ou X10 2- Contre la contamination : respect des règles suivantes : Port de blouses et de gants Eviter de : boire – manger - fumer… en zone contrôlée Matériel – locaux : adéquats Contrôle systématique des travailleurs Identifier clairement les préparations radioactives Eliminer déchets selon les consignes. D- Surveillance médicale du personnel examens médicaux périodiques / 6 mois. surveillance mensuelle dosimètre (Irradiation Externe) surveillance radio toxicologique avec dosage des radioéléments dans le sang, les urines et autres secrétions (Irradiation interne ou contamination) IV- Conclusion : les radiations ionisantes sont largement utilisées aussi bien dans le domaine médical qu’industriel mais ils représentent des effets nocifs même à faible dose d’où la réglementation de la radioprotection. 66 BIOLOGIE Q18. Immunité humorale : le lymphocyte B, les Ig et le complément I. C'est une immunité spécifique correspondant à une réponse immunitaire adaptée et tardive. Parmi les acteurs de cette immunité, les lymphocytes B synthétisent des Ac lorsqu’ils sont sous forme de plasmocytes, les lymphocytes T helper qui peuvent présenter l'antigène aux LB, ainsi que le complément, effecteur majeur de l'immunité humorale. Les anticorps défendent en permanence et de manière efficace notre organisme, en inactivant les virus ou les toxines bactériennes et en activant le système du complément LE LYMPHOCYTE B : Les LB sont le support de l'immunité humorale adaptative qui repose sur la présence d'anticorps spécifiques. Le développement des lymphocytes B se passe en 2 étapes : 1. Première étape : indépendante de l'antigène : Aboutit à la formation, à partir d’une cellule souche hématopoïétique CD34+, à des cellules B naïves IgM+IgG+ A lieu dans l’organe lymphoïde primaire (moelle osseuse). Elle passe en 4 stades de différenciation : Pro-B (progéniteursB) → Pré-B (précurseurs B) → B immature → B Mature Chaque stade de différenciation du lymphocyte B est marqué par une étape de réarrangement au hasard des gènes des immunoglobulines, en absence de tout contact avec l'antigène. La phase finale de différenciation consiste en la tolérance B centrale : marquée soit par l’apoptose (la délétion clonale), soit par l’inactivation (l’anergie) des cellules ayant une forte affinité pour les antigènes du soi. La cellule B mature naïve, circule ensuite en permanence entre les différents organes lymphoïdes secondaires à la rencontre de l’Ag spécifique, et présente le récepteur BCR (IgM+et IgD+) ème Si la rencontre avec l’Ag spécifique a lieu on passe à la 2 étape du développement dépendante de l’Ag 2. Deuxième étape : dépendante de l'antigène : Les cellules B matures de la MO migrent vers les organes lymphoïdes périphériques (gg, rate, MALT), où au contact de l'Ag se développent en plasmocytes et en cellules B mémoires. La cellule B naïve qui ne rencontre pas l'Ag à une durée de vie courte et meurt par apoptose. a. Reconnaissance de l'Ag et transduction du signal : Se fait grâce au BCR qui est composé de 2 parties : dont les fonctions sont différentes : - Ig de membrane IgM : chargée de reconnaitre l'Ag, elle présente une partie cytoplasmique courte. - Hétéro dimère Igα – Igβ est le transducteur du signal vers l'intérieur de la cellule. A côté du BCR, il existe le complexe de corécepteur des cellules B formé par les molécules CD19 CD21 CD81. Le CD21 est le récepteur du fragment C3d du complément, il se lie à l'Ag et permet d'activer la molécule CD19 qui entre en action avec Igα – Igβ b. Activation du LB: Selon la nature de l'Ag, le LB est activé en présence ou pas de cellule T helper (TCD4) : Dans le cas des Ag thymo-dépendants, la fixation de l'Ag sur IgM est insuffisante pour activer la cellule B. Cette activation nécessite un contact direct avec les molécules de membrane de T helper et B, ainsi que l'action des cytokines. Liaison IgM – Ag → l'Ag internalisé dans LB, apprété et présenté avec les molécules de classe II du CMH. La cellule B se comporte comme une CPA. La T helper reconnait le peptide et la classe II et entre en action avec LB pour former le conjugué T-B. De plus la molécule CD40 des LB va se lier aux molécules CD40 du Th et l'ensemble fait passer la cellule B de la phase G0 à la phase G1 du cycle cellulaire. Pour que cette cellule B puisse se différencier elle a besoin des cytokines : IL4 IL5 IL2 sécrétés par Lh. Ils font passer la cellule B de la phase G1 → S→ M du cycle cellulaire. Ainsi la cellule B activée va se multiplier pour former un clone de LB identique à la cellule initiale et de même spécificité antigénique. La cellule B fille = centrocyte va se différencier en plasmoblaste et en cellule B mémoire dans le ganglion. Elle devient ensuite plasmocyte sécréteur d'IgM puis d'autres classes d'Ig : c'est la commutation isotypique. Pour les rares Ag thymoindépendants, ils sont capables d’activer directement les lymphocytes qui les reconnaissent. 67 BIOLOGIE II. LES IMMUNOGLOBULINES : Ce sont des glycoprotéines douées d'activité anticorps, c'est-à-dire capables de se lier spécifiquement à un déterminant antigénique unique, ou épitope. Elles sont sécrétées par les plasmocytes et circulent dans les différents liquides biologiques. Les Ig sont les effecteurs de la réponse immunitaire humorale. Ce sont des gammaglobulines divisées en 5 classes : IgG, IgA, IgM, IgD et IgE, par ordre de concentration sérique décroissant. Intérêt : o Diagnostic et thérapeutique : les anticorps monoclonaux peuvent être utilisés dans : - Le diagnostic in vitro : grossesse, microorg, taux sanguin de médicaments, Ag HLA, Ag tumoraux… - Le diagnostic in vivo : par la localisation d'Ag tumoraux par imagerie monoclonale. - Traitement de certains cancers par des anticorps contre les Ag de la tumeur (antiHER…) - Traitement des lymphomes par l'Ac monoclonal antiCD20 o Pathologique : déficits congénitaux et acquis, maladies AI, syndrome immunoprolifératifs (kahler) A. Structure de base : Les immunoglobulines sont formées sur le même modèle : 4 chaînes polypeptidiques groupées en deux paires identiques : - 2 chaînes légères L (Light). - 2 chaînes lourdes H (Heavy) Les chaînes L sont communes à l'ensemble des classes d'Ig : on distingue 2 types (kappa (κ) et lambda (λ)) Les chaînes H sont au contraire spécifiques pour chaque classe d'Ig : gamma [γ], alpha [α], mu [µ], delta [δ] et epsilon [ε]) définissent respectivement IgG, IgA, IgM, IgD et IgE. Les chaînes L sont unies entre elles et aux chaînes lourdes par des ponts disulfures S-S. Chaque chaîne présente plusieurs domaines (domaine = boucle de 110 aa reliés par un S-S): Il existe 2 types de domaines : - Un domaine variable : VH, VL composé d'aa variables selon la spécificité des anticorps. Ces domaines variables comprennent 3 zones hypervariables correspondant à la région de complémentarité (CDR) où se fixe l'antigène. - Un domaine constant : CL, CH composé d'aa peu variables dont le rôle est l'exécution des fonctions effectrices de la réponse immunitaire. Le clivage enzymatique d’une Ig au niveau de la région charnière par la papaïne génère : - 2 fragments Fab, chacun porteur d'un site anticorps : CL + VL + VH + CH1. - 1 fragment Fc (fraction cristallisable) : CH2 + CH3 + CH2 + CH3. Les chaînes γ δ α présentent une région charnière entre Fab et Fc. B. Structures spécifiques : 1. Ig G : 80% Ils sont formés de 2 chaines lourdes γ dont chacune comprend : VH, CH1, CH2 et CH3, et de 2 chaines légères VL/CL. Elle peut capter 2 molécules d'Ag : valence de deux. On distingue 4 sous classes : IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 ; différentes par leur région charnières, le nombre et la position des ponts dissulfures inter caténaires. IgG1 est le seul Ig capable de traverser le placenta IgG3 est un activateur du complément plus qu'IgG1 et IgG2. IgG3 et IgG1 peuvent se lier aux cellules phagocytaires qui possèdent un récepteur pour Fc. → IgG agit comme opsonine pour favoriser la phagocytose, activer le complément et faciliter la cytotoxicité cellulaire 2. IgM : 5-10% Les IgM existent sous deux formes moléculaires : - Pentamère sérique : o sécrété par les plasmocytes (formé de 5 unités reliées par une chaîne J) o constitue l'isotype majeur de la réponse primaire o forte activité agglutinante et un fort pouvoir hémolytique par activation du complément - Monomère à la surface du lymphocyte B (BCR) La chaîne H = µ des IgM comprend : VH, CH1, CH2, CH3, CH4. er er C'est le 1 Ig qui apparait chez le fœtus et le nouveau né et le 1 à apparaitre lors d'une RI humorale. 68 BIOLOGIE 3. Ig A : 10-15% Il existe 2 types des IgA : - IgA sérique monomérique. - IgA sécrétoire formée de 2 sous unités monomériques reliés par une chaîne J et un pont S La chaîne H = α comprend : VH, CH1, CH2, CH3. Présente dans les sécrétions muqueuses comme la salive, le colostrum, le lait, mucus des tractus bronchiques Immunité locale spécifique. 4. Ig D : La chaîne H = δ : VH, CH1, CH2, CH3, longue région charnière. Elle a surtout une fonction de récepteur à la surface du lymphocyte B où elle est le plus souvent co-exprimée avec l'IgM 5. Ig E : (le moins représenté dans le sérum) La chaîne H = ε comprend : VH, CH1, CH2, CH3, CH4. Rôle : lutte antiparasitaire et hypersensibilité immédiate. C. Fonction des immunoglobulines : Les Ig ont deux fonctions différentes : Une fonction anticorps de reconnaissance de l’Ag et d’activation du système immunitaire permise par le Fab. Une fonction effectrice : la liaison à l'Ag déclenche une série d'interactions synergiques entre l'Ig et d'autres protéines ou tissus ou cellules. C'est la fonction du fragment Fc. - Opsonisation : les macrophages et neutrophiles possèdent des récepteurs pour le fragment Fc des IgG, ainsi ces cellules captent les complexes Ag-Ac et les phagocytent. - Activation du complément : les IgM et quelques IgG ont des sites d'activation du complément. Il en résulte la formation du complexe Ag-Ac-C3b. Ainsi de nombreuses cellules possédant des récepteurs pour le C3b pourront fixer le complexe et le phagocyter. - Cytotoxicité à médiation cellulaire dépendante des Ac (ADCC) : les cellules NK possèdent un récepteur pour le fragment Fc. Elles fixent les complexes Ig-cellule infectée et entraine la mort cellulaire par apoptose - Les mastocytes et les basophiles possèdent des récepteurs pour le fragment Fc des IgE. Ainsi la fixation de 2 molécules IgE aboutit à la dégranulation de ces cellules. D. Diversité des immunoglobulines : Le système immunitaire est capable de répondre à un nombre quasi illimité d'Ag. Plusieurs éléments interviennent dans la diversité des Ig : - Existence de familles multigéniques séparées situées sur des chromosomes différents. Pour la chaine lourde : ch 14 pour lambda et ch 2 pour kappa. - Réarrangements - Flexibilité jonctionnelle - Addition de nucléotides P et N - Hypermutations somatiques E. Explorations : Dosage pondéral quantitatif par les méthodes : Macini ou néphélémetrie. Dosage qualitatif par immunoélectrophorèse ou immunofixation. Conclusion : Les différentes classes d'Ig interviennent successivement dans la réponse immunitaire. Les IgM sont les premières à apparaître lors de la réponse immunitaire, suivies d'IgG dans les défenses antibactériennes et virales. L'IgA intervient dans les réponses immunitaires locales, ô des sécrétions. Les IgE interviennent dans la défense anti-parasitaire, et dans l'hypersensibilité type I ou Anaphylaxie. 69 BIOLOGIE III. LE SYSTEME DU COMPLEMENT : Effecteur majeur de l’immunité à médiation humorale, c’est un ensemble de protéines présentes dans le plasma à l’état inactif, synthétisées essentiellement par le foie et les macrophages et qui peuvent être activées par des cascades protéolytiques aboutissant au clivage du C3 Intérêt : important en pathologie notamment : - les hypercomplémentémies au cours des syndromes inflammatoires ou certains cancers (hodgkin), - les hypocomplémentémies par consommation au cours des connectivites (lupus) ou des glomérulonéphrites, ou par diminution de synthèse au cours de l'angioedème ou des atteintes hépatiques, ou par déperdition chez un grand brulé. L’activation du complément peut se faire par 3 voies : - Classique : déclenchée par la formation du complexe immun Ag-Ac - Alterne : déclenchée par différents stimuli non spécifiques tels que la surface des pathogène, la variation des paramètres du milieu, etc. - Des lectines : qui reconnaissent certains polysaccharides bactériens. Les phases initiales de la cascade du complément sont différentes selon la voie utilisée mais conduisent toutes à la formation de C3 convertase capable d'activer C3 qui elle-même active C5 : - Dans la voie alterne la fraction C3 est directement activée par liaison covalente à des composants structuraux propres aux bactéries. - Dans la voie classique ou la voie des lectines les fractions C4 et C2 sont d’abord activées, permettant le recrutement de C3. Les phases terminales communes utilisent les fractions C6, C7, C8 et C9, elles aboutissent à la lyse de la cible par le complexe d’attaque membranaire (CAM). La régulation de l’activation du complément est exercée par la labilité rapide des composants activés et par des protéines régulatrices spécifiques qui empêchent la propagation de l’activité au reste de l’organisme, ainsi que par un groupe de gènes régulateurs de l'activation du complément (RCA). Rôles du complément : - - - L’opsonisation : o le fragment C3b du complément s’attache de façon covalente à la surface des bactéries (de façon dépendante des anticorps dans la voie classique ou indépendante des anticorps dans la voie alterne). o les bactéries ainsi recouvertes de C3b sont phagocytées plus efficacement par les macrophages (implications de récepteur au complément) L’inflammation : les fragments C3a et C5a se fixent à des récepteurs au complément présents sur les mastocytes et les neutrophiles aboutissant : o à la dégranulation des mastocytes et ainsi la libération d’histamine. o au chimiotactisme des neutrophiles vers le foyer infectieux. La cytolyse : une fois le fragment C5b adhère à la particule cible elle active successivement les facteurs C6, C7 et C8 ; le complexe ainsi formé catalyse la polymérisation du facteur C9 : c’est le complexe d’attaque membranaire (CAM) qui perfore la paroi et la membrane des bactéries (ne nécessite pas l’implication des récepteurs au complément) Neutralisation des virus Solubilisation des complexes immuns. Exploration : se fait par - Dosage quantitatif de la voie classique ou alterne (C3, C4) ou - Dosage qualitatif par la mesure de l'activité du complément vis-à-vis des GR exprimée en unité CH50. Conclusion : L’immunité humorale est une immunité spécifique exercée par les lymphocytes B par l’intermédiaire des anticorps. Elle constitue le principal moyen de défense spécifique contre les antigènes extracellulaires (bactéries, virus et les toxines) 70 BIOLOGIE Q19. Immunité cellulaire : le lymphocyte T et les cytokines I. Immunité spécifique non transférable par le sérum, elle nécessite le transfert de cellules immunocompétentes. Assurée par les lymphocytes T CD8+ cytotoxiques, ainsi que par les macrophages qui agissent sous le contrôle direct des lymphocytes T CD4+ auxiliaires de type Th1 La communication entre ces cellules immunitaires ce fait grâce aux cytokines produites par LT CD4+ LE LYMPHOCYTE T : Les lymphocytes T sont impliqués dans la lutte contre les agents infectieux, dans le rejet des greffes, dans le rejet des tumeurs et dans les réactions d’hypersensibilité retardée. Ils désignent un ensemble de cellules d’origine hématopoïétique et dt la différenciation se déroule ds le thymus. Il existe 3 stades dans la vie d’un clone de lymphocytes T : o Thymocytes o Lymphocytes T matures mais naïfs (n’ont pas encore rencontré l’antigène et l’attendent dans les organes lymphoïdes secondaires) o Lymphocytes T matures et expérimentés (mémoires) TCR est le marqueur le plus important des lymphocytes T qui joue le rôle de récepteur pour l’antigène : o hétérodimère formé d’une chaîne α et d’une chaîne β constituées chacune d’un domaine variable et d’un domaine constant o il ne reconnaît que les peptides présentés par les CPA par l’intermédiaire des molécules de CMH de classe I (pour les peptides endogènes) et de classe II (pour les peptides exogènes) o toujours accompagné de la molécule CD3 qui permet la transduction du signal à l’intérieur du lymphocyte La prolifération et la différenciation des lymphocytes T dépend de la production de l'interleukine-2 (IL-2) et de l'expression de son récepteur (IL-2R) par le lymphocyte T Il y a 2 sous populations importantes, définies par l’expression à leur surface des glycoprotéines CD4 et CD8 : o CD4 se lie à la chaîne β du CMH II o CD8 se lie à la chaîne α du CMH I o CD4 et CD8 assurent une double fonction : augmentent l’affinité de l’interaction entre le TCR et le complexe peptide-CMH activent la transduction de signal à l’intérieur de la cellule. Les lymphocytes T CD4+ = T auxilliaires ou helper : o assurent la sécrétion de cytokines et la régulation de la réponse immunitaire (fonction amplificatrice) o la rencontre entre CMH de classe II de la CPA activé et le lymphocyte T CD4+ naïf dans l’organe lymphoïde secondaire conduit à l’expression par le T CD4+ : de la molécule CD28 capable d’interagir avec B7 (molécule de co-stimulation exprimée sur la CPA) et de la CD40L qui interagit avec la molécule CD40 exprimée sur la CPA (les macrophages, les cellules dendritiques et les lymphocytes B) o à la suite de cette interaction, les T CD4+ naïfs seront différenciés en T CD4+Th2 qui produisent essentiellement les interleukines 4, 5, 6, 10 ou en T CD4+Th1 qui produisent l’IL2 et l’IFN-γ : Th2 participent à l’immunité humorale en apportant une aide aux lymphocytes B. Th1 induisent des réponses immunitaires à médiation cellulaire mettant en jeu les T cytotoxiques, les natural killer NK et les macrophages Les lymphocytes T CD8+ : participent uniquement à la réponse cellulaire. o la rencontre entre CMH de classe I de la CPA activé et le lymphocyte T CD8+ naïf dans l’organe lymphoïde secondaire peut dans certains cas permettre l’activation directe du T CD8+ qui exprime le récepteur à l’IL2 et la molécule CD28 : on parle de réponse CD8 indépendante des CD4. o mais le plus souvent l’induction de la réponse CD8 nécessite la présence de T CD4 activés. Dans ce cas, la CPA présente des antigènes simultanément par le CMH de classe I et de classe II aux T CD8 et T CD4. o à la suite de cette interaction, les T CD8 naïfs seront différenciés en T CD8 effecteurs cytotoxiques qui ont la capacité de lyser les cellules portant l’antigène dont elles sont spécifiques, ceci grâce à la libération des cytotoxines : perforine et granzymes Une fraction des lymphocytes T activés va devenir, une fois l’infection éradiquée, des lymphocytes T mémoires. 71 BIOLOGIE II. LES CYTOKINES : Les cytokines sont les médiateurs solubles qui servent à la communication entre les cellules immunitaires sur des modes autocrine, paracrine, voire endocrine. Ce sont des glycoprotéines produites de novo pendant les phases effectrices de l'immunité naturelle et spécifique et servent à médier et réguler les réponses immunitaires et inflammatoires. Bien qu’elles soient sécrétées en réponse à une stimulation antigénique spécifique, elles n’ont aucune spécificité antigénique, elles peuvent avoir une ou plusieurs sources cellulaires et une ou plusieurs cibles. Différentes classifications des cytokines existent : nous adopterons une classification basée sur le type de réponse dans laquelle sont impliqués ces médiateurs, en distinguant : - les cytokines des réponses immunitaires : comprenant la quasi-totalité des interleukines, mais aussi l'interféron gamma (IFNγ) et les deux formes de facteurs de nécrose des tumeurs (TNFα et TNFβ). - les cytokines anti-virales : les interférons de type 1 (IFNα et β), de type 2 (IFNγ) et IL-16. - les cytokines de l'inflammation et de la fibrose : dont certaines sont pro inflammatoires (IL-1, TNF, IL6), d'autres anti-inflammatoires et/ou fibrosantes (IL-1-RA, IL-10, transforming growth factor béta [TGFβ]). - les cytokines de l'hématopoïèse : comprenant les CSF (colony stimulating factors), l'IL-3, l'IL-5 et l'IL-7. - les chimiokines impliquées dans le recrutement des cellules vers le site du conflit. Les principales cytokines qui interviennent dans la réponse immunitaire sont : IL-1 IL-2 : IL-4 et IL-5 Issue des macrophages, des cellules épithéliales et des lymphocytes B et T Agit comme médiateur central de l’immunité et de l’inflammation. Ses cellules cibles sont les lymphocytes T et les monocytes. Produite uniquement par les lymphocytes T Le principal facteur de croissance autocrine des lymphocytes T Agit également sur la prolifération des lymphocytes B et sur la croissance et l'activité des cellules NK. Produites par les lymphocytes T Agissent sur la prolifération et la différenciation des lymphocytes B, sur la production d’Ig et sur la commutation isotypique. Principalement produite par les monocytes, mais aussi par les lymphocytes T et B, les cellules endothéliales et les fibroblastes. Facteur de différenciation terminale et de maturation des lymphocytes B. Active aussi les lymphocytes T, et participe à l'hématopoïèse précoce Stimule la synthèse de plusieurs protéines de l’inflammation par les hépatocytes. Produite par les monocytes, les macrophages et les lymphocytes T Action nécrosante anti-tumorale et pro inflammatoire. Provient essentiellement des cellules T CD4+Th1 Actions anti-virales et anti-prolifératives. IL-6 TNF IFN-γγ Applications pathologiques : - Les Anti TNF-α Infliximab (Remicade) sont utilisés dans le traitement de la Polyarthrite rhumatoïde, Spondylarthrite ankylosante, Maladie de Crohn, Rectocolite hémorragique, - L'IFN-α est utilisé dans le traitement de l'hépatite virale C. Conclusion : L'immunité cellulaire comprend les réactions d’élimination des cellules infectées par des agents pathogènes intracellulaire (virus, certaines bactéries ou parasites), des cellules cancéreuses et des cellules allogéniques issues d’une greffe ainsi que les réactions d’hypersensibilités retardées les lymphocytes T sont le support de l’immunité à médiation cellulaire et de la mémoire immunologique, elles agissent en sécrétant des cytokines qui se fixent sur des récepteurs spécifiques. Le virus du SIDA (VIH) a un tropisme pour les lymphocytes T CD4+ qui ont un rôle important dans l'initiation des réponses immunitaires. La destruction des CD4 entraîne le stade SIDA déclaré de la maladie (stade C), où des infections opportunistes sont susceptibles de se manifester. 72 BIOLOGIE Q20. Complexe Majeur d’Histocompatibilité : caractéristiques et propriétés, I. Ensemble des molécules impliquées dans la présentation de peptides au récepteur des cellules T (TCR). Définition génétique : région chromosomique où se trouvent les gènes contrôlant la structure et l'expression de molécules présentatrices de l'antigène ainsi que d'autres gènes sans relation avec la fonction de présentation (gènes du TNF…). Le CMH est qualifié de complexe, parce qu'il est composé d'un ensemble de gènes fonctionnant de manière coordonnée, d'histocompatibilité en raison de son implication dans les phénomènes de rejet de greffe, majeur par l'intensité de la réponse allogénique de greffe et par la présence d'anticorps reconnaissant les produits du CMH. Intérêt : - Son implication majeure en greffe et transplantation d'organes - Ses relations avec certaines situations pathologiques (maladies associées à HLA B27 par ex) - L’étude de la migration et de la dispersion des populations - Un intérêt médico-légal dans l’exclusion de la paternité GENES : Les gènes et les produits du CMH sont répartis en trois classes : I, II, III, selon leurs propriétés biochimiques, leur expression phénotypiques, leur fonction, et la situation sur le bras court du chromosome 6. - Les gènes de classe I comprend principalement les gènes HLA-A, -B et -C auxquels s'ajoutent les gènes HLA E – F – G. - Les gènes de classe II est constitué d'un ensemble de familles de gènes dont les principales sont HLADR, HLA-DQ et HLA-DP, ainsi que des gènes intéressant dans la présentation de l'Ag. - Les gènes classe III : comprend des gènes qui codent pour certaines fractions du complément (C4, C2 et Bf), des gènes qui codent pour certaines cytokines (TNF) et pour des protéines du choc thermique. Figure 1.- Organisation générale des gènes HLA. Les gènes DR, DQ et DP en noir sont fonctionnels II. Produits moléculaires des gènes du CMH : Ce sont des glycoprotéines de membranes formées de 2 sous unités α et β. 1. Produits moléculaires des gènes de classe I : Les protéines moléculaires de classe I sont constituées de l'association non covalente d'une chaîne lourde α et d'une chaîne légère, la β2-microglobuline. La β2-microglobuline est constituée par un seul domaine extra-membranaire avec absence de domaine transmembranaire et intra-cytoplasmique. Elle possède une fonction de stabilisation de l'hétérodimère et de transport de la chaîne lourde α à la membrane cellulaire. La chaîne lourde α est une glycoprotéine. Elle se compose de trois parties : - Une partie N terminale, extra-membranaire, elle-même formée de trois domaines. - Une partie trans-membranaire hydrophobe, - Une partie intra-cytoplasmique C-terminale très courte. Les domaines α1 et α2, les plus distaux par rapport à la membrane cellulaire, sont polymorphes. 73 BIOLOGIE CMH I CMH II 2. Produits moléculaires des gènes de classe II : Les molécules de classe II ont une structure très proche de celle des molécules de classe I. Elles sont formées de l'association non covalente d'une chaîne α et d'une chaîne légère β. Contrairement aux molécules HLA de classe I, les chaînes α et β sont ici parfaitement homologues, composées, toutes les deux, d'une partie extramembranaire N-terminale, d'une partie trans-membranaire, et d'une partie intracytoplasmique C-terminale. 3. Les produits classe III sont les molécules C2, Bf et C4 du système du complément. III. Expression cellulaire et tissulaire des produits d’histocompatibilité Les moléculaires HLA A, B et C de classe I sont exprimés à la surface membranaire de l’ensemble des cellules nuclées humaines : - Nombre variable en fonction du type cellulaire et de son état de différenciation rate > foie > poumon > intestins > coeur > thymocytes - Tissus dépourvus : os, cartillage, cerveau, trophoblaste, tubules rénaux, spermatozoïdes - Absent dans certaines maladies ; maladies des lymphocytes dénudés ; cellules en culture DAUDI - Situé # selon les cellules : plus sur lymphocytes que sur plaquettes Les antigènes de classe II ont une distribution tissulaire plus restreinte : - Cellules B et macrophages expriment le CMH classe II - Cellules T activées - Cellules dendritiques, Langherans, endothélium vasculaire, épithéliales, Thymiques IV. Propriétés : 3 propriétés principales Transmission en haplotype : - Groupe de gènes étroitement liés transmis en bloc par les parents. - Chaque enfant hérite un haplotype paternel et un haplotype maternel. - Dans une fratrie les enfants qui ont hérité des mêmes haplotypes sont en identité totale (25% des cas). - Ceux qui ont hérité un seul haplotype en commun sont semi identiques (50% des cas). - Ceux qui n’ont hérité aucun haplotype commun sont non identiques (25% des cas). Polymorphisme : - L’existence d’un grand nombre de formes allèliques à chaque locus contribue à la diversité immunitaire. - La probabilité d’association de 2 allèles de 2 locus différents contribue à la diversité théorique qui est très supérieure à la diversité observée ; on parle alors de déséquilibre de liaison. Codominance : les molécules codées par chaque haplotype sont co-exprimées sur la membrane cellulaire. Donc un individu hétérozygote exprime sur ses cellules le produit de 2 allèles différents donc il exprime : 2 molécules HLA-A, 2 HLA-B, 2 HLA-C, 2 HLA-DR, 2 HLA-DQ, 2HLA-DP. 74 BIOLOGIE V. Fonctions physiologiques du CMH : Distinction du soi et non soi Présentation des antigènes aux lymphocytes : principale fonction des molécules HLA : L'Ag présenté par les CPA n'est reconnu par une cellule immunologiquement active que si tous les 2 portent les mêmes molécules HLA : c'est la restriction au CMH du soi ou restriction allogénique. - CMH I : présente des peptides dérivés de protéines endogènes synthétisés par des cellules du soi ou virales, aux lymphocytes T8 ou cytotoxiques. - CMH II : présente des peptides venant soit de proteines exogènes à dévellopement extracellulaire, soit de proteine membranaire ou sécrétée, au LT4 ou Helper VI. Coopération cellulaire Réponse allo génique aux rejets de greffes Contrôle génétique de la réponse immunitaire Indications du typage HLA Transplantation - Moelle osseuse fichier national ou famille (fratrie) - Rénale - Cardiaque Liens HLA maladie : 40 affections liées à HLA. Exemples : - Diabète DR3 et DR4 - Maladie coeliaque DR3, DR4, DR7 - Spondylarthrite ankylosante HLA B27 : atteinte sacroiliaque Conclusion : - La principale fonction des molécules HLA est la présentation de l’Ag aux lymphocytes une fois traité par la CPA. Le CMH peut être exploré soit par : Technique de biologie moléculaire pour mettre en évidence les allèles que possède un individu Technique sérologique : qui se base sur la détection des molécules HLA à la surface des lymphocytes. Technique biochimiques ou cellulaires. 75 BIOLOGIE Q21. Immunité anti-infectieuse I. L'infection est caractérisée par la colonisation de tout ou d'une partie de l'organisme par des micro-organismes pathogènes (microbes, parasites, virus, champignons et levures). La lutte contre l'infection implique la participation de phénomènes immunitaires divers, humoraux et/ou cellulaires, spécifiques et/ou non spécifiques. Cependant, il existe une première ligne de défense, constituée par les barrières anatomiques et les divers facteurs physico-chimiques qui leur sont associé dont l'efficacité est loin d'être négligeable. Intérêt : - Les déficits immunitaires primitifs ou acquis correspondent à des situations pathologiques qui fragilisent le système immunitaire, favorisant ainsi la survenue d'infections graves et récidivantes. - Vaccinations et traitements anti-infectieux. MECANISMES NATURELS NON IMMUNOLOGIQUES : La première phase de réponse de l'hôte aux agressions par les micro-organismes pathogènes. Elle permet une action rapide et immédiate. 1. Aspects locaux : La peau : la protection anti-infectieuse est assurée par : - Juxtaposition étroite des cellules de l'épiderme - Acidité (pH = 3.5) maintenue par les sécrétions sudorales et sébacées - Flore saprophyte non pathogène L'appareil respiratoire : la protection anti-infectieuse est assurée par : - Epuration muco-ciliaire - Substances douées de propriétés anti-infectieuses : transferrine, α1 antitrypsine - Surfactant *** Chez les sujets atteints de déficit en α1 antitrypsine, on observe une fréquence élevée d'infections bactériennes sévères des voies respiratoires. Le tractus digestif : - La cavité orale est protégée par l'écoulement salivaire qui contient la transferrine, des peroxydases, des protéines anioniques inhibant l'adhérence et la croissance bactérienne. - De l'estomac à la fin de l'intestin grêle : sécrétions acides, et flore saprophyte 2. Phénomènes généraux : la fièvre II. Due à la libération de facteurs pyrogènes par les granulocytes et macrophages (IL-1 et INFα) ↓ la multiplication bactérienne ↑ certaines réponses spécifiques (LT CD8+) IMMUNITE NON SPECIFIQUE INNEE : agit pour tous les germes L'immunité anti-infectieuse non spécifique joue un rôle majeur lors des primo-infections, au cours desquelles elle assure l'élimination de la majorité des agents infectieux. De plus elle amorce l'immunité anti-infectieuse spécifique qui viendra en renfort en cas d’échec de la réponse innée; 1. Facteurs solubles : Le complément lorsqu'il est activé par la voie alterne Le lysozyme produit par les macrophages et polynucléaires neutrophiles, possède des propriétés bactériolytiques et un effet neutralisant sur les virus. Il ne peut exercer son action qu'après une intervention préalable du complément. Les interférons, possèdent des propriétés antivirales La tuftsine, potentialise les phénomènes de phagocytose et de cytotoxicité naturelle des PNN et macrophages. La fibronectine, renforce les phénomènes d'opsonisation La C réactive protéine (CRP), protéine de l'inflammation, participe à la réaction inflammatoire en favorisant le chimiotactisme, la diapédèse, l'opsonisation et la phagocytose de certains germes par les PNN et macrophages. Elle favorise également l'activation du complément. 76 BIOLOGIE Cytokines pro-inflammatoires : TNF, IL1, IL2, IL6, déclenchent la réaction inflammatoire et contribue à la défense anti-infectieuse, en favorisant la phagocytose le chimiotactisme. 2. Facteurs cellulaires : Les cellules mononuclées sanguines (monocytes) et tissulaires (macrophages) possèdent une activité phagocytaire / cytotoxique pour les particules ou les microorganismes étrangers. Les polynucléaires : neutrophiles en particulier sont également doués de propriétés cytotoxique et phagocytaires à l'encontre des microorganismes ou des cellules lésées, grâce à la production de diverses enzymes lysosomiales. Les cellules NK III. IMMUNITE SPECIFIQUE ACQUISE : agit sur un seul germe donné L’immunité acquise est hautement spécifique, elle a aussi la propriété de conserver une mémoire. Elle a besoin d’un délai de quelques jours pour se mettre en place. Elle joue un rôle majeur lors des primo-infections en cas d'échec de l'immunité non spécifique et lors des infections secondaires. 1. Facteurs humoraux de l'immunité spécifique anti-infectieuse : L’immunité humorale est la réaction qui se produit lorsque des lymphocytes B activés se différencient en clone de plasmocytes sécrétant les anticorps (IgA, IgM, IgG) qui exercent leur action protectrice anti-infectieuse par divers mécanismes : L'agglutination bactérienne qui limite la dissémination des germes et favorise l'épuration muco-ciliaire et la l'action des granulocytes et macrophages. Le phénomène de neutralisation : conséquence directe de la fixation des anticorps sur les antigènes correspondants, empêchant la fixation de l'agent infectieux sur les récepteurs correspondants de la membrane cellulaire : - Ex : neutralisation virale surtout par les IgA localisées au niveau des diverses muqueuses de l'arbre respiratoire et du tube digestif. La lyse des agents pathogènes : - Ex : la bactériolyse, fait suite à l'activation du complément par les anticorps fixés sur la paroi bactérienne, en synergie avec le lysozyme. La cytotoxicité dépendant des anticorps (ADCC) Induit la formation de complexes immuns et des phénomènes inflammatoires sous jacents. 2. Phénomènes cellulaires de l'immunité spécifique anti-infectieuse : a. Phénomènes classiques d'HSR : Au cours de certaines infections dues à des germes à développement intracellulaire (virus, mycobactéries), l'efficacité des anticorps est réduite. Par conséquent, les lymphocytes T CD4+, les cytokines et les macrophages sont les effecteurs de cette réaction. On distingue 3 phases : - Phase de la reconnaissance de l’antigène : sur HLA classe II, le macrophage présente l’antigène au lymphocyte T CD4+ et libère ainsi l’IL-1 qui l’active - Phase d’activation des lymphocytes : se traduit par la prolifération des lymphocytes T et la libération des cytokines : o IL-2 : rôle autocrine o Facteurs actifs sur les cellules endothéliales (TNF, INFγ, IL-4) : ↑ la perméabilité vasculaire et l’adhésion cellulaire. o Facteurs chimiotactiques et inhibiteurs de la migration des polynucléaires et des monocytes - Phase d’activation du macrophage (phase résolutive), sous la dépendance de l’INFγ et responsable : o Activité microbicide : par des enzymes lysosomiales et dérivés oxygénés. o Dommages et réorganisation tissulaire : par les dérivés oxygénés et l’activation des fibroblastes (IL-1) o Fièvre et inflammation : par IL-1, IL-6 et INF *** L'exemple type est le phénomène d'HSR à la tuberculine permettant la réalisation de l'IDR. *** Chez les patients atteints de déficits de l'immunité à médiation cellulaire, on observe une fréquence élevée et une sévérité des infections virales et mycobactériennes. 77 BIOLOGIE b. Réponse immune de type cytotoxique : Les lymphocytes T cytotoxiques CD8+ (LT suppresseurs) et les cellules NK sont les effecteurs de cette immunité cellulaire. Mécanisme effecteur : - sur HLA classe I, la CPA présente l’antigène au lymphocyte T CD8+ - dans certains cas, ceci permet l’activation directe du T CD8+ mais le plus souvent elle nécessite la présence de T CD4 activés. - à la suite de cette interaction, les LT cytotoxiques CD8+ détruisent la cible infectée grâce à la libération des cytotoxines : perforine et granzymes IV. REPONSE IMMUNITAIRE EN FONCTION DU GERME : L'ensemble du système immunitaire participe à l'élimination des agents pathogènes. Néanmoins, certains mécanismes sont au premier plan selon le type d'infection. 1. BACTERIES A DEVELOPPEMENT EXTRACELLULAIRE : Ces bactéries sont détruites essentiellement par les anticorps et les granulocytes neutrophiles. Du fait de leur pullulation extracellulaire, elles sont accessibles aux anticorps qui diffusent à l'ensemble du compartiment extracellulaire de l'organisme. Les germes les plus courants sont les staphylocoques, streptocoques, pneumocoques, méningocoques, hémophilus, proteus… *** Certaines toxines microbiennes activent la réponse anticorps et la production de cytokines de défense (TNF). Ces effets annexes peuvent avoir des consèquences pathologiques : choc septique en cas de libération brutale. 2. BACTERIES A DEVELOPPEMENT INTRACELLULAIRE : Ces bactéries sont détruites essentiellement par l'immunité à médiation cellulaire. Les germes les plus courants sont les mycobactéries dont le BK, listéria, salmonelles, brucelles, bacille de lépre ainsi que certains parasites intracellulaires (leishmanie) 3. VIRUS : L'élimination des virus est essentiellement fondée sur la destruction des cellules infectées. Cette destruction est opérée dans un premier temps par les cellules NK, non spécifiques et pré existantes à l'infection. Elle est ensuite mise en œuvre par les lymphocytes T cytotoxiques, dérivés d'une sous population T8. La défense antivirale est essentiellement est donc essentiellement cellulaire : les lymphocytes T4 y sont également impliqués, ne serait ce qu'à titre de Helper pour les T8. En parallèle, l'extension de l'infection est limitée grâce à l'action des interférons produits par les cellules infectées et qui inhibent la réplication virale dans les cellules encore saines. *** si la limitation de l'infection virale n'est pas suffisamment efficace, l'élimination des cellules infectées par les lymphocytes T cytotoxiques peut aller jusqu'à la destruction de l'organe atteint. (Hépatite fulminante). Les anticorps antiviraux peuvent jouer un rôle au début de l'infection (stade de virémie). Ils agissent directement sur les particules virales en empêchant leur pénétration cellulaire. C'est le cas de la poliomyélite, des oreillons, rubéole et hépatite A et B. 4. MYCOSES : leur élimination repose essentiellement sur l'immunité à médiation cellulaire. 5. PARASITES : Les mécanismes de défense contre les parasites sont conditionnés par le type d'infection et le stade du cycle de l'agent. Deux acteurs participent plus particulièrement dans de nombreuses infections parasitaires : - Les anticorps de classe IgE détruisent les parasites en activant deux types cellulaires différents. Les mastocytes et les basophiles qui libèrent les médiateurs toxiques de l'hypersensibilité immédiate et les macrophages activés par les IgE. - Les éosinophiles sont recrutés au cours des parasitoses par les lymphocytes T sous l'effet de l'IL5. Ils peuvent eux aussi détruire certains parasites, recouverts d'anticorps IgG ou IgE, qu'ils fixent au moyen de leur récepteurs pour le Fc des IgG (ou des IgE). *** Les déficits immunitaires cellulaires (ex : SIDA) favorisent des parasitoses graves : pneumocystose, toxoplasmose cérébrale… 78 BIOLOGIE Conclusion : L'organisme dispose de nombreux moyens pour lutter contre les infections par les micro-organismes bactériens, viraux, mycobactériens, mycosiques et parasitaires. Les moyens de défenses de l'organisme peuvent dans certaines circonstances, et indépendamment de tout déficit immunitaire, être mises à défaut. D'où l'intérêt de la vaccination qui consiste à introduire chez un individu une préparation antigénique dérivée de l’agent infectieux, de manière à lui faire produire une réponse immunitaire capable de le protéger contre une éventuelle infection ou d’en atténuer les conséquences. 79 BIOLOGIE Q22. Techniques cytogénétiques et leurs indications. I. La cytogénétique est une discipline médicale qui étudie les anomalies chromosomiques observées au cours des maladies génétiques constitutionnelles et des cancers. Les 2 principales techniques utilisées en cytogénétique sont le caryotype et l'hybridation in situ fluorescente (FISH). LA CYTOGENETIQUE CLASSIQUE : CARYOTYPE Le caryotype est l'identification et le classement des chromosomes d'un individu, chromosomes, dont la morphologie et le nombre sont constants et caractéristiques de l'espèce considérée. A. Etapes de réalisation du caryotype : On distingue 2 étapes indispensables pour la réalisation d'un caryotype : 1. Obtention des préparations chromosomiques : Les chromosomes ne sont visibles que pendant une courte durée, ces techniques visent à bloquer un max de cellules à ce stade. Elles passent par différentes étapes : a. Culture cellulaire : La plus part du temps on le fait sur des lymphocytes sanguins mais aussi sur des villosités choriales chez la femme enceinte, ou même des fibroblastes ou des cellules cancéreuses. Puis on bloque les cellules en métaphase, stade d'observation optimale des chromosomes, en utilisant la colchicine (antimitotique). b. Choc hypotonique : Les cellules seront plongées dans une solution hypotonique jusqu'à gonflement puis éclatement, ce qui permettra de libérer les chromosomes. c. Fixation et étalement par un mélange d'alcool + acide acétique d. Coloration des préparations : Les techniques classiques, utilisées en routine : - Une simple coloration au Giemsa permet de compter et de classer les chromosomes en fonction de leur taille et de leur indice centromérique. - Les méthodes de marquage révèlent le long des chromosomes une alternance de bandes transversales, faiblement ou fortement colorées, dont la séquence est spécifique de chaque paire chromosomique : o Les bandes G obtenues par dénaturation enzymatique (trypsine) et o Les bandes R par dénaturation thermique ont chacune un contenu spécifique en ADN. o Dans les 2 cas, les bandes ne deviennent visibles qu'après une coloration Giemsa. o Ces techniques permettent un marquage réciproque. Les techniques spécifiques : quelques colorations sont spécifiques de segments chromosomiques précis : - Les bandes C pour l'hétérochromatine constitutive (centromères et constrictions secondaires), - L'imprégnation argentique pour les organisateurs nucléolaires (régions contenant les gènes des ARN ribosomiques ou NOR). 2. Classement des chromosomes métaphasiques : établissement du caryotype Les chromosomes métaphasiques comportent un bras court (p) et un bras long (q), reliés par le centromère. Les chromosomes sont classés par paire, en fonction de leur taille et de la position du centromère. L’indice centromérique (rapport entre bras court et bras long) permet de décrire 3 types de chromosomes : - Les chromosomes métacentriques (position centrale du centromère p = q) - Les chromosomes submétacentriques (p << q) - Les chromosomes acrocentriques (p = 0) Le caryotype d’un individu comporte 46 chromosomes répartis en 23 paires : - 22 paires de chromosomes identiques chez l’H et la F (les autosomes) : classés dans un ordre de taille décroissante et numérotés de 1 à 22. - La paire restante représente les chromosomes sexuels (les gonosomes) : XX chez la ♀et XY chez l’♂. Le caryotype féminin normal : 46, XX - le caryotype masculin normal : 46, XY 80 BIOLOGIE Les bandes chromosomiques sont caractéristiques de chaque paire de chromosome. Le nombre de bande visible est variable d'une mitose à l'autre et dépend du niveau de condensation du chromosome. Plus les chromosomes sont condensés, moins on peut observer les bandes, et moins l'analyse permet de dépister des anomalies de petite taille. Un caryotype normal a une résolution de 300 à 500 bandes, c'est celui qu'on fait en métaphase. Des techniques de haute résolution permettent d'obtenir de 800 à 1000 bandes en bloquant les chromosomes en prométaphase. Ils permettent de mettre en évidence des anomalies de taille beaucoup plus petite. B. Les indications : 1. Caryotype standard : a. Chez le fœtus : Caryotype sur cellules amniotiques par amniocentèse, villosités choriales, ou sur lymphocytes par cordocentèse. Indications : - L’âge maternel ≥ 38 ans pour le diagnostic de la trisomie 21. - Les signes d’appel, échographiques (malformations) et biologiques. - Antécédents de maladies chromosomiques et héréditaires. b. En période périnatale : Chez un enfant mort né : - Caryotype sur fibroblastes (cordon, poumons, muscle…) - Indications : o Etiologie inconnue o Anomalie chromosomique en particulier un syndrome dysmorphique et/ou des anomalies viscérales. En période néonatale : - Devant toute association syndrome dysmorphique et/ou malformations et/ou retard psychomoteur. - Devant une ambiguïté sexuelle (pseudohermaphrodisme, dysgénésie gonadique, hermaphrodisme vrai) c. Durant l’enfance et la puberté : devant Retard psychomoteur (X fragile, Klinefelter…) Dysmorphie avec malformations viscérales non détectées en période néonatale Retard statural inexpliqué (Turner) Hypogonadisme (Klinefelter, Turner) d. Chez l’adulte : devant Un couple ayant un enfant porteur d’une aberration chromosomique Un bilan de stérilité après élimination des causes gynécologiques ou endocriniennes. 2 avortements précoces chez une femme. e. En cancérologie : Diagnostic de certaines pathologies cancéreuses, particulièrement les hémopathies malignes Intérêt pronostique car constitue un marqueur de l’évolution tumorale Dans le cadre du suivi des patients atteints de leucémies, il participe à la détection d’éventuelles rechutes et permet de contrôler l’efficacité de la greffe de moelle L’indication majeure reste la possibilité du diagnostic précoce, donc le traitement rapide, avant que la tumeur n’atteigne un stade métastatique. 2. Caryotype en haute résolution : ème Le caryotype en haute résolution est un examen de 2 intention, tjrs réalisé après un caryotype standard. Son indication est posée dans deux situations principales : - Préciser les points de cassures d'un remaniement dépisté sur un caryotype standard - Rechercher un micro remaniement quand la clinique évoque très fortement l'existence d'une anomalie chromosomique alors que le caryotype standard est normal. 81 BIOLOGIE II. LA CYTOGENETIQUE MOLECULAIRE : A. Description de la technique : Constitue une utilisation de la spécificité de l'appariement base à base de la molécule d'ADN pour identifier précisément un chromosome entier ou même un simple fragment Le principe de la technique repose sur l'utilisation d'une sonde moléculaire càd une petite séquence d'ADN ou ARN dont l'emplacement normal est connu dans le génome et qui est marquée chimiquement de façon à être repérée par la suite. Cette technique permet une caractérisation rapide des anomalies chromosomiques, elle est réalisée sur les métaphases ainsi que sur les noyaux interphasiques. Il s’agit de l’hybridation in situ fluorescente (FISH). Les principales étapes de sa réalisation sont : 1. Préparation chromosomique (techniques du caryotype classique) 2. Dénaturation de la sonde et de l’ADN chromosomique (consiste à séparer partiellement les deux brins constitutifs de la molécule) 3. Hybridation La sonde est mise en contact avec les chromosomes d'une mitose, elle s'hybride spécifiquement au niveau de sa séquence complémentaire. Les différents types sondes utilisés : - Sonde centromérique : utiles pour dénombrer les chromosomes et pour identifier l'origine des chromosomes marqueurs. - Sonde de peinture chromosomique : utiles pour interpréter certaines translocations et mee des échanges de petite taille, et identifier l'origine d'un fragment non identifié. - Sonde de locus spécifiques : utiles pour mee des remaniements impliquant une région chromosomique précise (micro délétion, translocation, inversions…) 4. Détection des hybrides par une analyse microscopique On peut visualiser la sonde au microscope dont l'emplacement identifie précisément la région chromosomique dont elle est complémentaire. Les sondes sont marquées soit par une molécule fluorescente (visible au microscope à fluorescence), soit par un haptène (qui sera reconnu par un anticorps fluorescent). B. Les indications : Préciser une anomalie découverte ou suspectée lors d'un caryotype standard ère En 1 intention dans le cas des syndromes micro délétionnels Conclusion : La cytogénétique classique via l’établissement du caryotype présente ainsi de nombreuses indications de la vie fœtale jusqu’à l’âge adulte. En effet, il joue un rôle considérable dans le cadre du diagnostic prénatal, il permet de détecter des maladies héréditaires en période post-natale et il participe au diagnostic précoce et au pronostic de certains cancers. L’hybridation in situ fluorescente permet la localisation précise des gènes de prédisposition pouvant intervenir dans la physiopathologie de maladies génétiques. 82 BIOLOGIE Q23. Chromosome : les anomalies chromosomiques et leurs mécanismes. I. Les chromosomes sont constitués d'une molécule d'ADN associée à de nombreuses protéines ; ils servent de support à l’information génétique. Le nombre de chromosomes par cellule est une caractéristique d’espèce ; dans l’espèce humaine, il y a 46 chromosomes. Les anomalies chromosomiques représentent tout remaniement du nombre ou de la structure des chromosomes qui peuvent être soit constitutionnelle soit acquise au cours des processus malins. Ils résultent d'un accident survenant soit au cours de la méiose, soit au cours d'une mitose, et peuvent impliquer un ou plusieurs chromosomes. Intérêt : leurs conséquences cliniques sont variables en fonction du remaniement considéré : - Les remaniements dits équilibrés (c'est-à-dire sans perte ni gain de matériel génétique) n'ont habituellement pas de conséquence pour le sujet porteur alors que - Les remaniements déséquilibrés se traduisent par des manifestations cliniques d'autant plus graves que la perte ou le gain de matériel est plus important. ANOMALIES DE NOMBRE : Résultent d'une mauvaise ségrégation des chromosomes au cours de la division cellulaire, les deux chromosomes d'une même paire migrant tous les deux vers la même cellule fille. Ces anomalies peuvent toucher aussi bien les chromosomes sexuels que les autosomes. A. Les aneuploïdies : Se traduisent par une modification du nombre total de chromosomes. Les plus fréquentes sont les trisomies et les monosomies qui résultent d’un problème de disjonction lors de la division méiotique (gamète avec un chromosome surnuméraire et gamète avec un Ch manquant). Les trisomies sont caractérisées par la présence d’un chromosome surnuméraire, le caryotype comporte alors 47 chromosomes et tous les chromosomes peuvent être touchés : - la plupart des trisomies occasionnent des avortements précoces. - les sujets porteurs d’aneuploïdies gonosomiques (47, XXX ; 47, XXY ; 47, XYY) ou de trisomie 21 sont viables à long terme. Les monosomies sont caractérisées par l’absence d’un chromosome au caryotype, ils entraînent un nombre important d’avortements précoces et les sujets atteints de monosomies ne sont jamais viables à l’exception de la monosomie X (Turner) B. Les polyploïdies L’existence au caryotype d’un nombre de chromosome égal à un multiple du complément haploïde > à 2. La triploïdie (3n soit 69 Chromosomes) et la tétraploïdie (4n soit 92 chromosomes) sont les polyploïdies observées dans l’espèce humaine. Ces anomalies constitutionnelles sont très rarement viables, et il est possible de les détecter dans certaines cellules cancéreuses à un stade avancé de la tumorigenèse. Exemple: 69, XXY triploïdie C. Le mosaïcisme : Les cellules somatiques d’un individu (dérivant du même zygote) peuvent posséder des formules chromosomiques différentes formant ainsi un caryotype en mosaïque. Le mécanisme correspond à une non disjonction mitotique postzygotique aboutissant à au moins 2 types de cellules avec des caryotypes différents. En général, le tableau clinique est atténué. Exemples : 45, X/ 46, XX/ 47, XXX - 46, XX/47, XX, +21 D. Le chimérisme Certains sujets sont issus de la fusion de deux ou plusieurs zygotes, ils possèdent donc des cellules ayant des génotypes différents et sont appelés chimères. Exemple : 46, XX/46, XY: chimère produite par une double fécondation, ou une fusion entre deux zygotes. 83 BIOLOGIE II. ANOMALIES DE SRUCTURE : Elles sont la conséquence d'un réarrangement du matériel chromosomique Elles peuvent être équilibrées n’entraînant généralement pas d’effets phénotypiques ou déséquilibrées dans le cas contraire. A. Anomalies touchant un seul chromosome : 1. Les inversions : Dues à une double cassure sur le même chromosome, suivies de recollement après retournement de 180° d u segment intermédiaire. Péricentriques si le centromère est inclus dans le segment intermédiaire, et paracentriques si les cassures se sont produites dans le même bras. 2. Délétion : Perte d'un fragment de chromosome. Il s'agit toujours d'une anomalie déséquilibrée. La délétion est dite interstitielle qd il y a perte d'un fragment intermédiaire (deux points de cassure comme dans l'inversion), terminale qd l'extrémité d'un bras chromosomique est concernée (un seul point de cassure). Cas particuliers : les microdélétions : = délétions de toute petite taille dont la caractéristique principale est de ne pas être visibles sur le caryotype standard. Ces pertes de matériel chromosomique concernent en effet au plus une sous-bande chromosomique et ne sont dépistées qu'avec les techniques de haute résolution ou par hybridation in situ fluorescente avec des sondes moléculaires spécifiques. 3. Duplication : Présence en double exemplaire d'une région chromosomique, cette anomalie est toujours déséquilibrée. La duplication est dite directe si le fragment dupliqué conserve la même orientation que le fragment d'origine, et inversée si le fragment dupliqué a une orientation inverse. 4. Iso chromosome : Perte d’un bras et synthèse d’un bras identique à celui qui reste Donc un iso chromosome est un chromosome formé de 2 bras identiques (longs ou courts) avec perte de l’autre bras. 5. Chromosome en anneau : Il s'agit d'un chromosome de forme circulaire, résultant d'une cassure sur chacun des deux bras du chromosome, suivie d'une fusion des extrémités libres du bras court et du bras long ; les deux fragments distaux sont perdus. Il s'agit donc toujours d'une anomalie déséquilibrée 6. Chromosome dicentrique : chromosome possédant un dédoublement du centromère B. Anomalies touchant plusieurs chromosomes 1. Translocation réciproque : Il s'agit d'un échange de matériel entre deux chromosomes non homologues après cassure sur chacun des chromosomes impliqués. Si cet échange s'accompagne d'une perte de matériel génétique, il est déséquilibré, sinon la translocation est dite équilibrée. 2. Translocation Robertsonienne : Cas particulier de translocation impliquant deux chromosomes acrocentriques (chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22) dont le bras court de très petite taille ne code que pour des gènes répétés. La translocation consiste en une fusion des chromosomes avec perte des bras courts, sans aucune conséquence clinique directe pour le sujet porteur 3. Insertion : Autre cas particulier de translocation ou un fragment de chromosome est inséré au sein d'un autre. Cette anomalie nécessite trois points de cassure 84 BIOLOGIE Conclusion : Les anomalies chromosomiques résultent d'un accident survenant soit au cours de la méiose, soit au cours d'une mitose. Ils peuvent impliquer un ou plusieurs chromosomes. On reconnaît par ailleurs les anomalies dites homogènes (quand toutes les cellules examinées portent l'anomalie) et les anomalies en mosaïque quand une fraction seulement des cellules est anormale). Les anomalies de structure sont nombreuses et diverses, mais les translocations et les délétions sont les principales rencontrées en pathologie humaine. 85 BIOLOGIE Q24. Différenciation et communication cellulaires : mécanismes cellulaires et moléculaires La communication cellulaire I. La vie de tout organisme pluricellulaire repose sur la communication et les interactions entre les cellules qui le composent. On distingue 2 types d'interactions cellulaires: - Par contact direct - Par l'intermédiaire des molécules de signalisation Communication cellulaire par contact direct: Se voit quand les deux cellules sont suffisamment proches l'une de l'autre. On distingue 2 types: 1. A travers les jonctions communicantes: Permettent le passage direct entre 2 cellules voisines de petites molécules : électrolytes (Ca 2+), seconds messagers (AMPc). 2. Par l'intermédiaire des molécules d'adhérence: Les molécules d'adhérence sont des G.P transmembranaires appartenant à 5 grandes familles: - les intégrines. - les cadhérines. - les sélectines - les Ig - les molécules riches en leucine. Selon la nature moléculaire et le type cellulaire, on distingue 4 types d'interactions cellulaires utilisant les molécules d'adhérence: - Homophilique : si molécules d'adhérence sont de même nature. - Hétérophilique : si molécules d'adhérence de nature différente. - Homotypique : si les cellules sont de même type. - Hétérotypique : si les types sont différents. Les molécules d'adhérence cellulaire (C.A.M) jouent un rôle important dans 3 circonstances: - Au cours du développement embryonnaire. - Lors des phénomènes de réparation cellulaire chez l'adulte normal. - Dans la lutte contre l'invasion tumorale. II. Communication cellulaire par molécules de signalisation : A. Définition des molécules de signalisation: Substance chimique d'origine cellulaire, capable de jouer le rôle de messagers en mettant en communication 2 cellules plus ou moins distantes l'une de l'autre. B. La nature et différentes familles des molécules de signalisation: La nature détermine leurs destinations cellulaires. 1. Hydrosolubles: Sont soit des molécules de gros poids moléculaire (peptides), soit des petites molécules dérivées des acides aminés (catécholamines) incapables de traverser la membrane cellulaire. Ces substances sont soit des hormones, soit des neurotransmetteurs. Elles sont captées par des récepteurs membranaires. a. Hormones peptidiques : Ho Hypothalamiques (TRH, CRH, GHRH, GnRH). Ho antéhypophysaires (GH, TSH, ACTH, prolactine, LH, FSH) 86 BIOLOGIE Ho posthypophysaires (ADH, ocytocine) Ho thyroïdiennes (calcitonine) Ho pancréatiques (insuline, glucagon) Facteurs endothéliaux (endothéline) b. Cytokines c. Eicosanoïdes (prostaglandines et thromboxanes) d. Neurotransmetteurs (N.A, Acétylcholine, sérotonine) et neuropeptides 2. Liposolubles: Molécules de petite taille, capables de diffuser à travers la membrane cellulaire et seront capté par des récepteurs intracellulaires (cytosoliques ou nucléaires). Selon leur nature biochimique, on les classe en: - Substances dérivées du cholestérol: formant la famille des hormones stéroïdiennes. - Composés gazeux: monoxyde d'azote (NO) et monoxyde de carbone (CO). Substances dérivées d'un acide aminé: la tyrosine formant la famille des hormones thyroïdiennes T3/T4. L'interaction entre les molécules de signalisation (en se liant d'où le terme de ligand) et leurs récepteurs aboutit à 3 types de modifications du comportement cellulaire: - Changements de perméabilité membranaire vis-à-vis des ions et de l'eau. Modifications des activités enzymatiques à la surface et à l'intérieur de la cellule. Modifications des activités transcriptionnelles. C. Les types de communication cellulaire: Dépendent de : la nature des cellules qui émettent et/ou reçoivent le signal moléculaire. la disposition de ces cellules les unes par rapport aux autres. 1. Endocrine: C'est une communication qui relie des cellules situées à distance les unes aux autres. Les cellules émettrices (appartiennent aux glandes endocrines) émettent des signaux chimiques par les molécules de signalisation (hormones). Ces dernières atteignent par la circulation sanguine les cellules cibles. 2. Paracrine: Elle est (à la différence de la communication endocrine) le moyen utilisé par des cellules voisines dont la proximité rend inutile l'utilisation de la circulation sanguine pour amener un message à distance de son lieu d'origine. 3. Neurocrine: Semblable à la communication paracrine mais ne s'établit qu'entre 2 cellules nerveuses (synapse neuro-neuronale) ou entre une cellule nerveuse et une cellule musculaire (synapse neuromusculaire). 4. Autocrine: on parle de communication autocrine lorsqu'un signal agit sur la cellule qui lui a donné naissance. 5. Intracrine: forme particulière de la communication autocrine : dans ce cas, le signal ne sort pas de la cellule qui le synthétise et agit sur elle en se liant à un récepteur intracellulaire. D. La transduction du signal : 1. À partir des récepteurs membranaires : Ces récepteurs sont des protéines transmembranaires ayant la double capacité: - de reconnaître spécifiquement une molécule de signalisation (ligand). - d'induire des modifications (à la surface ou à l'intérieur) de la cellule. 87 BIOLOGIE On distingue 3 classes de récepteurs membranaires: a. Les Rc couplés à une protéine G (RCPG) : Les protéines G sont des protéines membranaires qui participent aux voies de transduction des signaux, en recevant ceux-ci d’un récepteur membranaire et en les transmettant à un effecteur. Les protéines G sont formées de trois sous-unités : α, β et γ, chacune de ces trois sous-unités ayant de nombreuses isoformes. En l’absence du signal, les trois sous-unités sont liées et la sous-unité α lie une molécule de GDP. L’apparition du signal active la libération de ce nucléotide et son remplacement par un GTP qui active la protéine G. Cette activation permet la libération de la sous-unité α qui seule va se lier à l’effecteur. La sous-unité α, activée par le GTP lié, transmet le signal à l’effecteur (adénylate cylase, phospholipase, etc...) en l’activant ou en l’inhibant. La sous-unité α, liée à l’effecteur, hydrolyse le GTP en GDP + phosphate (extinction du signal), ce qui la détache de l’effecteur et permet la réassociation des trois sous-unités de la protéine G qui reprend sa structure initiale au contact du récepteur. b. Les Rc –canaux : Sont principalement impliqués dans la transmission du signal synaptique. Le mieux connu est le Rc nicotinique musculaire de l'acétyl choline. Le canal ionique ouvert perméable à Na+ et à K+ et au Ca2 +. c. Les Rc-enzymatiques (ou catalytiques) : Agissent directement comme des enzymes. C'est l'exemple du récepteur de l'insuline. 2. Les récepteurs nucléaires intracellulaires des hormones liposolubles: La majeure partie voyage sans cesse entre les deux compartiments : cytosolique et nucléaire. Ils sont synthétisés dans le cytosol, sont ensuite transportés dans le noyau à travers les pores nucléaires. Le complexe Rc-Ho se fixe sur l'ADN au niveau des séquences nucléotidiques spécifiques et active ou inhibe la transcription d'un gène particulier. 88 BIOLOGIE La différenciation cellulaire I. II. La différenciation cellulaire est l’acquisition par une cellule ou une population cellulaire de caractères morphologiques originaux habituellement en rapport avec une spécialisation fonctionnelle, assurant donc des fonctions spécialisées dans l'organisme. Les mécanismes permettant le développement de l'embryon, résultent de la différenciation des cellules souches et de la formation de tissus et d'organes. Et c’est le programme génétique de la cellule qui va dicter le développement. L’étude des mécanismes de la différenciation cellulaire occupe une place prépondérante dans la compréhension de la biologie du développement. Intérêt de la différenciation : Différentiation veut dire une diversité anatomique et physiologique des cellules (Structure et fonction) L'un des faits les plus marquants du développement embryonnaire est la génération d'une diversité de cellules à partir d'une cellule unique (l'œuf fécondé). Chez les organismes pluricellulaires, il y a répartition des tâches, si bien que certaines cellules (en général regroupé en organe) assurent certaines fonctions pour l'ensemble de l'organisme alors que d'autres se spécialisent et assurent d'autres fonctions. Les niveaux de différenciation cellulaire : 1. Différenciation au niveau tissulaire : Lors des processus de différenciation, certaines cellules forment un ensemble coopératif ou tissu. Par exemple, des cellules peuvent s'associer par des jonctions, quel que soit leur type, et former un épithélium (tissu jonctif). Cette organisation s'oppose aux tissus conjonctifs où les cellules sont isolées dans une matrice extracellulaire. Les techniques utilisées pour l’étudier sont la microscopie et les techniques de coloration. 2. Différenciation au niveau cellulaire : Lors de sa différenciation, une cellule peut acquérir des caractères qui permettront de la différencier des autres types cellulaires. Ainsi, une cellule musculaire striée squelettique (rhabdomyocyte) présente des filaments contractiles cytoplasmiques réalisant une striation. 3. Différentiation moléculaire : Il y a les différences profondes dans la structure moléculaire des cellules avec une fonction différente. Par exemple les molécules dans la rétine sont différentes des molécules dans un tendon. Elle est étudiée par techniques immunohistochimiques et FISH. III. Les mécanismes de différentiation les plus importants sont = MITOSE ASYMETRIQUE ET INDUCTIONS : 1. Les mitoses asymétriques : Lors de la mitose les 2 cellules filles sont différentes par leurs quantités ou constituants cytoplasmiques. 2. Les inductions ou interactions entre cellules voisines: Certaines cellules vont émettre des signaux chimiques perçus par les cellules voisines grâce à des récepteurs de surface. On parle d’induction lorsque le devenir d’une population cellulaire (induite) est modifié par une autre population cellulaire (inductrice). Les cellules induites auront des caractéristiques différentes des originaux. 89 BIOLOGIE IV. Les étapes de la différenciation cellulaire : La différenciation cellulaire est un processus qui s’établit d’une manière progressive et non brutale. V. 1. Notion de cellules souches : Dans un tissu normal, il existe des cellules souches, qui peuvent se reproduire pour donner soit des cellules identiques à elles-mêmes soit des cellules qui vont débuter leur différenciation. Elles sont peu nombreuses et vont se multiplier de façon différente en fonction du tissu. 2. Engagement : Quand une cellule indifférenciée commence à acquérir des caractères nouveaux, on parle d’engagement dans une voie de la différenciation. C’est un processus précoce qui peut être réversible ou non. 3. Spécification : Une cellule engagée n’est pas toujours capable d’achever son programme de différenciation lorsqu’elle est isolée des tissus environnants, elle a besoin d’influences externes. Une cellule est dite spécifiée à partir du moment où une cellule n’a plus besoin d’influences externes pour parvenir à sa différenciation. Une cellule spécifiée peut encore être sensible à son environnement qui peut forcer la différenciation vers une autre voie. 4. Détermination : Quand une cellule spécifiée est engagée de façon irréversible dans une voie de la différenciation et que les influences externes ne peuvent plus modifier son devenir, on parle de « cellule déterminée ». 5. Différenciation terminale : Elle correspond à des fonctions très spécialisées. Certaines cellules, muscle, nerf persistent pendant toute la vie de l’individu. D’autres, cellules épidermiques, de l’intestin, etc., meurent très rapidement après la différenciation et doivent être renouvelées en permanence. Les mécanismes moléculaires de la différenciation cellulaire : La construction d'un organisme nécessite un programme génétique de différenciation cellulaire et un programme morphogénétique de mise en place des tissus. Il y a donc une complexification du contenu de l'information génétique. Seulement certains gènes seront exprimés. Toutes les cellules sont égales génétiquement mais pas phénotypiquement. La différenciation va consister en une perte de l'expression de certains gènes. Les gènes exprimés par une cellule vont dépendre de son origine embryonnaire, de l'étape de développement, de l'environnement et de la fonction à remplir. La différenciation est en rapport avec des gènes qui répriment ou expriment d’autres gènes. Elle débute très tôt dans la vie embryonnaire : au début, les cellules se multiplient beaucoup, puis elles commencent à se différencier et à migrer. Cette différenciation est parfois contrôlée par des protéines particulières (onco-proteines plasmatiques) qui ne seront plus exprimées par la suite, mais pourront s’exprimer de nouveau en cas de cancer. La différenciation cellulaire est une étape du développement embryonnaire et de la croissance correspondant, pour les cellules, à l’acquisition de nouvelles propriétés : morphologiques, structurales, fonctionnelles. Sur le plan génétique, la différenciation cellulaire apparaît comme l’expression d’une partie de l’information génétique. 90 BIOLOGIE Q25. L’apoptose : mécanismes cellulaires et moléculaires L’apoptose est une forme active et programmée de mort cellulaire, sous contrôle génétique, qui constitue une réponse de l’organisme à des stimuli physiologiques ou pathologiques provoquant un déséquilibre entre production et élimination de cellules. Elle est totalement différente de la nécrose, tant d'un point de vue morphologique que biochimique. Intérêt : - - I. Pathologique : une dérégulation de l'apoptose peut-être à l'origine de nombreuses pathologies : o inhibition de l'apoptose (cancer, syndromes lymphoprolifératifs,…) o stimulation de l'apoptose (SIDA, maladies neurodégénératives, maladies auto-immunes...) Perspectives thérapeutiques : inhibiteurs des caspases, vaccins, thérapie génique. MECANISMES CELLULAIRES : Au cours de l'apoptose, les cellules mettent en place un "mécanisme de suicide" qui se traduit par de nombreux changements morphologiques : - Diminution du volume cellulaire, - Condensation du cytoplasme et de la chromatine, bourgeonnement de la membrane plasmique, perte de contact, fragmentation en vésicules (corps apoptotiques). - Modification membranaire : translocation de phosphatidyl-sérine sur la face externe. - Modification nucléaire : clivage de l’ADN au niveau régions inter-nucléosomales → La cellule se scinde en corps apoptotiques dont les membranes restent intactes, et qui sont ensuite rapidement éliminés par les cellules adjacentes, sans réaction inflammatoire. A la différence, au cours de la nécrose qui est une mort cellulaire non programmée, accidentelle, la cellule éclate et son contenu se retrouve dans le milieu environnant provoquant une réaction inflammatoire. II. MECANISMES MOLECULAIRES : A. Le déroulement de l'apoptose : L'apoptose est une forme de mort cellulaire active qui nécessite la participation de la cellule pour sa propre mort par le biais d'événements intracellulaires qui sont en fait placés sous contrôle génétique. Le processus apoptotique peut-être décomposé en 3 phases successives : 1. Phase d'induction : C'est une phase de réception des signaux inducteurs d'apoptose (agents chimiothérapeutiques, UV et irradiation gamma, oxydants, VIH, cytokine…) 2. Phase effectrice ou d'exécution de l'apoptose Cette phase d'exécution encore appelée phase effectrice se caractérise par l'intégration des signaux et ensuite l'activation de protéines « carrefour » que sont les caspases (cysteinyl aspartate-specific proteinase). 3. Phase de destruction cellulaire et d'élimination Cette étape marque le début de la phase de destruction cellulaire et l'élimination des corps apoptotiques. B. Structure et fonctions des caspases 1. Structure des caspases : Chez l’Homme, 14 caspases différentes Les caspases sont des cystéine-protéases cytosoliques qui clivent de nombreux substrats Elles existent sous forme de pro-enzymes activés par clivage et dimérisation Il existe deux grandes familles de caspases - Caspases initiatrices : (caspases 2, 8, 10 et 9) dont le substrat = caspase - Caspases effectrices : (caspases 3, 6 et 7) dont le substrat = protéines cellulaires Les substrats des caspases effectrices sont les protéines de structure, enzymes de réparation de l’ADN, protéines cytoplasmiques. 91 BIOLOGIE 2. Voies d'activation des caspases : Il existe deux voies d'activation des caspases conduisant à l'apoptose: 1. La voie des récepteurs de mort : C’est l’interaction de TNFR1 ou de Fas avec leur ligand naturel (ou un anticorps monoclonal agoniste) qui permet l’assemblage d’un complexe multiprotéique cytoplasmique (contenant la protéine FADD) appelé DISC (death-inducing signaling complex). Ce complexe initie l’enclenchement de la cascade apoptotique par activation de la procaspase-8. Au terme de cette cascade c’est la caspase effectrice 3 qui est activée. → Cette voie déclenchée par des stimuli externes passant par des récepteurs de mort est la voie extrinsèque des récepteurs membranaires. 2. La voie mitochondriale : Dans cette voie d'activation les mitochondries sont « stimulées » et induisent alors la libération du cytochrome-c dans le cytosol. Une fois libéré dans le cytosol, le cytochrome-c va se fixer à une protéine adaptatrice équivalente à FADD de la voie extrinsèque : la protéine Apaf-1, et va l'activer. Une fois activée cette protéine Apaf-1 est capable de se lier à la procaspase-9. Il se forme alors un complexe trimoléculaire encore appelé « Apoptosome » constitué par le cytochrome-c/Apaf-1/procaspase-9 qui va permettre toujours par un mécanisme de protéolyse l'activation de la procaspase-9. La caspase-9 active pourra à son tour activer d'autres caspases et notamment la caspase- → Cette voie déclenchée par des stimuli internes, et indépendante des récepteurs de mort est la voie intrinsèque mitochondriale C. La régulation de l'apoptose : C’est au niveau des complexes multiprotéiques (DISC et apotosome) que la plupart des modulateurs de la mort cellulaire exercent leur action. 1. Les régulateurs du DISC Les FLIP (FADD-like ICE inhibitory proteins) sont des protéines régulatrices de l'apoptose qui agissent au niveau de la formation du DISC. Elles modulent l'activité du DISC : elles sont capables de bloquer un signal de mort cellulaire induit par le récepteur Fas 2. Les régulateurs de l’apoptosome IL existe différents éléments de régulation a. Les protéines codées par la famille des gènes Bcl-2 régulent soit positivement soit négativement la mort cellulaire programmée. = protéines anti- apoptotiques telles que bcl-2, bcl-x, bcl-w, et aussi des protéines pro-apoptotiques telles que bax, bak, Bad, Bid, Bim b. Les IAP et Smac/DIABLO : ce sont deux régulateurs principaux des caspases Les IAP (Inhibitor of apoptosis protein), sont des protéines qui inhibent la mort cellulaire en se liant directement aux caspases (aussi bien activatrices, qu'effectrices) empêchant ainsi leur clivage et leur activité. La protéine Smac/DIABLO se lie aux protéines inhibitrices de l’apoptose (IAP) et les inactive. Elle neutralise ainsi les activités anti-apoptotiques des IAP (inhibitors of apoptosis). C’est un répresseur d’inhibiteur de caspases. 92 BIOLOGIE III. APPLICATIONS : les apoptoses pathologiques Toute apoptose inappropriée peut contribuer au développement et à la progression de diverses pathologies, qu'elles soient liées à une inhibition ou à un excès de ce programme. MALADIES ASSOCIEES A UN DEFAUT D'APOPTOSE - - MALADIES ASSOCIEES A UN EXCES D'APOPTOSE 1. Cancer : Lymphomes folliculaires Carcinome avec mutation du géne P53 Tumeur hormono-dépendantes (cancer du sein, ovaire, prostate) - 2. Maladies auto-immunes LEAD - 1. SIDA 2. Troubles neurodégénératifs : Maladies d'Alzheimer Maladie de Parkinson SLA 3. Ischémies : Du myocarde Cérébrale 4. Hépatites fulminantes Conclusion : L'apoptose physiologique intervient aussi bien au cours du développement embryonnaire (création d'orifices, sculpture de l'embryon par élimination), à l'âge adulte (suppression de facteurs de croissance, régulation hormonale de l'homéostasie, équilibre immunitaire, érythropoïèse, renouvellement cellulaire et sénescence), qu'au cours de différentes pathologies. Rôle central des mitochondries dans l'apoptose, hormis celui de fournisseur d'énergie. Perspectives thérapeutiques importantes pour les pathologies dues à un dysfonctionnement de l'apoptose 93 BIOLOGIE Q26. Hématopoïèse : Facteurs de régulation L’hématopoïèse est "l’ensemble des mécanismes impliqués dans la production des diverses cellules sanguines à partir de la cellule souche hématopoïétique", incluant : - Des structures privilégiées pour la croissance des cellules de l’hématopoïèse : un micro environnement spécifique, Des mécanismes d’auto-renouvellement des cellules souches, Une capacité de différenciation pour produire un type donné de cellule sanguine, Des mécanismes moléculaires induisant la prolifération et/ou la survie des progéniteurs (facteurs de croissance et leurs récepteurs). La régulation de l'hématopoïèse permet de moduler en permanence la production des cellules sanguines en fonction des besoins. Elle permet en cas de besoins accrus, par exemple en cas d'anémie ou d'hémolyse, l'augmentation de la production de globules rouges et l'accélération de l'érythropoïèse : 3 à 4 j au lieu de 7 j. Intérêt : capital pour la compréhension, exploration et le traitement de certaines affections hématologiques et cancéreuses. I. L'hématopoïèse et les cellules souches hématopoïétiques : ème L'hématopoïèse a lieu après la naissance dans la moelle osseuse qui, vers le 4 mois commence à être colonisée, et sera le site exclusif de l'hématopoïèse à la naissance et pour toute la vie (tous les os jusqu’à 4 ans, puis uniquement les os courts et plats : sternum, côtes, vertèbres, bassin). Schématiquement on définit 3 compartiments cellulaires : 1. Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) totipotentes. Elles ont deux fonctions : d’une part leur propre renouvellement et d’autre part la différenciation vers toutes les lignées hématologiques. 2. Progéniteurs hématopoïétiques = cellules souches orientées Cellules souches prédifférenciées, prolifèrent et se différencient vers une seule lignée cellulaire sans autorenouvellement Ce seront successivement : - Des progéniteurs multilignées : CFU – GEMM ou colony forming unit – Granulocytes – Erythroblastes – Mégacaryocytes - Monocytes, pouvant donner naissance aux diverses cellules myéloïdes, - Puis des progéniteurs restreints ou différenciés, pouvant donner naissance à 2 lignées (CFU – EMk, et CFU – GM) ou restreints à une seule lignée (CFU – G, CFU – M…). L’étape suivante sera la naissance des divers précurseurs qui se différencieront en cellules matures, migrant finalement dans le sang périphérique. 3. Les précurseurs de l’hématopoïèse. Ce sont des cellules morphologiquement reconnaissables engagées vers une ou l’autre des lignées sanguines. Ces cellules sont capables d’un nombre limité de mitoses et sont normalement localisées dans la moelle osseuse, et peuvent être étudiés par leur morphologie sur le myélogramme. 94 BIOLOGIE II. Régulation de l'hématopoïèse : L'hématopoïèse est régulée par un système complexe de facteurs de croissance et d’inhibiteurs, le tout dans un écosystème très adapté: le microenvironnement médullaire. A. Facteurs de croissance : Les divers FC et leurs récepteurs sont des glycoprotéines produites par différents types de cellules. Ils s’appellent interleukines (IL) ou CSF (colony stimulating factors) 1. Origine des facteurs de croissance : Fibroblastes, cellules endothéliales et macrophages produisent GM-CSF, G-CSF, CSF1 et KL. Les cellules T et les macrophages produisent diverses cytokines au niveau du site de l’inflammation. L’EPO : produite par les cellules péritubulaires rénales. TPO : synthétisée dans le foie, et un peu dans le rein 2. Les facteurs stimulateurs : a. Facteurs de croissance des granulocytes et des macrophages : GM-CSF permet la croissance et la différenciation vers les granulocytes et les monocytes. Le G-CSF permet la différenciation vers les neutrophiles et le CSF-1 vers les monocytes L’IL-5 permet la différenciation vers les éosinophiles. Les progéniteurs GEMM en présence de TNFα et GM-CSF ou IL3 permettent la production des cellules dendritiques. La différenciation des mastocytes est possible avec le KL (Kit ligand). b. Les facteurs de croissance mégacaryocytaires : Thrombopoïétine (TPO) et son récepteur appelé mpl présent sur les plaquettes et sur les Mk. c. Facteurs de croissance pour les lymphocytes B SCF et IL-3 orientent la différenciation du progéniteur totipotent médullaire en BCP L’IL-7 aide à la prolifération des progéniteurs B (BCP). 95 BIOLOGIE d. Facteurs de croissance des érythroblastes L'érythropoïetine (EPO) est le régulateur physiologique principal de l'érythropoïèse sur laquelle elle agit spécifiquement et directement. Synthétisée par les cellules péri tubulaires du cortex rénal, en réponse à un stimulus électif : l'hypoxie. Il est donc sensible à la pression en oxygène du sang. Les proérythroblastes et les CFU-E entrent en apoptose en l'absence d'EPO, qui est donc plutôt un facteur anti-apoptotique. IL3 et le GM-CSF agissent au niveau des progéniteurs érythroïdes immatures, le stem cell factor (SCF) intervient jusqu’au stade de CFU-E, et l’érythropoétine surtout à partir des stades de BFU-E matures. KL, IGF-1 3. Les facteurs inhibiteurs : Interférons TGF (Transforming Growth Factor) TNF (Tumor Necrosis Factor) synthétisé par les monocytes et lymphocytes T Lactoferrine (PNN) → inhibition de la synthèse de G-CSF par les monocytes, isoferritine acide, PG 4. Récepteurs des facteurs de croissance : Les facteurs de croissance agissent par l'intermédiaire de récepteurs spécifiques couplés à des enzymes et impliqués dans les interactions cytokiniques : 2 sont majeures pour l’hématopoeise : - Récepteurs tyrosine kinases et - Récepteurs associés à des tyrosine kinases. B. Stroma ou microenvironnement. Outre les cellules de l’hématopoïèse, les organes hématopoïétiques sont constitués d’un stroma ou microenvironnement, qui a lui-même 2 composantes : 1. Des cellules : Fibroblastes spécialisés, adipocytes, macrophages, lymphocytes, cellules endothéliales (des capillaires et des sinusoïdes), cellules souches de divers types mais non hématopoïétiques. Les diverses cellules stromales sont une source de facteurs de croissance, et les contacts cellules stromales – CSH sont nécessaires. 2. Une matrice extra cellulaire MEC : Elle est composée de diverses protéines fibreuses, glycoprotéines et protéoglycannes qui sont produites par les cellules stromales, et auquel viennent adhérer les cellules hématopoïétiques. Cette adhérence se fait par l'intermédiaire de molécules d'adhésion : les intégrines et les sélectines, et est capitale puisque la matrice constitue un réservoir considérable en facteurs de croissance. III. Les applications cliniques : Greffes de moelle : afin de réduire la toxicité hématologique induite par la chimiothérapie à fortes doses En cancérologie : G-CSF et GM-CSF permettent - L’activation de la différenciation cellulaire entraînant la maturation des cellules leucémiques qui deviennent alors incapables de proliférer ce qui potentialise l’action de la chimiothérapie - La stimulation de l’hématopoïèse normale permettant une réduction des neutropénies Les aplasies médullaires en attendant l’allogreffe Les neutropénies constitutionnelles L’EPO est utilisée lors d’anémie chez : l’IR, le prématuré, les porteurs de MICI, les sujets HIV+ traités par AZT, patients sous chimiothérapie, mais aussi lors de la préparation à l’autotransfusion et le dopage sportif TPO : thrombopénies induites par la chimiothérapie Conclusion : L’hématopoïèse est l’ensemble des mécanismes qui assurent le remplacement continu et régulé des différentes cellules sanguines. En outre des facteurs de croissance, il existe d'autres éléments intervenant dans l'hématopoïèse notamment la vitamine B12 et folates, certains oligoélèments et minéraux (fer, cuivre, zinc) et acides aminés. L'exploration de l'hématopoeise est possible grâce à des moyens simples (NFS, réticulocytes, myélogramme) ou plus spécialisés (dosage des facteurs de croissance EPO TPO, scinti médullaire, culture de progénteurs) 96 BIOLOGIE Q27. Hémolyse : mécanismes et méthodes d’exploration I. L’hémolyse physiologique est la "destruction des GR arrivés au terme de leur vie circulatoire de 120 j, et la conséquence de la libération puis du catabolisme de l’hémoglobine qu’ils contiennent". Les globules rouges (GR) vieillis disparaissent du torrent circulatoire par un mécanisme intra tissulaire (85%), et pour une petite partie par hémolyse intra vasculaire (15%). L’hémolyse pathologique amplifie l’un ou l’autre de ces 2 mécanismes, et par conséquent diminue la durée de vie du GR. Intérêt : compréhension de la physiopathologie des anémies hémolytiques et des méthodes de diagnostic. HEMOLYSE PHYSIOLOGIQUE : A. Mécanismes : A la sortie de la MO, le GR a un stock prédéterminé en enzymes, mais étant dépourvu de noyau, il est incapable de synthétiser des protéines et de reconstituer ses réserves. Ainsi, 2 mécanismes peuvent être responsables d'une hémolyse physiologique : 1. Vieillissement du GR : Au cours du vieillissement du GR, ses constituants diminuent en nombre et perdent leur activité. Tout ceci aboutit à une ↓ de la plasticité et une ↑ de la rigidité globulaire rendant le GR plus vulnérable au captage par le système réticulo-endothélial. 2. Erythropoïèse inefficace physiologique. Chez le sujet sain environ 15% de l’érythropoïèse n’aboutit pas à la production de GR : les érythroblastes défectueux sont phagocytés par les macrophages médullaires, et leurs composants sont dégradés. B. Siège : 1. Hémolyse intra tissulaire : Prépondérante à l’état normal (85%), elle est assurée par les macrophages de la moelle osseuse, de la rate et du foie. En pathologie les GR légèrement altérés seront plutôt phagocytés dans la rate, alors que fortement altérés ils le seront aussi bien dans la rate que le foie. Les globules rouges phagocytés sont détruits dans le cytoplasme des macrophages : - La membrane est décomposée, - Le fer est repris par la sidérophiline, transporté et réintroduit dans les érythroblastes, - La globine est dégradée en acides aminés, - La protoporphyrine de l'hème est métabolisée en biliverdine puis en bilirubine qui est libérée dans le plasma sous forme libre (ou non conjuguée). Fixée sur l'albumine, elle est transportée vers le foie où elle subit, dans l'hépatocyte, une glycuro-conjugaison qui la transforme en bilirubine conjuguée. Elle est ensuite excrétée par la bile dans le duodénum où elle est transformée en stercobiline (éliminée dans les selles) et en urobilinogène et urobiline dont une partie (15%) est réabsorbée (cycle entéro-hépatique) et finalement éliminée dans les urines. → En cas d'hyper hémolyse intra tissulaire chronique on aura : ↑ bilirubine libre et LDH et fer sérique, haptoglobine peu ↓, anémie NN régénérative, avec cliniquement un ictère cutanéo muqueux, pâleur et SMG. 2. Hémolyse intra vasculaire : Représente environ 15% de l’hémolyse physiologique, par lyse osmotique des GR vieillis ou fragmentation (diminution de déformabilité) dans les capillaires de taille réduite, et libération du contenu globulaire : hémoglobine, LDH, K+… L’Hémoglobine est libérée dans le plasma où elle forme un complexe avec l'haptoglobine, synthétisée par le foie. La taille du complexe haptoglobine-hémoglobine ne lui permet pas de traverser le glomérule rénal. Ce complexe est donc capté par l'hépatocyte au niveau duquel l'hémoglobine est dégradée en bilirubine. En cas d’excès d’Hémoglobine libre dans le plasma suite à une hyperhémolyse, l’Haptoglobine plasmatique peut disparaître totalement. L’Hb libre est alors en partie captée par les hépatocytes, et en partie dissociée en dimères alpha-bêta qui traversent le filtre glomérulaire rénal et sont partiellement réabsorbés. La réabsorption est limitée et aboutit à une hémoglobinurie et une tubulopathie (qui avec l’état de choc induit l’insuffisance rénale aiguë). Une fraction de l’hémoglobine libre est catabolisée au niveau du tubule et il apparaît une hémosidérinurie. L'exploration de l'hémolyse physiologique se fait par marquage radioactif au chrome 51 (dépassé). 97 BIOLOGIE II. Hyperhémolyse ou hémolyse pathologique : C’est la diminution de la durée de vie des GR au dessous de 120j, et cela par deux mécanismes principaux : A. Mécanisme : Soit une anomalie du globule rouge : hémolyse corpusculaire ou globulaire secondaire à : - Une anomalie de la membrane : maladie de Minkowski-Chauffard ou sphérocytose héréditaire Une anomalie de l'hémoglobine : o Soit hémoglobinopathie : mutation d'un acide aminé sur une chaîne de la globine (Drépanocytose). o Soit déficit de synthèse d'une chaîne de la globine (Thalassémie). - Un déficit enzymatique en PK ou en G6PD. Soit secondaire à une agression extrinsèque des hématies : hémolyse extracorpusculaire. Cette agression peut être d'origine : - - Toxique ou médicamenteuse (sulfamides, pénicillines…) Immunologique : o Allo immunisation : accident de la transfusion sanguine, anémie hémolytique du nouveau né RH o Auto immunisation : anémie hémolytique auto-immune (autoanticorps) Mécanique : Prothèses intracardiaques, hémolyse d'effort, microangiopathie Infectieuse : septicémie, palludisme. → Conséquences : destruction intravasculaire des GR avec anémie aigue, hémoglobinémie, haptoglobine effondrée, ↑bilirubine libre, ↑ LDH. B. Exploration : 1. Affirmer l’hyper hémolyse : Anamnèse : ATCD familiaux de maladie congénitale, personnels (valve, infection, transfusion…) Examen clinique : pâleur – ictère – splénomégalie Biologie : - NFS + réticulocytes : anémie inconstante normochrome très régénérative (parfois arégénérative) - Signes d’hyper catabolisme de l’Hb : ↑ BNC, ↑ fer sérique, ↑LDH, ↓ haptoglobine 2. Déterminer le siège de l’hyper-hémolyse : Intra-vasculaire : fièvre, frissons, lombalgies, risque de choc avec anurie secondaire. Biologiquement : ↑BNC, ↑LDH plasmatiques, ↑hémoglobinémie, ↑hémoglobinurie, ↓haptoglobinémie Extra-vasculaire : SMG, HMG, ↑ BNC 3. Le bilan étiologique : Recherche des anomalies corpusculaires : Etude de la résistance corpusculaire aux solutions hypotoniques Morphologie des GR sur frottis Dosage des enzymes globulaires : G6PD, pyruvate kinase Electrophorèse de l’Hb + test de falciformation. Epreuve de l’auto hémolyse in vitro Recherche des anomalies extra corpusculaires : Test de Coombs direct Hémoculture – Goutte épaisse Recherche d’agglutinines froides Recherche des hémolysines Conclusion L’hémolyse est un phénomène physiologique qui devient pathologique quand il survient sur un GR jeune, les étiologies en sont multiples. L’étude de l’hémolyse permet de comprendre les anémies hémolytiques. 98 BIOLOGIE Q28. Systèmes de groupes érythrocytaires et leurs applications : diagnostic, transfusion et transplantation I. Les groupes sanguins, ou phénotypes érythrocytaires, correspondent à des antigènes membranaires de l’érythrocyte, dont l’expression est déterminée par une série de systèmes génétiques polymorphes. Diverses catégories d’antigènes érythrocytaires représentent une vingtaine de groupes sanguins dont les principaux sont les systèmes ABO et Rhésus. Ces antigènes, introduits dans un organisme qui les reconnaît comme étrangers, peuvent être la cible d’anticorps sérique naturels ou immuns, responsables d’une lyse cellulaire parfois grave, voire mortelle. Cette situation de conflit immunologique s’exprime dans deux domaines de la pathologie : - Les accidents immunologiques transfusionnels et - L’incompatibilité fœto-maternelle. SYSTEMES DE GROUPES ERYTHROCYTAIRES : A. Le système ABO : C’est le premier système érythrocytaire découvert, c’est le plus connu et le plus élucidé. 1. Aspect génétiques et biochimiques : a. Les antigènes A et B : Répartition : hématies, autres cellules sanguines (leucocytes et plaquettes), autres tissus (sauf tissu conjonctif et système nerveux central), et dans les sécrétions. Nature biochimique : sont construits par des enzymes spécifiques : les glycosyltransférases A et B. Le phénotype : - Il comprend l’ensemble des antigènes s’exprimant à la surface du globule rouge. - Par CONVENTION, le groupe sanguin ABO est défini par les antigènes présents à la surface des GR. b. Gènes : L’expression phénotypique des Ag A et B est sous la dépendance de 2 gènes indépendants : Gène H : permet la fixation du fucose sur un mucopolysaccharide de base formant ainsi l’Ag H ou substance H ème 2 gène avec trois allèles A, B, O : occupe un locus situé sur le chromosome 9 : - Les gènes A et B sont codominants, et le gène O est récessif - Les sujets qui ont l’allèle A transforment l’Ag H en Ag A par fixation d’un sucre N-Acétyl galactosamine. - Les sujets qui ont l’allèle B transforment l’Ag H en Ag B par fixation d’un sucre galactose. - L’allèle O est non fonctionnel du fait d’une délétion importante de la séquence codante, et aucune enzyme active n’est produite. A l’état homozygote, il conduit à l’absence d’antigène A ou B sur les hématies, correspondant au phénotype O. Les individus de groupe O possèdent une grande quantité d’antigène H sur leurs hématies. - On définit ainsi : 6 génotypes : AA, AB, BB, OO, AO, BO 4 phénotypes : A, B, O, AB selon que le sujet est homo ou hétérozygote Groupe AB A B O Gènes H+A+B H+A H+B H Antigènes A-B A B - Ac naturels Anti B Anti A Anti A + Anti B 2. Les anticorps anti-A et anti-B : a) Les anticorps naturels : Les anticorps anti-A et anti-B, dirigés contre les antigènes du système ABO, sont des anticorps naturels réguliers, c’est à dire qu’ils sont présents de façon constante chez tout individu adulte qui ne possède pas le(s) antigène(s) A et/ou B, en dehors de toute stimulation antigénique. 99 BIOLOGIE Ainsi, les individus de groupe A produisent des anti-B, les individus de groupe B produisent des anti-A et les individus de groupe O produisent à la fois des anti-A et des anti-B. Les personnes de groupe AB n’ont pas d’anticorps naturel dans le système ABO. L’intérêt clinique de ces anticorps naturels anti-A et anti-B est considérable, car en se fixant à la surface d’hématies étrangères non compatibles dans le système ABO, ils sont capables d’induire une réaction d’hémolyse massive parfois mortelle. Ces anticorps sont de classe IgM et IgG en proportion variable. On comprend alors les lois de compatibilité ABO qui doivent absolument être respectées dans la transfusion de culots globulaires : Un sujet de groupe O possède des anti-A et anti-B et ne peut être transfusé qu’avec des globules O, Un sujet de groupe A possède des anti-B et ne peut être transfusé qu’avec des globules A ou O, Un sujet de groupe B possède des anti-A et ne peut être transfusé qu’avec des globules B ou O, Un sujet de groupe AB ne possède pas d'Ac naturels et peut être transfusé avec des globules A, B, AB ou O. b) Les Anticorps immuns : Acquis à la suite d’une stimulation antigénique (transfusion…) Ce sont des IgG : incomplets, irréguliers, hémolysants et traversent le placenta 3. Cas particulier : le phénotype Bombay Phénotype dans lequel les hématies n’expriment pas d’antigène H, et donc pas non plus d’antigène A ou B. Rare et extrêmement dangereux en transfusion, a été décrit pour la première fois en Inde. Il correspond à un gène H non fonctionnel à l’état homozygote (allèle h) dans des familles consanguines. Le groupage sanguin donne apparemment un groupe O, mais ces individus possèdent, en plus des anti-A et anti-B, un anticorps naturel anti-H qui agglutine donc toutes les hématies à l’exception des hématies Bombay elles-mêmes. Ils ne peuvent donc être transfusés qu’avec des hématies Bombay. 4. Systèmes associés : Système H : indépendant génétiquement du système ABO, mais lui est lié fonctionnellement Système Lewis : indépendant génétiquement du système ABO mais il conditionne le caractère sécrétoire ou non des substances H, A, ou B qui dépend de la présence ou non du gène Se. B. Les systèmes immunogènes : Systèmes avec des antigènes présents uniquement sur le globule rouge : Le système Rhésus : 85% des individus portent 1 Ag puissant dit Ag D. Ils sont dits Rh+, ceux qui ne l’ont pas sont Rh –. 1. Aspects génétiques et biochimiques Le système est déterminé par 3 paires de gènes : Cc, Dd et Ee localisés sur le chromosome 1. Ils sont codominants et s’expriment à la surface du GR sauf « d » donc il n’existe pas d’Ag d. Les antigènes sont des produits directs des gènes, ce sont des protéines transmembranaires. Il y a 5 substances antigéniques : Ag D, Ag E, Ag C, Ag c, Ag e. Ces Ag sont immunogènes et sont complètement développés à la naissance. 100 BIOLOGIE 2. Anticorps : Ce sont des anticorps irréguliers acquis lors de la transfusion ou grossesse. Ce sont des Ig G : incomplets, hémolysants et traversent le placenta. L’antigène D est le plus immunogène, suivi par les antigènes E et c. On estime que près de 80% des sujets RH- transfusés avec du sang RH+ vont produire un anticorps anti-D pouvant persister plusieurs mois ou années. Une nouvelle exposition à l’antigène D va entraîner une réponse immunologique secondaire rapide pouvant conduire à des accidents immuno-hémolytiques graves. Il est donc important de respecter la compatibilité pour les 5 antigènes Rhésus dans les transfusions de globules rouges, spécialement chez les patients de sexe féminin avant la ménopause et dans les pathologies impliquant des transfusions répétitives et/ou chroniques. Le système Kell (KEL) Il s’agit du système le plus immunogène après le système Rhésus. Le système Kell possède 2 antigènes principaux : K (KEL1) et k (KEL2, Cellano), portés par une glycoprotéine membranaire dont l’expression est restreinte à la lignée érythrocytaire. Les anticorps anti-K (KEL1) sont fréquents et dangereux. En revanche, les anticorps anti-k (KEL2) sont très rares. Ils sont cependant aussi dangereux que les anti-K et peuvent conduire à des situations d’impasse transfusionnelle, la fréquence des donneurs compatibles étant très faible. Autres systèmes d'intérêt clinique en transfusion sanguine : Trois autres systèmes d’antigènes « secondaires » doivent être connus et pris en considération dans les conflits immunologiques potentiels provoqués par une transfusion ou une grossesse incompatible : II. Système Duffy (FY) Système Kidd (JK) Système MNS APPLICATION : TRANSFUSION, DIAGNOSTIC, TRANSPLANTATION A. Application à la transfusion : Il faut transfuser selon les règles de la compatibilité. La compatibilité totale étant impossible, la compatibilité dans les systèmes ABO et Rh est la règle. L’incompatibilité transfusionnelle peut être à l’origine d’accidents hémolytiques. 1. Détermination du groupe ABO : deux épreuves dont la concordance est nécessaire : Epreuve de Beth - Vincent : recherche d’Ag à la surface de GR par des sérum-tests (AntiA – AntiB – et AntiAB) Epreuve de Simonin : recherche d’Ac sériques dans le sérum du sujet à grouper par des GR test (A, B, O) Dans les deux cas on recherche l’agglutination des GR par le sérum. Le groupage n’est définitif qu’après être réalisé sur 2 prélèvements différents et vérifiés 2x (par 2 techniciens différents et par les 2 méthodes) en plus du test ultime au lit du malade (cross-match) Epreuve de Beth-Vincent Epreuve de Simonin GR du sujet Sérum du sujet Groupes A B AB O Sérum-test antiA + + - Sérum-test antiB + + - Sérum-test anti A+B + + + - GR test A GR test B GR test O + + + + - 101 BIOLOGIE 2. Détermination du groupe Rh : Groupage standard : on recherche l’Ag D par l’Ac anti D : si + = Rh + ; si - = RhPhénotypage complet : si Rh – au groupage standard on recherche : Ag C, E, c, e 3. Recherche d’agglutinines irrégulières : Dirigées contre les Ag du système Rh (E, e, C, c), Kell, Duffy, Kidd… La recherche se fait par Coombs indirect, réactions enzymatiques et réaction d’agglutination à froid. Elle doit être effectuée chez tout malade devant recevoir une transfusion. Elle doit être répétée chez tout malade polytransfusé AU BON MOMENT. Elle est indispensable chez la femme enceinte pour assurer le diagnostic et le suivi de la MHNN. B. Application à la transplantation d’organes : Les Ag du système ABO sont très immunogènes. Ils peuvent entraîner un rejet du greffon (MO, Rein, Peau..). Donc la compatibilité ABO est de règle dans la transplantation, car ce sont des Ag ubiquitaires. De même il est important d’avoir une compatibilité Rh et Lewis C. Applications diagnostiques : Les Antigènes érythrocytaires de surface sont impliqués dans de nombreuses pathologies, avant de les aborder on définira le test de Coombs : - Direct : recherche un Ac fixé sur le GR grâce à 1Ac anti Ig humaine - Indirect : recherche des Ac dans le sérum du malade en y ajoutant des GR portant des Ag supposés correspondre à ces Ac. Puis on applique un test de Coombs direct. 1. Incompatibilités foeto-maternelles : Dans la majorité des cas, elle est liée au système Rh. Rarement, elle est due au système ABO. L’allo immunisation est due au passage des GR fœtaux Rh+ dans le sang de la mère Rh-. La première grossesse se passe sans problèmes. La mère s’immunise et synthétise des IgG antiD. Au cours d’une grossesse ultérieure il y aura passage des IgG à travers le placenta qui seront responsables d’anémie hémolytique néonatale (AHNN). Diagnostic biologique : - Avant l’accouchement : groupage de la femme et du mari, RAI (Coombs indirect, R° enz) - Après la naissance : groupage de la mère et de l’enfant, Coombs direct chez le nouveau né (si – on exclue la MHNN), RAI 2. Anémies hémolytiques auto-immunes : (AHAI) Les auto-Ac sont dirigés contre des Ag de grande fréquence Ex : AgI (IgM) ; Ag Rh (IgG) ; anti P Diagnostic : - Test de coombs - L’étude de la nature de l’Ac (IgM ou IgG) avec ou sans complément et de sa spécificité est nécessaire pour affirmer l’origine auto-immune et orienter le Dc étiologique. Conclusion Les antigènes des groupes sanguins, loin de se limiter aux seuls GR, sont distribués à la surface de la plupart des cellules de l’organisme. Leurs implications sont multiples : transfusion, transplantation et en hématologie (notamment la prévention de la MHNN. 102 BIOLOGIE Q29. Hémoglobines humaines : aspects biochimiques et génétiques I. L'hémoglobine est un pigment respiratoire fixant réversiblement l'oxygène. C'est le constituant essentiel du globule rouge. Elle assure sa fonction qui est le transport de l'oxygène des poumons vers les tissus. C'est une chromoprotéine constitué d’une partie protéique : la globine, et d’une partie non protéique : l’hème. Intérêt : fréquence de ses anomalies quantitatives et qualitatives, ainsi que l’importance de sa fonction de transport donne un intérêt capital à l’étude de l’hémoglobine. ASPECTS BIOCHIMIQUES : A. Structure de l'hémoglobine : Une molécule d'hémoglobine contient quatre molécules d'hème et quatre chaînes de globine : L'hème est composé: - D'une protoporphyrine IX, formée de 4 noyaux pyrrol et de 8 chaînes latérales, méthyl, vinyl ou acide propionique. - D'un atome de fer, au centre de la protoporphyrine, capable de fixer une molécule d'oxygène. La globine: chaque molécule d'hémoglobine comprend 4 chaînes protéiniques de globine deux à deux identiques : - 2 chaînes α et 2 chaînes β pour l'hémoglobine adulte A (HbA) - 2 chaînes α et 2 chaînes γ pour l'hémoglobine foetale F (HbF) - 2 chaînes α et 2 chaînes δ pour l'hémoglobine A2 (HbA2) Chaque chaîne de globine est reliée à une molécule d'hème Chaque ensemble hème-globine est une sous-unité : 1 molécule d'hémoglobine comporte donc 4 sous-unités. B. Les différentes formes de l'hémoglobine : Hb embryonnaires Hb foetale Hb adultes Hb Gower 1 (ζ2ε2) Hb Gower 2(α2ε2) Hb Portland (ζ2γ2) HbF (α2γ2) HbA (α2β2) > 95% HbA2 (α2δ2) : 3% HbF (α2γ2) < 2% 103 BIOLOGIE C. Biosynthèse de l’hémoglobine : Après la naissance et au cours de la vie adulte, les Hb humaines sont fabriquées par les cellules de la lignée des GR, uniquement dans la MO. 1. Synthèse de l’hème : ère La 1 étape : intra-mitochondriale ; réaction entre la glycine et le succinyl coenzyme A, qui aboutit à la production d'acide delta aminolévulinique (ALA). Cette réaction nécessite la présence d'ALA synthétase, en présence de la vitamine B6. ème étape : extra-mitochondriale (dans le cytoplasme); 2 molécules d'acide delta aminolévulinique se La 2 condensent avec perte de deux molécules H2O pour donner un composé à noyau pyrrolique: le porphobilinogéne (PBG). Cette réaction catalysée par l'ALA deshydrase. ème La 3 étape : 4 molécules de PBG s'unissent pour donner l'uroporphyrinogéne (UPG) qui sera décarboxylé en copro-porphyrinogéne (CPG). étape : Le CPG décarboxylé et oxydé fournit le proto-porphyrinogéne III qui sera deshydrogéné en La 4 protoporphyrine III. Dans les mitochondries, cette protoporphyrine III fixe un atome de fer ferreux au centre de son noyau tétrapyrolique pour aboutir à l'hème ; réaction catalysé par l'hème synthétase (H-Sy). ème Glycine — Ac succinique | * | ← ALA synthétase + vit B6 ↓ Ac δ amino lévulinique | |← ALA déshydrase ↓ Porphobilinogène (PBG) | |← PBG désaminase ↓ Uroporphyrinogène I | |← isomérase ↓ Uroporphyrinogène II | ↓ Coproporphyrinogène III | ↓ Protoporphyrinogène | | ↓ Protoporphyrine III | 2+ Fe |← hème synthétase + vit B6 ↓ Hème * il existe un rétrocontrôle négatif exercé par l’hème et l’alanine sur la première étape de la synthèse (sur l’ALA synthétase) 104 BIOLOGIE 2. Synthèse de la globine : La globine est une chaine polypeptidique synthétisée sur le modèle commun de la synthèse protéique. Structure primaire : La chaine de globine, formée selon le modèle protéique, est constituée de la succession d’AA dans un ordre déterminé génétiquement. Les 4 chaines de globine α β et la séquence d’AA. γ δ sont différentes par la nature Structure secondaire : Est due à la spiralisation de la chaine et la formation de ponts hydrogènes, chaque chaine comprend des segments hélicoïdaux séparés de segments rectilignes. Structure tertiaire : Des liaisons physicochimiques entrainent un pelotonnement de la molécule, l’ensemble réalise dans l’espace une structure globulaire ; ménageant une cavité où se loge l’hème ; et une autre pour recevoir la tyrosine. Structure quaternaire : Les 4 monomères identiques 2 à 2 se réunissent pour former la globine. Les 2 dimères constitués de chaines différentes (α1 β2 et α2 β1) sont unis par des liaisons faibles et non rigides, permettant des mouvements internes lors de l'oxygénation. Les chaines d’un même dimère (α1β1 et α2 β2) ont des liaisons plus fortes, donc importantes pour assurer la stabilité d'ensemble de la molécule. Au centre de la molécule existe une cavité où se loge le 2,3 DPG. Celui-ci règle l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène. Il est libéré lors de la fixation d'oxygène et vice versa. 3. Union de l’hème et de la globine = synthèse de l’Hb : L’hème s’unît à la globine à un moment variable après la synthèse de cette dernière. La liaison entre la globine et l’hème se fait par une histidine de la chaine α ouβ, l’O2 se fixant également sur l’hème au voisinage d’une autre histidine. Chaque chaîne de globine est reliée à une molécule d'hème par des liaisons entre : II. Le fer et la globine : une liaison directe avec une histidine de la chaîne α ouβ de la globine, et une liaison indirecte par l'intermédiaire de l'oxygène qui se fixe également au voisinage d'une autre histidine. Les chaînes latérales acide propionique et la globine. Il existe une corrélation entre la synthèse de l’hème et de la globine; ainsi : - La stimulation de la synthèse de l’hème par adjonction de fer entraine une ↑ de la synthèse de la globine. - L’arrêt de la synthèse de la globine inhibe la synthèse de l’hème. ASPECTS GENETIQUES : Les gènes interviennent : D'une part dans la synthèse des chaines de globine et des enzymes utilisés pour la synthèse de l'hème et D'autre part dans la régulation de la synthèse sur le plan quantitatif. A. Gènes de structure : 1. Globine : Les gènes α sont situés sur le chromosome 16 et les gènes non α sur le chromosome 11. La famille α comporte trois gènes : le gène embryonnaire ξ et 2 gènes α. La famille non α en comporte cinq : le gène embryonnaire ε, 2 gènes fœtaux γG, et γA, et 2 gènes adultes β et δ. Il existe de plus des séquences assez similaires à celles des gènes mais ne codant pour aucune chaîne polypeptidique, appelés pseudogènes. L'ordre des gènes sur les chromosomes, de 5' en 3', est le même que celui de leur expression au cours du développement. 105 BIOLOGIE Chaque gène est composé de plusieurs parties codantes, ou exons, et non codantes, ou introns. Au niveau de l'ARN messager, transcrit à partir de l'ADN, il y a excision des séquences correspondant aux introns («splicing»). Dans le cytoplasme, l’ARN messager est traduit après initiation et la synthèse des chaînes de globine a lieu. Le processus est donc complexe et l'on comprend que des anomalies au niveau du gène lui-même ou au niveau des différentes étapes de la synthèse de globine (transcription, splicing, initiation de la traduction et traduction) puissent conduire à un déficit quantitatif de synthèse (thalassémie). 2. L'hème : Cette synthèse fait intervenir plusieurs enzymes dont la production dépend de plusieurs gènes Une anomalie génétique entraîne un déficit enzymatique et donc des maladies appelées porphyries La régulation de la synthèse de l’hème est complexe, elle fait intervenir une enzyme clé (ALA synthétase) dont l’activité est inhibée par l’ALA et l’hème. Il n’y a pas de gène de structure, les gènes codent pour les enzymes de sa synthèse B. Gènes de régulation : Selon la théorie de Monod-Jacob : Le gène régulateur intervient par l'intermédiaire d'un métabolite répresseur bloquant l'opérateur (le coopérateur déclenche la synthèse). Inversement, un inducteur va bloquer le répresseur et permettre à l'opérateur d'agir. Chez l'adulte, les régulateurs : - Commanderaient la synthèse égale des chaînes α et β, - Et règlent la synthèse de δ à 2% de la chaîne β. Chez le fœtus : La synthèse de β est réprimée, tandis que existe celle de γ Après la naissance : La synthèse de β se développe, tandis que la production de γ est réprimée. III. Applications cliniques : A. Hémoglobinopathies qualitatives : Elles résultent d’une mutation ponctuelle (remplacement d’une base par une autre) et par conséquent 1aa par un autre. L’exemple type est la drépanocytose ou hémoglobinose S B. Hémoglobinopathies quantitatives : Anomalies génétiques : délétion, mutation, et défaut de fonction des gènes. Ce qui va entraîner un défaut de synthèse d’un type de chaîne. Ex : β thalassémie : ↓ de la chaîne β. α thalassémie : ↓ de la chaîne α. Diagnostic par électrophorèse de l’Hb Conclusion : L’Hb est un bon modèle d’étude de la fonction de synthèse protéique, sa régulation et même ses aspects génétiques. La physiologie de la synthèse de l’hémoglobine est intéressante pour la compréhension des hémoglobinopathies qui sont en règle des maladies génétiques qui n’ont pas de ttt curatif pour le moment, les travaux de recherche visent à développer la thérapie génique. 106 BIOLOGIE Q30. Hémostase : facteurs, mécanismes et méthodes d’exploration L'hémostase est l'ensemble des mécanismes physiologiques qui concourent à maintenir le sang à l'état fluide à l'intérieur des vaisseaux. Le processus vise donc à : - Prévenir et arrêter les hémorragies et - Empêcher les thromboses Elle se déroule classiquement en 3 temps : - L'hémostase primaire qui ferme la brèche vasculaire par un "thrombus blanc" ou clou plaquettaire er - La coagulation plasmatique qui consolide ce 1 thrombus en formant un réseau de fibrine emprisonnant des GR (thrombus rouge) - La fibrinolyse, processus limitant, permettant la destruction des caillots, ou la limitation de leur extension. Ces 3 temps liés, sont initiés simultanément dès qu'est enclenché le processus d'hémostase. L'intérêt de la connaissance de la physiologie de l'hémostase est de permettre l'étude : - Des maladies hémorragiques congénitales ou acquises (Physiopathologie, diagnostic clinique, diagnostic biologique, traitement préventif et curatif) - Des maladies thrombo-emboliques (Idem). - D’un certain nombre de pathologies dans lesquelles les processus d’hémostase ont un rôle qui apparaît de plus en plus grand (Choc septique, artériosclérose, cancers, certaines dysgravidies par exemple). I. Hémostase primaire : Correspond au temps vasculo – plaquettaire, immédiatement déclenché dés qu'il y a une brèche vasculaire, elle aboutit à l'arrêt du saignement essentiellement pour les petits vaisseaux. A. Facteurs : 4 éléments sont impliqués dans l'HI : - 2 éléments cellulaires : cellules endothéliales et plaquettes (phospholipides membranaire, glycoprotéines de surface, granules spécifiques) - 2 éléments plasmatiques : facteur de Von Willebrand et fibrinogène B. Déroulement de l'hémostase primaire : Dés qu'une brèche vasculaire se constitue, le processus d'hémostase primaire se met en jeu. Il comprend : 1. Le temps vasculaire : ère La 1 réaction de l'organisme est une vasoconstriction localisée qui peut soit arrêter les hémorragies, soit au moins réduire le flux sanguin et modifier les conditions hémodynamiques, favorisant le processus d'hémostase. 2. Adhésion et activation plaquettaire : Les plaquettes adhèrent à la structure sous endothéliale mise à nu par la brèche vasculaire. L'adhésion se produit par la glycoprotéine Ib qui se colle au sous endothélium grâce au facteur Willebrand qui sert de colle. ère Une 1 couche monocellulaire de plaquette se constitue ainsi. Les plaquettes adhérentes s'activent et recrutent d'autres plaquettes circulantes. Et par la suite se produit des changements morphologiques des plaquettes, une libération du contenu des granules denses et α et une synthèse du thromboxane A2, puissant vasoconstricteur et inducteur de l'agrégation plaquettaire. 3. Agrégation plaquettaire : ère Sur la 1 couche de plaquettes se fixent d'autres plaquettes, par des phénomènes de membranes : l'agrégation plaquettaire se fait grâce au fibrinogène qui établit un pont entre les plaquettes par l'intermédiaire des glycoprotéines IIb IIIa présentes à la surface des plaquettes activées. er Ce phénomène d'agrégation, extensif crée un 1 thrombus fragile qui se solidifie grâce à la libération du contenu des plaquettes et qui devient un thrombus blanc ou clou plaquettaire. 107 BIOLOGIE II. Coagulation : Passage du plasma de l’état de liquide à l’état de gel par transformation du fibrinogène en fibrine insoluble. Le thrombus plaquettaire est fragile. Il sera renforcé par l'apparition concomitante d'un autre d'un autre thrombus, le thrombus rouge résultat de la coagulation. A. Facteurs : 1. Eléments cellulaires : Cellules endothéliales et monocytes qui, après leur activation exprime à leur surface le facteur tissulaire (FT) qui est l'élément déclenchant majeur de la coagulation Plaquettes : servent de surface de catalyse aux réactions de coagulation Fibroblastes : également capables d'exprimer le FT et de synthétiser tout comme les cellules musculaires de nombreux facteurs impliqués dans la coagulation 2. Eléments non cellulaires : a. Facteurs de coagulation et leurs inhibiteurs : La majorité des facteurs de coagulation sont synthétisés par l'hépatocyte, ceci explique les désordres hémorragiques cher les cirrhotiques et IHC. Le facteur VIII fait exception à cette règle. I : fibrinogène (Ia = fibrine) II : prothrombine (IIa = thrombine) III : thromboplastine tissulaire (cofact du VII) 2+ IV : Ca V : proaccélérine (cofact du X) Le facteur VI n’existe pas ! VII : proconvertine Les facteurs "vitamine K dépendants" ou PPSB sont les facteurs II, VII, X, IX. La vitamine K permet la carboxylation des PPSB, processus nécessaire à la fixation du Ca++. VIII : antihémophilique A (cofact du IX) IX : antihémophilique B X : Stuart XI : Rosenthal XII : Hageman XIII : facteur stabilisant la fibrine b. Calcium : Cet électrolyte est indispensable à la coagulation. Seule l'activation du système contact peut se faire en son absence. Cette propriété est utilisée lors des prélèvements sanguins. Pour éviter la coagulation du sang dans le tube, il suffit de prélever sur un chélateur du calcium (EDTA, citrate). Pour l’étude de l’hémostase, le prélèvement doit être effectué sur l’anticoagulant de référence: le citrate. B. Mécanisme : 1. Schéma global de la coagulation : La coagulation est la gélification du plasma. Dans le plasma circule une substance soluble, le fibrinogène. Le processus de coagulation est une cascade de réactions enzymatique qui permet la transformation du fibrinogène soluble, grâce à une enzyme, la thrombine, en un gel de fibrine insoluble qui obture la brèche vasculaire et consolide le caillot. Dans le plasma circule des proenzymes inactifs, appelés facteurs de coagulation. Lorsque ces derniers sont activés, on parle de facteurs de coagulations activés. 2. Voie extrinsèque – voie intrinsèque : On décrit classiquement 2 voies d'activation de la coagulation, la voie intrinsèque et extrinsèque qui se rejoignent au niveau de l'activation du facteur X. a. Voie intrinsèque : Nécessite l'intervention d'un système de contact. Celui – ci comprend 4 facteurs qui sont : le facteur XII, le XI, la prékallikréine et le kininogène de haut poids moléculaire. L'activation du système contact peut être déclenchée par le contact du facteur XII avec une surface chargée négativement mouillable ou certains composés biochimiques (complexes immuns par ex). Le complexe anti – hémophilique comprend 2 facteurs, important en pathologie, le IX ou antihémophilique B et le VIII ou antihémophilique A. Le facteur IX activé en présence de son cofacteur VIIIa, permet l'activation du X (Stuart) en facteur Xa. 108 BIOLOGIE b. Voie extrinsèque : Le facteur tissulaire : exprimé à la surface des cellules endothéliales, monocytes quand elles sont activées, il est présent de facon constitutives dans les cellules musculaires lisses de la paroi vasculaire et des fibroblastes. En présence de ce facteur, lié aux phospholipides membranaires, le facteur VII (proconvertine) s'active et devient la convertine ou VIIa. Le complexe VIIa – FT permet aussi d'activer le facteur X ou Stuart en Xa. Dans les 2 cas la voie finale commune comprend l'activation du facteur X en Xa. 3. La thrombinoformation : Quelle que soit la voie empruntée in vivo, le point central sera la génération de FXa. Celui – ci en présence de facteur Va, de phospholipides des membranes cellulaires, et de calcium, s'appelle le complexe prothrombinase. Ce dernier active la prothrombine (facteur II) en thrombine (facteur IIa). La thrombine est une enzyme extrêmement puissante. Son principal substrat est le fibrinogène. La thrombine, outre son action sur le fibrinogène, catalyse sa propre génération en favorisant la génération de FVIIIa, FVa et FXIa. Elle active également le facteur XIII qui va jouer un rôle majeur dans la stabilisation du caillot. 4. La fibrinoformation : Dès qu'apparaissent des traces de thrombine, le processus de coagulation s'amplifie jusqu'à la formation d'un réseau de fibrine qui emprisonne les globules rouges (thrombus rouge définitif). C. Régulation de la coagulation : le rôle des inhibiteurs : On connaît trois systèmes inhibiteurs : le système de l'antithrombine, le système Protéine C Protéine S, et le TFPI. L'antithrombine ou ATIII inhibe principalement le facteur IIa mais aussi le FXa, le FIXa et partiellement le FXIa. Son activité anticoagulante est augmentée de façon très importante par l'héparine. Le système Protéine C-Protéine S : La protéine C est une glycoproteine circulant sous forme inactive et activée par la thrombine liée à la thrombomoduline, en Protéine C activée (PCa). La PCa est un inhibiteur très puissant des facteurs Va et VIIIa. Son action est augmentée par une autre substance circulant dans le sang, la Protéine S (PS). PC et la PS sont vitamine K dépendants. La résistance à la Protéine C activée (RPCA) est une pathologie due à une anomalie du FV qui rend le FVa insensible à l'action neutralisante de la PCa Le TFPI : inhibe l'activation du facteur X par le complexe [facteur VII activé – facteur tissulaire]. 109 BIOLOGIE III. La fibrinolyse : La fibrinolyse est le troisième temps de l'hémostase. Elle tend à empêcher l'installation mais surtout l'extension du caillot en détruisant les polymères de fibrine. Lorsque le caillot est formé, la fibrinolyse physiologique permet de le reperméabiliser. A. Facteurs : 1. Facteurs plasmatiques Le plasminogène, synthétisé par le foie, et circulant sous forme inactive dans le plasma. Sous l'influence d'activateurs, le plasminogène se transforme en plasmine, capable de dégrader le caillot de fibrine mais aussi de détruire le fibrinogène, voire d'autres facteurs de coagulation. L'activation du plasminogène en plasmine se fait grâce à des activateurs de deux types : - La voie de l’activateur tissulaire du plasminogène (t-PA), synthétisée par la cellule endothéliale. - La voie de la pro-urokinase-urokinase (U-PA), synthétisée par les cellules rénales. La pro-urokinase s'active en urokinase essentiellement au contact du caillot de fibrine. 2. Facteurs cellulaires Monocytes et des cellules endothéliales qui d'une part synthétisent des facteurs activateurs (tPa) ou inhibiteurs de la fibrinolyse (PAI) mais d'autre part, portent à la surface ou peuvent exprimer lorsqu'elles sont activées des récepteurs pour le plasminogène ou les activateurs du plasminogène, ou bien des inhibiteurs. B. Le déroulement En l'absence de fibrine, le plasminogène circulant est inactif (proenzyme). Le t-PA circulant est lié à son inhibiteur (PAI-1) et la pro-urokinase circulante est également peu active. Dès que se forment des traces de fibrine, la cellule endothéliale libère du t-PA parfois en quantité très importante (phénomène favorisé par l'hypoxie, la stase, l'acidose ou certaines cytokines). Le t-PA qui a une forte affinité pour la fibrine, active le plasminogène en plasmine (uniquement au niveau du caillot de fibrine, et non pas dans le courant plasmatique). De même la présence de fibrine favorise l'activation de la pro-urokinase en urokinase. Par ailleurs, les monocytes, activés par différentes cytokines, (interleukine-1, TNF) expriment à leur surface le récepteur à l'urokinase. En fixant l'urokinase, ils participeront à la destruction du caillot de fibrine. Au niveau du caillot, la plasmine générée dégrade la fibrine en produisant les PDF (Produits de Dégradation de la Fibrine). Certains PDF sont spécifiques de la fibrine : ce sont les D-Dimères. Lorsque la plasmine est en excès, elle passe dans le courant plasmatique où elle est aussitôt neutralisée par les inhibiteurs de la plasmine : alpha 2 antiplasmine, alpha 2 macroglobuline. Ceci contribue à localiser le processus de fibrinolyse au niveau du caillot de fibrine. C. Régulation de la fibrinolyse : le rôle des inhibiteurs : Le système fibrinolytique est régulé par deux types d’inhibiteurs : - Inhibiteurs de la plasmine : alpha 2 antiplasmine, alpha 2 macroglobuline - Inhibiteurs des activateurs du plasminogène : le PAI-1 est l'inhibiteur surtout du t-PA et le PAI-2, présent essentiellement chez la femme enceinte, est inhibiteur de l'urokinase. 110 BIOLOGIE IV. Exploration de l'hémostase : Les tests d'hémostase sont utilisés : - Pour le diagnostic d'un syndrome hémorragique, ou pour essayer de prévoir un risque hémorragique avant une intervention chirurgicale - Dans le cadre de thromboses veineuses à répétition. A. Tests explorant l'hémostase primaire : 1. Le temps de saignement : la méthode la plus utilisée est celle de Duke : incision de 5mm par vaccinostyle au niveau du lobule de l’oreille et recueil des gouttes de sang par papier buvard toutes les 30s. Normalement arrêt du saignement au bout de 2 à 4 min 2. 3. 4. - Numération plaquettaire : VN = 150 000 à 400 000/mm3 Dosage du facteur de Willebrand Test spécialisés : Etude des fonctions plaquettaires par agrégométrie Etude des récepteurs membranaires des plaquettes par cytométrie de flux B. Tests explorant la coagulation : 1. Voie extrinsèque : Taux de thrombine (TP) C’est le tps de Quick exprimé en %, explore les facteurs VII, X, V, II et I, normalement >70% Applications : bilan hépatique, préopératoire, surveillance des patients sous AVK (exprimé en INR = TQ patient/ TQ malade) 2. Voie intrinsèque : temps de céphaline activée (TCA) Explore les fact XII, XI, IX, VIII, X, V, II et I. Normalement 30 à 40s mais c’est surtt l’écart avec le témoin qui doit être <10s Applications : bilan d’un Sd hémorragique, préop, surveillance des patients sous héparine standard 3. Phase terminale : 2+ Temps de thrombine : tps de coagulation d’un plasma citraté après adjonction de thrombine + Ca , Normal= 15 à 20s, son allongement traduit une anomalie de la fibrinoformation Temps de reptilase : mm principe en remplaçant la thrombine par reptilase, permet de distinguer entre une dysfibrinogénémie et la présence d’une antithrombine car la reptilase y est insensible Si tps de thrombine allongé avec tps de reptilase normal=> existence d’une héparine circulante Dosage du fibrinogène 4. Test spécialisés : Dosage séparés des facteurs de coagulation : fonctionnel ou immunologique Dosage des inhibiteurs de la coagulation Biologie moléculaire C. Tests explorant la fibrinolyse : 1. Temps de lyse des euglobulines (TLE) : permet d’apprécier le degré de fibrinolyse en étudiant le tps de dissolution du caillot (NL=3h) en absence d’inhibiteurs de la fibrinolyse. Si le tps est ↓ ceci témoigne d’une hyperfibrinolyse par présence dans le sang d’activateurs de plasminogène (Kc prostate) 2. Dosage du plasminogène 3. Produit de dégradation du fibrinogène PDF < 10 mg/l 4. D – dimères : ont une VPN dans le diagnostic d'exclusion de thromboses veineuses (> 95%) Conclusion : La connaissance des caractéristiques hémato – biologiques et des moyens d'exploration de l'hémostase présente un intérêt particulier du fait de leur application pour le dépistage et le diagnostic d'un syndrome hémorragique et pour le bilan de thromboses veineuses récidivantes qui menacent le Pc vital par le risque d'embolie pulmonaire. Devant un syndrome hémorragique, quatres examens de base sont nécessaires : numération plaquettaire, TQ, TCA, dosage du fibrinogène. 111 BIOLOGIE Q31. Le Métabolisme phosphocalcique : physiologie, régulation et exploration I. Le phosphore et le calcium jouent des rôles importants dans l'organisme: ils assurent le développement de la matrice osseuse et exercent un rôle de tampon extra et intracellulaire. Le calcium intervient dans la perméabilité membranaire, la coagulation, la contraction musculaire et la libération des neurotransmetteurs. Le phosphore intervient dans la constitution des acides nucléiques, dans la structure des membranes cytoplasmiques et dans les molécules riches en énergies (ATP, ADP, AMPc…) Intérêt : surtout pour l'exploration ainsi que la bonne connaissance des pathologies du métabolisme phosphocalcique. Métabolisme et répartition du calcium et des phosphates: A. Répartition dans l'organisme : 1. Le calcium : Constitue l'électrolyte quantitativement le plus important dans l'organisme : 1.6% de la masse corporelle soit 1kg dont 99% se trouve dans l'os, le cartilage et les dents, et 1% dans les tissus mous et les liquides extracellulaires. Dans le sang, le calcium se trouve sous 2 formes : - une partie non ultrafiltrable, à peu près 40 % soit 1 mmol/1, est liée aux protéines en majorité à l'albumine et un peu aux globulines. - une partie ultrafiltrable, se trouve sous forme de calcium ionisé par le radical thiol (à peu près 50 %) et sous forme de calcium complexé sous forme de sel d'hydroxyapatite, (à peu près 10 %). Calcémie : 85 à 105 mg/l 2. Le phosphate : Exprimé en phosphore représente 800g chez l'adulte dont 2/3 dans le squelette lié au Ca, et le 1/3 dans les autres tissus liées aux lipides, glucides, protéines et enfin aux acides nucléiques et moins de 1% dans les liquides extracellulaires. Le P04 plasmatique est sous 2 formes : - 2/3 phosphate organique (ATP, lipides) - 1/3 phosphate inorganique (Pi =phosphorémie = 25 à 40mg) B. L'absorption : Est adaptée aux besoins et a lieu dans le TD. Rapide, elle porte à la fois sur le calcium alimentaire (origine exogène) et sur le Ca des sucs digestifs. Sous contrôle hormonal et vitaminique L'absorption des phosphates répond aux mêmes influences que celle du Ca C. L'élimination : 1. Elimination fécale : Constituée du calcium et phosphore alimentaires qui n'ont pas été absorbés, augmentés du calcium et phosphore contenus dans les différents sucs digestifs. 2. Élimination urinaire : Seul le calcium et le phosphore inorganique ultrafiltrables filtrent à travers le glomérule rénal et plus de 95 % sont réabsorbés dans les tubes rénaux (tube proximal). 112 BIOLOGIE II. Régulation du métabolisme phosphocalcique: A. La Parathormone: PTH C'est une hormone hypercalcémiante et hypophosphorémiante Sécrétée par les cellules principales des parathyroïdes sous forme d'une pré-prohormone. 1. Régulation de la synthèse et de la sécrétion de la PTH: Dépend de la concentration sérique en calcium ionisé: Lors d'une hypocalcémie: la synthèse et la sécrétion de PTH ↑ et le Ca est mobilisé à partir des os. L'hypercalcémie et la vit D3 active bloquent la libération de PTH. L'hypomagnésémie et le SN sympathique (NAD) stimulent la libération de la PTH 2. Effets physiologiques de la PTH: son action s'exerce à 3 niveaux: Rénal: stimule la réabsorption tubulaire du calcium, ↓ celle du phosphate Osseux: inhibe l'activité ostéoblastique et stimule l'activité ostéoclastique → ↑ ostéolyse et de la libération du Ca dans le plasma. Intestinal: augmente la formation de la vit D3 active, augmentant ainsi l'absorption intestinale du Ca++ B. La calcitonine: Synthétisée dans les cellules claires des parafollicules thyroïdiens Hormone hypocalcémiante et hypophosphorémiante 1. Régulation de la synthèse et de la sécrétion: Dépend de la concentration plasmatique en calcium ionisé Lors d’hypercalcémie, la sécrétion de la calcitonine augmente et inversement L'hypermagnésémie entraîne une libération de la calcitonine. 2. Effets physiologiques: Action sur l'os: favorise la formation d'os nouveau et ↓ la calcémie en inhibant la fonction ostéoclastique en particulier lors de la croissance, de la lactation ou d'une maladie osseuse Action sur les reins : favorise la fuite urinaire des phosphates et du calcium. C. La vitamine D3 ou cholécalciférol: Naturelle, elle est à la fois d'origine exogène et endogène. Vitamine liposoluble dont la carence donne le rachitisme chez l'enfant et l'ostéomalacie chez l'adulte. L'excès favorise la précipitation calcique dans les reins. 1. Synthèse et métabolisme: La vit D3 est formée par l'action des rayons ultra – violets sur le 7-déshydrocholestérol, qui se trouve dans la peau. 7-déshydrocholestérol ou cholécaliférol 25 hydroxylase (foie) 25-hydroxycholécalciférol 1α hydroxylase (rein) 1-25 diOHcholécalciférol ou calcitriol (vit D active) 2. Régulation de la sécrétion de la vitamine D3: La PTH stimule la production de la Vit D3 active au niveau rénal. La ↓ de la calcémie entraîne une ↑ de la production de la vit D3 active = effet direct. La ↓de la calcémie entraîne une ↑ de la PTH, ce qui a pour effet d'↑ la production de la vitamine D3 active = effet indirect. 113 BIOLOGIE 3. Action du 1,25 dihydroxycholécalciférol: Au niveau intestinal: la vit D3 ↑ principalement l'absorption active du Ca, par ↑ de l'activité d'une ATPase Ca++, et secondairement celle du PhO4. L'intestin est son principal site d'action. Au niveau rénal: facilite la réabsorption du calcium par le tube distal. Au niveau de l'os: - Favorise la calcification - Stimule la libération du calcium à partir de l'os profond et vieilli, due à la pTH d'où une hypercalcémie - Entraine une minéralisation de l'os par ↑ de la phosphatémie. D. Autres : D'autres hormones interviennent à un moindre degré dans la régulation du métabolisme phosphocalcique : - Les glucocorticoïdes: ↓ l'action de la 1,25 dihydroxycholécaliférol au niveau de l'intestin et ↓ la synthèse protéique au niveau de l'os, entrainant une ↓ de la matrice osseuse et une ostéoporose cortisonique - La GH: ↑ l'excrétion urinaire mais ↑ l'absorption intestinale du calcium. Le bilan calcique reste +. - Androgènes et Œstrogènes: action anabolisante, utilisés dans le TTT de l'ostéoporose. - Hormones thyroïdiennes: ↑ de la résorption osseuse avec hypercalciurie III. Exploration du métabolisme phosphocalcique: A. Exploration statique : 1. Calcium : Prélèvement: sanguin: sérum ou plasma (l'anticoagulant ne doit pas être un complexant du calcium, on utilise l'héparinate de Li) ou urinaire: urines de 24h Technique d'étude: - Ca total : techniques colorimétriques = spectrophotométrie d'absorption atomique (méthode réf) - Ca ionisé : électrodes spécifiques Valeurs normales : - Sang: 85 à 105 mg/l, 2 à 2.6 mmol/l - Urines: 100 à 250mg/24h 2. Phosphore : Prélèvement : sang avec contrôle de la diurèse Technique : on dosera le P inorganique : méthode colorimétrique Valeurs normales : - Sang : adulte 30 à 40 mg/l, enfant 40 à 60 mg/l - Urines : 300 à 800 mg/24h - RTP : index de réabsorption tubulaire des phosphates = 1 – (clairance des PO4/ clairance de créatinine) = 0.85 – 0.95 3. Phosphatases alcalines 4. Dosages hormonaux : pTH, calcitonine, vitD3 + dérivés hydroxytes (surtout la 25OH vitD), AMPc urinaire 5. Autres paramètres : hydroxyproline urinaire B. Exploration dynamique : Epreuve de surcharge calcique : → ↑ calcémie et calciurie avec ↓ de pTH. → Intérêt : pas de freinage de pTH dans l'hyperparathyroïdie. Epreuve d'hypocalcémie à l'EDTA : c'est un complexant du calcium ionisé → ↓ calcémie et ↑ pTH. → Intérêt : pas de réponse dans l'hypoparathyroïdie. 114 BIOLOGIE C. Intérêt sémiologique : CALCIUM Variations dans le sang Hypercalcémies : - Hyperparathyroïdies - Myélome multiple - Ostéoporose - Ostéomalacie - Métastase osseuses Hypercalciuries : - Hyperparathyroïdies - Hypervitaminoses D - Ostéoporose - IR Hypocalcémies : sd tétanique chez l'enfant - Hypoparathyroidies vraies - Pseudohypoparathyroidies - IRC Hyperphosphorémies - Hypoparathyroidies - IRC - Hypervitaminoses D : d'origine médicamenteuse Hypocalciuries - Hypoparathyroidies - Carence nutritives Hypophosphorémies - Hyperparathyroidies - Rachitisme par carence en vitD ou vitaminorésistant - Ostéomalacies Hyperphosphaturies - Hyperparathyroïdies - Néphrites tubulaire - Ostéoporose - Leucémies Hypophosphaturies - Hypoparathyroidies PHOSPHORE Variations dans les urines Conclusion La connaissance du métabolisme phosphocalcique et sa régulation sous influence hormonale a permis de mieux comprendre les mécanismes régulateurs de l’homéostasie calcique ainsi que la pathogénie de certaines affections : ostéoporose, rachitisme. 115 BIOLOGIE Q33. Régulation de la glycémie : physiologie et explorations biochimiques des hyper et des hypoglycémies I. Le glucose est un substrat énergétique essentiel. Les sources de glucose sont représentées par les glucides alimentaires et la production endogène (principalement hépatique), par glycogénolyse (libération de glucose stocké sous forme de glycogène) et néoglucogenèse (synthèse de glucose à partir, par exemple, du lactate, du glycérol et de la plupart des acides aminés). La concentration sanguine du glucose, ou glycémie, dépend du glucose entrant dans la circulation, et de celui utilisé. Elle est soumise à une régulation physiologique étroite : il est rare qu'elle s'abaisse au dessous de 2,5 mmol/l et qu'elle s'élève au-delà de 8 mmol/l chez le sujet sain, qu'il soit à jeun ou en période post prandiale. Intérêt : - Physiologique : importance des glucides dans le métabolisme énergétique de la cellule, notamment des cellules nerveuses, - Pathologique : fréquence très grande du diabète sucré, - Biochimique : moyens d'exploration visant essentiellement à dépister le diabète au stade infra clinique. PHYSIOLOGIE A. Origines et destinées du glucose sanguin : Après un repas, le glucose alimentaire est stocké sous forme de glycogène, qui est ensuite mobilisé au cours de l'état de jeûne. Même si la glycémie ↓ lorsque le jeûne se poursuit, et si les stocks hépatiques de glycogène sont épuisés au bout de 24h, des mécanismes d'adaptation permettent d'atteindre un nouvel équilibre. Au bout d'environ 72h, la glycémie est stabilisée et reste alors constante pendant plusieurs jours. La source principale de glucose devient la néoglucogenèse, à partir des acides aminés et du glycérol, tandis que les corps cétoniques, qui dérivent des lipides, deviennent le substrat énergétique prédominant. L'intégration de ces différentes voies métaboliques, et de ce fait le contrôle de la glycémie, fait intervenir l'action coordonnée de nombreuses hormones : l'insuline et le groupe des hormones de "contre régulation", càd le glucagon, le cortisol, les catécholamines et l'hormone de croissance GH. B. Régulation hormonale de la glycémie : Sur le plan physiologique, les deux hormones les plus importantes de l'homéostasie glucidique sont l'insuline et le glucagon. 1. L'insuline : C'est un polypeptide sécrété par les cellules β des ilots de Langerhans du pancréas, en réponse à une augmentation de la glycémie. Elle est synthétisée sous forme d'une prohormone, la pro-insuline. Celle-ci est clivée puis sécrétée sous forme d'insuline et de peptide C. La sécrétion d'insuline est également stimulée par différentes hormones digestives, comme le glucagon et le peptide inhibiteur de la sécrétion gastrique (GIP). Effets de l'insuline sur le métabolisme des glucides : - L'insuline permet la captation de glucose depuis le compartiment sanguin par stimulation de la translocation des transporteurs de glucose insulino-sensible GLUT-4, du cytoplasme vers les membranes cellulaires, particulièrement au niveau du tissu adipeux et du muscle strié squelettique. - L'insuline stimule aussi, par un mécanisme différent, la captation hépatique de glucose : elle stimule l'enzyme glucokinase, qui assure la phosphorylation du glucose en glucose-6-phosphate, l'un des substrats de la synthèse de glycogène. Ce phénomène maintient une concentration intracellulaire de glucose basse, et de ce fait un gradient de concentration qui facilite la captation du glucose. - L'insuline stimule la synthèse de glycogène (et inhibe la glycogénolyse) par un mécanisme qui est au centre de la régulation de la glycémie. En effet, la liaison de l'insuline à son récepteur conduit à l'activation de la protéine phophastase 1. Cette enzyme déphosphoryle à la fois la glycogène synthase (qui est alors sou forme active, permettant de promouvoir la synthèse du glycogène) et la phosphorylase kinase (qui est en revanche sous forme inactive, empêchant ainsi l'activation de la glycogène phophorylase, enzyme clé de la glycogénolyse). Il en résulte qu'à l'état de jeûne, lorsque la sécrétion d'insuline est inhibée, la glycogénolyse hépatique est activée et le glucose libéré dans le sang. - L'insuline contrôle également la glycolyse et la néoglucogenèse, en stimulant celle-là et en inhibant réciproquement celle-ci, par activation de la phosphofructokinase, de la pyruvate kinase et de l'enzyme responsable de la synthèse de la fructose 2,6-bisphosphate. En revanche, le glucagon, libéré en état de jeûne, inhibe l'expression de ces enzymes et stimule ainsi la néoglucogenèse et inhibe la glycolyse. 116 BIOLOGIE Effets de l'insuline sur le métabolisme des lipides : l'insuline stimule la lipogenèse et inhibe la lipolyse. Effets de l'insuline sur le métabolisme des protides : stimule la captation intracellulaire des acides aminés et la synthèse protéique. Effets de l'insuline sur le métabolisme hydro électrolytique : stimule la captation intracellulaire de potassium, d'où son utilisation dans le traitement des hyperkaliémies. 2. Le glucagon C'est un polypeptide, sécrété par les cellules α des ilots de Langerhans du pancréas ; sa sécrétion diminue sou l'influence d'une augmentation de la glycémie. Ses effets son opposés à ceux de l'insuline : il stimule la glycogénolyse hépatique (mais pas musculaire) par activation de la glycogène phosphorylase, la néoglucogenèse, la lipolyse et la cétogenèse. 3. Autres hormones de contrerégulation : L'adrénaline, hormone hyperglycémiante du stress, augmente la glycogénolyse hépatique et musculaire, et la lipolyse. La GH augmente la glycogénolyse hépatique (non pas musculaire), et la lipolyse. Le cortisol augmente la néoglucogenèse et la synthèse de glycogène au niveau du foie, et la protéolyse (muscle). Elle diminue l'utilisation du glucose au niveau du foie, muscle et tissu adipeux. C. Schéma global de la régulation glycémique : 1. Après un repas : Il y a sécrétion d'insuline. Le rapport Insuline/Glucagon est élevé (après un repas par ex), le glucose est stocké sous forme de glycogène et incorporé aux lipides. L'insuline inhibe la glycogénolyse et la glucogenèse. 2. A distance d'un repas : Le rapport insuline/glucagon diminue, il ya augmentation de la production hépatique de glucose et une diminution de l'utilisation tissulaire du glucose. 3. En cas de jeûne prolongé : Les hormones hyperglycémiants sont sécrétées en abondance, et stimulent la glycogénolyse et la néoglucogenèse aminée. Le glucose est orienté de façon préférentielle vers le cerveau, et le reste de l'organisme utilise les acides gras libres et les corps cétoniques. Après plusieurs semaines de jeûne, il y a glucogenèse rénale et le cerveau devient capable d'utiliser les CC. La constance de la glycémie est nécessaire, car le cerveau utilise comme métabolite quasi-exclusif le glucose, et nécessite une perfusion glucidique constante, ou tout-au moins toujours supérieure à une valeur seuil. Les perturbations de l'homéostasie glucidique peuvent conduire à l'hyperglycémie (l'une des manifestations du diabète) ou à l'hypoglycémie. Effets combinés de l'insuline et du glucagon sur les flux des substrats entre foie, tissu adipeux et muscle : 117 BIOLOGIE II. EXPLORATIONS BIOCHIMIQUES DES HYPO ET HYPERGLYCEMIES A. Méthodes de détermination du glucose dans les milieux biologiques : 1. Glycémie veineuse à jeun : a. Prélèvement : Jeune de 8 à 10 heures Sang veineux sur antiglycolytique + anticoagulant. b. Méthode de dosage : méthodes Enzymatiques : les plus fiables GOD/POD (glucose oxydase associée à la peroxydase) HK/G6PDH (héxokinase G6PDH) c. Valeurs usuelles GOD/POD: 0,75 à 1,10 g/l HK/G6PDH: 0,70 à 1,05 g/l 2. Glycosurie : Par bandelettes, ou par dosage sur urines de 24H. Normalement = 0. 3. Glycorachie : = 2/3 de la glycémie. Doit être interprétée parallèlement à un dosage sanguin réalisé au même moment. Elle est dosée en routine en cas de suspicion de méningite bactérienne où elle est diminuée en relation avec le métabolisme bactérien. B. Explorations des hyperglycémies : Une hyperglycémie correspond à un taux de glucose dans le sang > 1.15 g/l à jeun. On en distingue 2 types : 1. Hyperglycémie modérée : 1.15 < G < 1.25 g/l Il s'agit d'une intolérance aux hydrates de carbones, dont les causes peuvent être pancréatiques (pancréatite, lithiase ou cancer du pancréas), ou extrapancréatiques (phéochromocytome, acromégalie, syndrome de cushing, iatrogène). Il est nécessaire de confirmer par une Gpp voire une HGPO. 2. Hyperglycémie importante : glycémie à jeun ≥ 1.26 g/l à 2 reprises ou glycémie aléatoire ≥ 2g/l + signes cliniques Il s'agit d'un diabète sucré. On distingue plusieurs formes cliniques : - Diabète de type 1 : diabète maigre (DID), sujet < 35 ans. - Diabète de type 2 : diabète gras (DNID), sujet > 40 ans. ère - Diabète gestationnel: diabète découvert ou diagnostiquer la 1 fois au cours d'une grossesse. - Autres types : Héréditaire (MODY); Pancréatopathie; iatrogène; insulinorésistance… a. Diagnostic biologique du diabète : Clinique évocatrice : polyurie, polydipsie, polyphagie, amaigrissement, surpoids (obésité) ± complications. Diagnostic biologique : Glycémie à jeun : ≥ 1,26 g/l Glycosurie : + Glycémie post prandiale (Gpp) : 1h30 à 2h après un repas : Valeurs usuelles < 1,40 Diabète si Gpp > 2 g/l i. ii. iii. iv. HGPO : Hyperglycémie par voie orale On administre 75 g de glucose chez l’adulte et 1,75 g/Kg de poids (limite 75g) chez l’enfant, avec un verre d'eau. Les glycémies sont dosées à t0 puis toutes les 30 min jusqu’à 3 heures. - Sujet normal: G0 < 1,10 g/l, Gmax = G0 + 50% = flèche glycémique à 60 min, et G à 120 min < 1,40 - Sujet diabétique : G0 ≥ 1,26 g/l ou G à 2 h > 2 g/l Applications dans le dépistage du diabète gestationnel : ère - Le diabète gestationnel est un trouble de la tolérance glucidique, survenant ou diagnostiqué pour la 1 fois pendant la grossesse, quel que soit le traitement et l'évolution après l'accouchement. - Le dépistage est indiqué surtout chez des femmes à risque: surpoids, âge >40 ans, poids de naissance > 4 Kg (macrosomie) 118 BIOLOGIE - Le dépistage repose sur le test d'O'Sullivan, consistant à doser la glycémie veineuse 1 h après ingestion de 50 g de glucose, que la femme soit à jeun ou non. Il n'est pas nécessaire de mesurer la glycémie à jeun. Le dépistage est considéré comme positif si la glycémie est >1,30 g/l. En cas de dépistage positif, il est nécessaire de réaliser une HGPO à 100 g de glucose sur 3h. Le diagnostic de DG est posé sur la présence de 2 valeurs supérieures ou égales aux seuils suivants : T0 : 1,05 g/l, T60 : 1,90 g/l, T120 : 1,65 g/l, T 180 : 1,45 g/l b. Suivi biologique du diabète : i. Surveillance clinique : après traitement (insulinothérapie ou antidiabétiques oraux) on note la disparition des signes cliniques : INSUFFISANT ii. Autosurveillance: surtout diabète insulinoréquérant: adaptation du traitement Glycosurie et cétonurie: bandelettes Glycémies capillaires: lecteurs glycémie (Glucometer, ACCU-CHEK…) iii. Surveillance biologique par le laboratoire : Glycémie à Jeun? Cycles glycémiques Glycémie post prandiale Glycosurie de 24 heures Cétonurie Protéines glyquées (HbA1c, Fructosamine) - HbA1c : o Correspond à une hémoglobine qui a fixé le glucose de façon non enzymatique. o Dosage utile pour la surveillance à long terme d'un diabète. Elle reflète l'équilibre glycémique des 2 mois précédents. o Méthode de dosage : chromatographie d'affinité, HPLC. o Valeurs usuelles: 4 à 6% o Objectif thérapeutique optimal: 7 à 7,5% chez les diabétiques type 1 6,5% chez les diabétiques type 2 - Microalbuminurie : - Elimination rénale de petites quantités d’Albumine non détectables par les méthodes de dosage classiques: dosage immunologique (VN: < 20 mg/l) - Microalbuminurie : 30 à 300 mg/j. - Marqueur de complications : o Marqueur précoce de la ND au cours du diabète de type1. o Facteur prédictif de maladies cardio-vasculaires au cours du diabète de type 2 - Le dépistage de la microalbuminurie doit être réalisé systématiquement chez tous les diabétiques de type 1 à partir de la 5ème année de diabète puis tous les ans. Et chez tous les diabétiques de type2 au moment du diagnostic du diabète, puis tous les ans. Bilan lipidique : cholestérol total, HDL, LDL, TG. iv. Test Fructosamines : o Correspond aux protéines plasmatiques glyquées, mesurées par une méthode colorimétrique non spécifique. o Principale protéine = Albumine o Intérêt clinique limité pour ce marqueur car sa demi-vie est courte, il reflète les moyennes glycémiques des 2 à 3 semaines précédent le dosage o Intérêt surtout dans le diabète gestationnel car le clinicien a besoin d‘équilibrer rapidement sa patiente, et intérêt chez les sujets diabétiques ayant une hémoglobinopathie qui rend l’interprétation de l’HbA1c difficile. Surveillance biologique: Objectifs Selon l’ADA Glycémie à jeun : 0,8 à 1,2 g/l Glycémie post prandiale < 1,8 g/l HbA1c < 7% 119 BIOLOGIE c. Complications métaboliques du diabète : URGENCE THERAPEUTIQUE DIFFERENTE SELON LE CAS Coma hypoglycémiant : Jusqu'à preuve du contraire un coma survenant chez un diabétique doit être considéré comme coma hypoglycémique et traité comme tel en attendant la confirmation biologique. Coma acidocétosique: chez les deux types de diabète surtout le DID - Définition : acétonurie ≥ 2 +, glycosurie > 2 +, glycémie ≥ 2,5 g/l, pH veineux < 7,25, bicarbonate < 15 mEq/l, avec un coma au vrai sens nosologique du terme. Coma hyperosmolaire: chez DNID agé - Définition : Glycémie > 6 g/l, osmolarité > 350 mmol/kg ou natrémie corrigée > 150 mmol/l, avec absence de cétose et d'acidose. Acidose lactique: moins fréquent - Pyruvate Lactate++ > 8 mM, pas de cétose, glycémie peu ↑ C. Exploration des hypoglycémies : Une hypoglycémie correspond à un taux de glucose dans le sang < 0,60 g/l à jeun. Elle est fréquente surtout chez l'enfant et peut être pathologique dans trois situations : 1. Contexte évocateur de l'hypoglycémie : IHC., Malnutri., Diarrhées, Cause médicamenteuse, Hypoglycémie néonatale transitoire,alcool, diabétique en surdosage de traitement… 2. Présence d'une cause endocrinienne: Insuf. en hormones hyperglycémiantes. (Cortisol, Glucagon, Adrénaline, GH) ou hyperinsulinisme (insulinôme, nésidioblastome). 3. Cause métabolique : surtout chez l'enfant (origine génétique) : 2 signes d’orientation: Hépatomégalie et Cétose a. Hypoglycémie avec hépatomégalie : Glycogénoses hépatiques : type I (G6Pase), type III (Enzyme débranchant) et type VI (phosphorylase hépatique) Déficits de la néoglycogénèse : F1-6 di Pase, PEP carboxykinase et Pyruvate carboxylase. Galactosémie congénitale: Déficit en Galactose1P-Uridyltransférase Intolérance héréditaire au fructose: Déficit en Fructose-1-phosphate aldolase Tyrosinémie type I: Déficit en Fumaryl Acétoacétase b. Hypoglycémie sans hépatomégalie: Cétose normale ou augmentée : - Hypoglycémie à jeun : Déficits en hormones hyperglycémiantes, principalement l’insuffisance corticosurrénale ou antéhypophysaire, car le déficit en glucagon est très rare et l’insuffisance médullosurrénale est exceptionnelle - Déficit du métabolisme des AA ramifiés : Leucinose Absence de cétose : hypoglycémie hypocétosique - Hyperinsulinismes (insulinome, nésidioblastome) - Anomalies du métabolisme des acides gras Les hypoglycémies ont généralement un aspect clinique bien précis : sueurs, obnubilation, vertiges, sensation de faim, convulsions et coma (signes de neuroglucopénie aïgue) . Leur exploration biologique s'appuie sur les épreuves suivantes : - Étude de la glycémie dans la journée, - Hyperglycémie provoquée par voie orale prolongée sur 5 heures, - Hypoglycémie provoquée au tolbutamide, - Epreuve de jeûne, dosage de l'insulinémie et du peptide C et du proinsuline (élevés dans l'insulinome). CONCLUSION : L’alimentation fournit à l’organisme l’énergie essentiellement représentée par le glucose. Ce dernier n’est pas entièrement dépensé, mais en partie stockée pour être disponible en inter prandial. Le rôle des hormones (surtout insuline) est fondamental dans la mise en jeu des mécanismes régulateurs de la glycémie, ce qui explique la fréquence de pathologie en cas d’anomalie de sécrétion d’insuline. 120 BIOLOGIE Q34. La cétogenèse : physiologie et exploration La cétogenèse est un processus physiologique de production de corps cétoniques lors du catabolisme lipidique. Les corps cétoniques sont des dérivés hydrosolubles des AG, produits essentiellement dans le foie. Ils sont au nombre de 3 : - Acétone - Acide acéto-acétique - Acide β hydroxy butyrique Ils sont utilisés à des fins énergétiques, par certains tissus, essentiellement lorsque le glucose ne peut satisfaire les besoins. Et ce n'est qu'en cas de déficit insulinique que leur hyperproduction conduit à l'acidocétose. Intérêt : compréhension de la physiopathologie des hyper cétogenèses pathologiques (acidocétose diabétique chez le DID et autres hyper cétogenèse sans carence insulinique) I. PHYSIOLOGIE : A. Biosynthèse : La cétogenèse est une voie métabolique de la mitochondrie permettant la transformation des acétylCoA excédentaires issues du catabolisme des AG, en corps cétoniques : acétoacétate, β hydroxybutyrate et acétone. L'entrée de nombreux acétyl-CoA provenant de la lipolyse dans le cycle de KREBS, grâce à la citrate synthase exige une concentration suffisante d'oxaloacétate. La synthèse de l'oxaloacétate se fait à partir du glucose ; donc, lorsque le glucose manque à la cellule celle-ci ne pourra pas fournir le supplément d'oxaloacétate nécessaire à la lipolyse. Dans cette circonstance, les acétyl-CoA seront les substrats d'une voie métabolique de dérivation qui conduira ces acétyl-CoA à être exportés vers d'autres cellules où le cycle de KREBS sera capable de les oxyder. Cette voie métabolique s'appelle la cétogénèse, se déroule dans le foie, et les composés qu'elle exporte hors de la cellule sont les corps cétoniques. Seul l'Acétyl-CoA provenant des AG donne les corps cétoniques. Donc c'est une énergie alternative, utilisée en cas de diminution du taux de glucose due à un jeun prolongé ou un diabète insulinodépendant non traité. Dans le foie, à jeûn ou en cas de DID non traité, le cycle de KREBS est arrêté parce que les substrats qu’il utilise (en particulier l’oxaloacétate) sont consommés par une voie métabolique différente, la gluconéogénèse. De ce fait l’acétyl-CoA, issu de la β-oxydation, ne peut pas être transformé en citrate comme dans la lipolyse des autres cellules. Cet acétyl-CoA est alors le substrat de la cétogénèse, qui le transforme en acétoacétate, β hydroxybutyrate ou acétone. Ces trois produits sont sécrétés dans le plasma (corps cétoniques), puis excrétés par les reins (acides) ou par les poumons (acétone). Ils peuvent aussi servir de substrats énergétiques pour d’autres organes dont le cycle de KREBS est actif (cerveau, cœur). 1. Formation de l'acéto-acétate : La combinaison de 2 acétyl-CoA, catalysée par une β-cétothiolase, donne naissance à l'acétoacétyl-CoA. Celui-ci se combine à une autre molécule d'acétylCoA pour former du β hydroxy β méthyl glutaryl CoA (HMG CoA). Ce dernier composé se clive ensuite en acétylCoA et en acéto – acétate qui passe dans le sang inchangé ou après avoir été transformé en β hydroxy butyrate ou en acétone. β oxydation 2 AcétylCoA β cétothiolase Acéto-acétylCoA HMG CoA synthétase β hydroxy β méthyl glutaryl CoA HMG CoA lyase Acétoacétate 121 BIOLOGIE 2. Formation des autres corps cétoniques à partir de l'acéto-acétate : À partir de l'acéto-acétate, les deux autres corps cétoniques sont obtenus grâce à l'activité de deux enzymes distinctes. Acétoacétate Acétoacétate décarboxylase Acétone β hydroxybutyrate déshydrogénase β hydroxybutyrate B. Devenir des corps cétoniques : - - Les corps cétoniques ainsi synthétisés par le foie, passent dans la circulation, où ils peuvent être utilisés par d'autres tissus. Leur concentration plasmatique, à l'état normal varie entre 25 et 50mg/l, et ils sont entièrement ionisés dans le plasma et les urines. Leur catabolisme, réalisé pour des fins énergétiques, a lieu essentiellement dans le muscle ou lors de la réutilisation par le foie lui-même. Le myocarde et le cerveau les utilisent. Mécanisme : l'acétoacétate pénétre dans la cellule librement, indépendamment de la présence d'insuline, et son utilisation métabolique est normale chez le diabétique. Il doit être réactivé en acéto-acétyl-CoA, habituellement par transfert d'une coenzyme A à partir du succinyl-CoA. Il est ensuite clivé en acétylCoA et est utilisé normalement par le cycle de Krebs (où il est oxydé en CO2, avec fourniture d'énergie sous forme d'ATP et de coenzymes réduites). Régulation : cette utilisation musculaire est indépendante de l'insuline et proportionnelle à la concentration des corps cétonique. En cas d'excès de C.C circulants, par exemple chez le diabètique insulino-dépendant non traité ou cas de jeûne prolongé, les corps cétoniques sont produits par les cellules hépatiques en grande quantité. Ils diffusent dans le plasma, et ont des devenirs distincts selon le corps cétonique considéré : L'acétone, molécule très volatile, est éliminée dans l'air par les poumons. Elle confère aux diabétiques une odeur de l'haleine très caractéristique. Acéto-acétate et β-hydroxybutyrate sont transportés dans le plasma jusqu'aux tissus extra-hépatiques, notamment le tissu cardiaque et le tissu nerveux. Dans ces tissus, ils peuvent être catabolisés pour permettre la production d'ATP. Dans le cas des cellules nerveuses, cela ne se produit que dans le cas d'un jeûne prolongé, car les cellules nerveuses sont strictement glucose dépendantes (le tissu nerveux consomme 150 g de glucose par jour). L'adaptation au catabolisme des corps cétoniques par les cellules nerveuses ne se produit que lors d'un déficit sévère en glucose. Acéto-acétate et β-hydroxybutyrate peuvent être éliminés dans les urines. Leur recherche en laboratoire d'analyses médicales est un élément de diagnostic d'un diabète sucré. Les corps cétoniques sont retrouvés dans le plasma et conduisent à une acidose sévère, hyperkaliémie, hyponatrémie et hyperuricémie. Une acidose importante conduit à un coma acidocétosique généralement mortel. Concentration plasmatique Personne non diabétique Diabétique non traité < 30 mg.L-1 > 900 mg.L-1 122 BIOLOGIE C. Régulation de la cétogenèse : Un ensemble de facteurs plasmatiques et hormonaux conditionnent la cétogenèse hépatique Tous les facteurs qui stimulent la lipolyse périphérique et augmentent l'afflux des AGL vers le foie sont des facteurs cétogènes. Les facteurs antilipolytiques, le glucose et l'insuline, sont en revanche anticétogènes. a. Facteurs favorisants la cétogenèse : Carence glucidique Jeun glucidique : stimule les hormones hyperglycémiantes, qui sont également lipolytiques Hormones lipolytiques : adrénaline, cortisol, glucagon, thyroxine, H hypophysaires (GH, ACTH, LPH) b. Facteurs anti cétogènes : II. Glucose : - Capté par l’adipocyte, il permet la réesterification des AGL en TG qui seront stockés - Effet antilipolytique en inhibant la sécrétion d’hormones lipolytiques Insuline : - ↑ la captation cellulaire du glucose et sa dégradation dans le foie - ↑ La liposynthèse et ↓ La lipolyse Exploration : Méthodes de dosage des corps cétoniques : A. Dans le sang : La présence de corps cétonique est détectée par des réactions colorées. Le dosage fait appel à : - Des méthodes colorimétriques ou chimiques, - Mais, la méthode enzymatique est la plus précise. NB : la mesure de la glycémie est essentielle pour faire la différence entre un coma acidocétosique et un jeun prolongé, ainsi que le pH. B. Dans les urines : On ne les retrouve pas habituellement dans les urines. Lorsqu'ils apparaissent, on peut les doser grâce aux bandelettes urinaires. C. Dans l'air expiré : Une faible élimination de corps cétoniques peut être détectée par la chromatographie en phase gazeuse. Conclusion : La cétogenèse est une issue normale du catabolisme lipidique, à partir des acétyl-CoA excédentaires, bien que peu intense à l'état normal. Le catabolisme glucidique au-contraire ne fournit pas d'acétates excédentaires, car une partie du pyruvate est utilisée pour l'entretient du cycle de Krebs en fournissant l'oxalo-acétate. 123 BIOLOGIE Q35. Ammoniogenèse et uréogenèse : physiologie, régulation et exploration I. L'adulte sain soumis à un régime normal est en équilibre azoté c'est-à-dire c'est dire que les apports d'azote alimentaire, sous forme presque exclusivement de protéines alimentaires, et l'excrétion totale d'azote sont identiques. L'excrétion on de l'azote protéique se fait essentiellement au niveau du foie sous forme d'urée (95%), tandis que l'élimination se fait au niveau du rein. L’ammoniaque est un produit toxique qui est immédiatement combiné à certains acides acides aminés, puis transformé en urée au niveau du foie. Quant à son élimination rénale, elle joue un rôle capital dans l’équilibre acido-basique. acido Intérêt : - Le dosage de l'urée dans le sang ou azotémie et dans l'urine est l'un des paramètres de l'ionogramme les plus demandés. - En néphrologie, le dosage de l'urée plasmatique et urinaire est dépassé par celui de la créatinine, mais il reste un précieux élément d'appoint PHYSIOLOGIE : Les atomes d’Azote utilisés par les hépatocytes proviennent de toutes les cellules de l’organisme sous s forme de - glutamine,, qui transporte l’ammoniac sous une forme très peu toxique - ions ammonium,, en très petites quantités, provenant surtout des désaminations intestinales. Les ions ammonium produits par le catabolisme des acides aminés dans toutes les cellules sont fixés par transamination sur l’a-cétoglutarate, cétoglutarate, puis par la glutamine synthétase. La glutamine ainsi produite porte donc deux atomes d’Azote. Elle diffuse dans la circulation d’où elle est captée par les reins ou par le foie. Dans les reins, la glutaminase libère des ions ammonium (NH3), forme neutre très diffusible qui sera ionisée dans la lumière tubulaire en se combinant à un ion H+ pour former l'ammonium NH4+, peu diffusible donc éliminé dans les urines sous forme de chlorure d'ammonium. Cette Cette excrétion d'ammoniaque est d'autant plus élevée que le pH urinaire est bas (excès d'H+) et que le débit urinaire est élevé. L'acidose augmente donc la production rénale d'ammonium, par contre l'alcalose la diminue. Le glutamate restant, repart dans la circulation pour être recapté par le foie. acido basique en neutralisant les ions H+ → L'ammoniogenèse rénale joue donc un rôle majeur dans l'équilibre acido-basique excrétés par le rein. Dans le foie, le cycle de l'uréogénèse est destiné à intégrer sous forme d'urée deux ux molécules d'ammoniac (apportées par la glutamine et libérées par la glutaminase) et une molécule de gaz carbonique. Le processus métabolique fixe la première molécule d'ammoniac et le CO2 sous forme de carbamyl-phosphate carbamyl qui s'intégrera à l'omithine pourr produire de la citrulline. Celle-ci ci recevra une deuxième molécule d'ammoniac, en réalité apportée sous forme d'acide aspartique, pour former l'arginine, alors spécifiquement et très activement hydrolysée par l'arginase hépatique en urée et ornithine, prête à redémarrer le cycle. Le foie peut encore éliminer ces Azotes par une voie accessoire : l’uricogénèse. Au niveau intestinal : l'hydrolyse digestive des protéines produit des acides aminés qui, sous l'action des enzymes bactériennes sont convertis en e NH3. NB : au cours des hémorragies digestives, il y a production accrue d'ammoniaque. 124 BIOLOGIE Schéma de l'uréogenèse II. REGULATION : L'ensemble du métabolisme azoté est soumis à des facteurs de régulation soit anabolisants soit catabolisants. A. Facteurs anabolisants Ils favorisent, comme leur nom l'indique, la biosynthèse des protéines et tendent à entraîner un bilan azoté positif. 1. Facteurs hormonaux Insuline : Elle freine la néoglucogénèse et favorise la biosynthèse protéique en augmentant la production énergétique d'origine glucidique, en facilitant aussi l'incorporation directe des aminoacides dans les chaînes protéiques en cours d'édification sur les ribosomes. Hormone de croissance : Elle stimule la biosynthèse des protéines, la croissance et le développement tissulaires, provoquant ainsi une rétention azotée et un bilan azoté positif. Androgènes : Elles entraînent une stimulation générale de la biosynthèse des acides nucléiques et des protéines, exerçant en particulier une action trophique très nette sur les muscles squelettiques et la matrice protéique de l'os (utilisation thérapeutique dans l'ostéoporose sénile). OEstrogènes : La survenue de l'ostéoporose post-ménopausique montre bien l'influence favorable des oestrogènes sur la trophicité de la trame protéique de l'os. 2. Facteurs de croissance et cytokines B. Facteurs catabolisants 1. Glucocorticoïdes Cortisol, cortisone et cortisoniques de synthèse (corticoïdes) accélèrent le catabolisme protidique. Ils provoquent une fuite urinaire azotée, augmentent la néoglucogénèse et rendent donc la balance azotée négative. De plus ils inhibent l'incorporation des aminoacides dans les chaînes en cours de biosynthèse. Leur action est particulièrement nette au niveau de la peau, très amincie, au niveau de l'os avec ostéoporose grave, ou au niveau des muscles avec atrophie, lors des hypercorticismes ou des syndromes de Cushing iatrogènes. 2. Hormones thyroïdiennes Elles augmentent le catabolisme azoté comme elles stimulent tous les métabolismes. Ainsi l'amaigrissement est-il un des signes cardinaux de l'hyperthyroïdie. 125 BIOLOGIE III. EXPLORATION ET APPLICATIONS : A. AMONIAQUE : 1. Méthodes d'étude : Prélèvement : - sang (héparine) : préservé dans la glace afin d'éviter les erreurs par excès liées à l'hydrolyse de la glutamine. Puis dosage dans les 15 minutes suivant le prélèvement. Techniques : colorimétriques ou enzymatiques Valeurs normales : 100 – 500 microgramme / l 2. Intérêt sémiologique : les hyperammoniémies Cirrhoses décompensés : responsables d'encéphalopathies hépatiques Hémorragies digestives : notamment chez les cirrhotiques Déficits enzymatiques : notamment de l'OCT B. UREE : 1. Méthodes d'étude : Prélèvement : sang (plasma ou sérum), urines de 24h Techniques de dosage : colorimétriques Valeurs normales : urémie : - 0.25 – 0.35 g/l (adulte) - Les valeurs varient en fonction du régime alimentaire. Clairance de l'urée = U/P x V. - U = concentration urinaire de l'urée en mmol/l. - P = concentration plastique de l'urée en mmol/l. - V = débit urinaire en ml/mn ou en ml/s. - 0.25 – 0.30 g/l (enfant) 2. Intérêt sémiologique : 1. Les hyperurémies : Insuffisance rénale aigue : augmentation transitoire Insuffisance rénale chronique Maladies cardiaques Diminution du VEC (diarrhée, vomissement) 2. Les hypourémies : Stade terminal des IHC Cirrhose Acidose Conclusion : L'ammoniaque et l'urée sont les termes ultimes du catabolisme protidique. L'ammoniogenèse se fait au niveau du rein, elle joue un rôle important dans l'équilibre acido-basique. L'uréogenèse se fait au niveau du foie, elle joue un rôle important dans la détoxification. Leur étude permet d'expliquer les manifestations cliniques et biologiques lors d'atteintes hépatiques ou rénales. 126 BIOLOGIE Q36. Lipoprotéines plasmatiques : structure, métabolisme, exploration et classification des hyperlipoprotéinémies Les lipoprotéines plasmatiques sont des particules complexes constituées d'une partie lipidique, et d’une partie protéique spécifique appelée apoprotéine. Elles fonctionnent de manière à maintenir les lipides solubles dans le plasma et comme un moyen de libération efficace des lipides aux tissus utilisateurs. On distingue 5 types selon leur densité : - Les chylomicrons (CM) : ils transportent les TG et le cholestérol d’origine alimentaire aux autres tissus ; - Les lipoprotéines de très faible densité (VLDL) ; - Les lipoprotéines de densité intermédiaire (IDL) ; - Les lipoprotéines de faible densité (LDL) ; → Ces 3 groupes st apparentés et transportent les lipides d’origine endogène du foie vers les tissus utilisateurs. - Les lipoprotéines de haute densité (HDL) : elles transportent le cholestérol des tissus vers le foie. I. L'importance de l'étude du métabolisme lipoprotéique est liée à la fréquence des hyperlipoprotéinémies et à leur retentissement sur la paroi artérielle (athérosclérose), constituant ainsi un facteur de risque cardiovasculaire modifiable. STRUCTURE : Les lipoprotéines sont constituées : D'un noyau : renfermant des lipides hydrophobes : les TG et le cholestérol estérifié (CE). D'une enveloppe : constituée de : - Lipides polaires : cholestérol non estérifié (CNE), et phospholipides. - Apoprotéines : AI, AII, B48, B100, CI, CII, CIII….qui ont un double rôle, structural en stabilisant les lipides pour le transport des sites de synthèse vers les sites d'utilisation, et métabolique permettant la reconnaissance des récepteurs et l'activation des enzymes. Apoprotéine Phospholipides Cholestérol libre Selon la densité (ultracentrifugation), et la migration électrophorétique, on distingue 4 classes de lipoprotéines: Ultracentrifugation Chylomicrons VLDL LDL HDL Densité (g.ml-1) < 0,99 0,99 -1,006 1,019-1,063 1,063- 1,21 Composition Lipides protéines 98%(TG = 90%) 2% (B48, A, C) 90% (TG=60%) 10% (B; D; E) 75% (CT=50%) 25% (B100) 55% (CT=45%) 45% (AI AII) Electrophorèse Point de dépôt préβ β α 127 BIOLOGIE II. METABOLISME : Les lipoprotéines sont synthétisées dans le foie et l'intestin grêle. Elles subissent des transformations ou échanges dans le sang mais aussi dans les tissus. A. Métabolisme des Chylomicrons: Les chylomicrons constituent la forme d'assimilation des lipides alimentaires (exogènes). Au cours d'un repas, les matières grasses riches en TG sont totalement ou partiellement hydrolysées sous l'action de la lipase pancréatique en acides gras, glycérol et monoglycérides. Le glycérol est absorbé rapidement au niveau intestinal alors que les AG nécessitent la présence de sels biliaires. A l'intérieur de l'entérocyte : - Les AG à faible condensation en carbone gagnent directement l'hépatocyte par la circulation porte. - Il y a une resynthèse des TG à partir du glucose ou des monoglycérides et des AG (>10 carbones). Ces TG resynthètisés avec quelques molécules de cholestérol et de phospholipides s'associent à une copule protéique formée principalement de l'apoprotéine B48. Cet ensemble donne naissance aux chylomicrons "natifs". Ces derniers gagnent la circulation lymphatique puis la circulation générale par le canal thoracique. Dans le sang : les chylomicrons porteurs d’apoB48 s’enrichissent d’apoC et d’apoE que leur cèdent les HDL. Au niveau des tissus périphériques : ils subissent l’action de la lipoprotéine lipase (LPL) activée par l'apoC, et sont dégradés particulièrement au niveau du tissu adipeux qui met en réserve les AG sous forme de TG, et au niveau du tissu musculaire et cardiaque qui captent les AG pour leurs besoins énergétiques. Les chylomicrons appauvris en TG cèdent leur apoC aux HDL et se transforment en remnants qui gagnent le foie où ils sont catabolisés après fixation sur le récepteur membranaire de l’apoE. Par l’intermédiaire des remnants le foie reçoit le cholestérol d’origine exogène dont : - Une partie est excrétée dans la bile : libre ou s/s forme d’acides biliaires et subit le cycle entéro-hépatique - Une partie est intégrée dans les VLDL B. Métabolisme des VLDL: A côté des chylomicrons, les VLDL représente une forme de transport des TG exogènes mais aussi endogènes résultant du catabolisme des hydrates de carbones. Les VLDL sont synthétisés dans l'intestin mais surtout dans le foie. Dans la circulation sanguine, elles s'enrichissent en ApoC et ApoE cédées par le HDL. Au niveau des tissus périphériques, les VLDL subissent l'action de la LPL et de la LCAT (lécithine cholestérol acyl transférase), et se transforment en IDL. La LCAT réalise l'estérification du cholestérol libre des VLDL. Ce processus s'accompagne de la perte de l'apoC. La moitié des IDL gagne rapidement le foie où elles sont catabolisées après fixation sur les récepteurs de l’apoE. Et le reste perd les apoE et subissent l'action d'une lipase hépatique et se transforment en LDL qui ne possèdent plus que l’apo B100. C. Métabolisme des LDL: La biosynthèse se fait à partir des VLDL dans le foie. Les LDL ainsi formées se composent d'apo B, apoE, de cholestérol libre et estérifié. Elles circulent dans le sang vers les tissus périphériques (glandes endocrines) et le foie. Elles sont reconnues par les récepteurs à apo B/E. Le catabolisme peut siéger au niveau des adipocytes mais surtout au niveau du foie. Après fixation sur le site récepteur, la LDL est internalisée et dégradée en cholestérol libre, acide gras et acides aminés de l'apo B. Le cholestérol libre pourra : - Être utilisé pour la structure des membranes, - Être stocké sous forme de cholestérol estérifié. Une enzyme, l'acyl cholestérol acyltransférase (ACAT) permet en effet d'estérifier le cholestérol intracellulaire avec des acyl-coenzymes A ; - Inhiber la HMG CoA réductase, enzyme régulatrice de la synthèse du cholestérol, - Inhiber la synthèse des récepteurs à apo B/E, donc arrêter la pénétration de LDL dans la cellule. Certaines LDL ne sont pas captées par les récepteurs à apo B/E car elles sont modifiées, surtout par peroxydation ou acétylation. Elles sont alors catabolisées par la voie du récepteur « scavenger » des 128 BIOLOGIE macrophages. Ce récepteur n'est pas régulé par le taux de cholestérol et le macrophage pourra absorber un excès de LDL et se transformer en cellule spumeuse. Ce mécanisme peut être une des causes de l'installation de la lésion athéroscléreuse. Le cholestérol libre cellulaire en excès pourra être pris en charge par les HDL pour être ramené au foie et y être dégradé. D. Métabolisme des HDL: Les HDL plasmatiques ont plusieurs origines : sécrétion par l'intestin et par le foie, formation à partir des chylomicrons et des VLDL. Les premières HDL libérées dans la circulation sanguine ou HDL naissantes sécrétées par les hépatocytes ne contiennent pas de CE. Elles ont une forme discoïde. Au fur et à mesure, la particule s'enrichit en cholestérol et phospholipides. Après l'estérification du cholestérol par la LCAT, le cholestérol estérifié hydrophobe se localisera au centre et transformera les disques en sphères : les HDL3. Ces HDL3 sont des HDL de petite taille et de haute densité qui sont capables de recevoir du cholestérol et de continuer à l'estérifier avec la LCAT. Elles se transforment en HDL de plus grande taille, les HDL2, de densité plus légère car plus riches en triglycérides, qui sont des transporteurs de cholestérol vers le foie ou les autres lipoprotéines VLDL et LDL. Il y a un cycle permanent de conversion de HDL2, en HDL3 avec intervention de la lipase hépatique. Au niveau du foie le cholestérol libre peut alors être éliminé dans la bile ou servir à la synthèse des acides biliaires. Les HDL par contre seront recyclées. Les HDL interviennent donc dans le transport « reverse » ou efflux du cholestérol vers le foie, et ont ainsi un rôle anti athérogène. De plus, ils interviennent aussi dans la lipolyse des chylomicrons et VLDL en leur transférant l'apo C activateur de la LPL et récupérent, après la lipolyse, des particules de phospholipides, cholestérol libre et apoprotéines ; III. EXPLORATION : A. Prélèvement: Après 12h de jeun. Sérum ou plasma hépariné. B. Aspect du sérum: Aspect normal : aspect clair jaune citrin, transparent. Aspect anormal: opalescent (VLDL), lactescent (Chylomicron). Réexamen après une nuit à 4 °C C. Dosage des TG: Méthodes enzymatiques Valeur normale : 0,5 à 1,5 g/l D. Dosage du cholestérol: 1. Cholestérol total : cholestérol estérifié + cholestérol non estérifié. Méthode enzymatique. Valeur normale: < à 2g/l à 30 ans, < à 2,4g/l à 50 ans (augmente avec l'âge). 2. Fraction de cholestérol : Cholestérol HDL : méthode indirecte - On fait précipiter les LDL et les VLDL par le sulfate de dextan ou par le phosphotungstate de Na + MgCl2 - On réalise une centrifugation => surnageant = HDL - On dose le cholestérol du surnageant par méthode enzymatique. - VN : 0,40 à 0,65 g/l Cholestérol LDL : Formule de Friedewald - Ch LDL = Ch total – [Ch HDL – (TG/5)] en g/l - Condition de validité TG < 3.5 g/l. - V.N : 0,70 à 1,60g/l E. Electrophorèse des lipoprotéines = lipogramme L'électrophorèse permet de déterminer quelle fraction lipoprotéique est augmentée lors d'une pathologie. => Lipidogramme: - HDL : 30 à 50% - LDL : 50 à 60% - VLDL : 10 à 15% - Chylomicrons : 0% (après 12h de jeun) 129 BIOLOGIE F. Dosage des apoprotéines : Dosage par méthodes immunologiques : Immunoprécipitation en milieu liquide ou sur gel - ApoAI (HDL): 0,70 à 2 g/l - ApoB (LDL): 0,50 à 1,30 g/l : si ↑ des Apob risque athérogène - Lp (a) (LDL): < 0,30 g/l G. Appréciation du risque athérogène : Rapports: - C-LDL / C-HDL < 3,5 IV. - ApoB / ApoAI < 3,5 LES HYPERLIPOPROTEINEMIES : Définition : c'est une augmentation des TG et/ou du cholestérol total (surtout le C-HDL), on distingue : A. Hyperlipoprotéinémies primaires familiales : Deux classifications, établies par Fredrickson et de Gennes, peuvent être utilisées pour définir les dyslipoprotéinémies. Classification internationale de Frederickson: se base sur les résultats de l'électrophorèse. Type Aspect du sérum CT TG Electrophorèse Lipoprotéines IIa IIb Clair Opalescent +++ ++ N + ++ ↑ Beta lipoprotéines Béta+ pré-Béta lipoprotéines LDL LDL, VLDL III I Opalescent Lactescent ++ N ou + +++ Broad Beta Chylomicron Broad β Chylo IV Opalescent N ou + ++ ↑préBeta VLDL V Lactescent N ou + +++ chylomicrons +pré-béta VLDL, chylo Classification de Gennes : basée sur la valeur de CT et TG, elle permet de définir 3 formes : Classification selon De Gennes Hypercholestérolémies essentielles CT/TG > 2.5 1. Forme mineure : expression biologique permanente, manifestations cardiovasculaires occasionnelles 2. Forme majeure : xanthomatose tendineuse hypercholestérolémique familiale (XTHF) 3. Forme monstrueuse de XTHF Hyperlipidémies mixtes CT/TG< 2,5; TG/CT< 2,5 1. Forme mineure: expression biologique permanente, quelques manifestations cardiovasculaires 2. Forme majeure avec ou sans xanthomatose Hypertriglycéridémies majeures TG/CT > 2.5 - Formes exogènes dépendantes des graisses (activité LPL↓) - Formes endogènes indépendantes des graisses ( glucidodépendantes ou éthanolodépendantes, activité LPL normale) - Formes exogènes et endogènes Fredrickson IIa IIb III I IV V 130 BIOLOGIE B. Hyperlipoprotéinémies secondaires : Ensemble des maladies qui se traduisent par une hyperlipoprotéinémie. Les augmentations sont modérées et ne provoquent pas de lactescence du sérum. Elles suivent l'évolution de la maladie causale et régressent par le seul traitement de l'affection causale. Types selon Fredrickson CT TG Pathologies métaboliques - Diabète - Insuffisance rénale - Hyperuricémies IV ou IIb N ou + + Syndrome néphrotique Pathologie Hormonale - Hypothyroïdies HyperLipoProtéinemies latrogènes - CO - Beta-Bloquants - Thiazidiques - Corticoïdes IIb ou IV IIa ou IIb + ++ + N ou ++ IIb ou IV N ou + IV IIb N + + + + IV ou IIb N ou + + CONCLUSION Les principaux lipides plasmatiques sont les AG, TG, le cholestérol et les phospholipides. Ces lipides, insolubles dans l'eau, sont transportés dans le plasma en association avec des protéines formant les lipoprotéines. Des concentrations élevées en lipides sont associées à la pathogenèse de l'athérosclérose, processus responsable des maladies cardiovasculaires coronariennes, cérébrovasculaires et vasculaires périphériques. 131 BIOLOGIE Q37. Bilirubine : métabolisme, méthode d’étude et classification des ictères. I. - I. II. MOYENS D'ETUDES A. Examens portant sur la Bilirubine B. Examens portant sur l'urobiline et la stercobiline. III. INTERET SEMIOLOGIQUE : CLASSIFICATION DES ICTERES A. Ictères à bilirubine conjuguée B. Ictères à bilirubine non conjuguée C. Ictères à bilirubine mixte La bilirubine est un composé azoté non protéique présent dans le sérum, fourni lors du catabolisme de l'hémoglobine et d'autres pigments héminiques. Selon son état dans l'organisme, on en distingue 2 variétés principales : - METABOLISME A. Origine B. Disposition de la bilirubine 1. Transport plasmatique 2. Transport hépatique a. Captation par l'hépatocyte b. Conjugaison c. Excrétion biliaire 3. Elimination La bilirubine proprement dite, ou bilirubine non conjuguée ou indirecte (libre), non hydrosoluble, par contre liposoluble et peut franchir facilement la barrière hémato – encéphalique. La bilirubine conjuguée ou directe, hydrosoluble, inclut les différentes formes sous lesquelles se trouve la bilirubine après son métabolisme. Elle est peu toxique pour le système nerveux et peu être éliminée par le rein. Son augmentation pathologique produit une coloration jaune de la peau et des muqueuses : l'ictère. Intérêt : - Exploration de la fonction biliaire - Utilité de son dosage sous différentes formes pour la recherche étiologique et la classification d'un ictère. METABOLISME : A. Origine : 250 à 350 mg de bilirubine sont produites chaque jour chez l'adulte sain, dont 95% provient de sources hémoglobiniques, et 5% de sources autres que l'hémoglobine : 1. Sources hémoglobiniques : 95% Les sources hémoglobiniques de la bilirubine sont doubles : - La destruction des hématies vieilles par les macrophages du système réticulo – endothélial, d'où libération de l'hémoglobine qu'elles contiennent (85%) - L'érythropoïèse inefficace, ou destruction dans la MO elle – même d'une faible proportion d'érythroblastes qui n'arriveront jamais à maturité. (15%) La bilirubine dérive de la protoporphyrine IX par ouverture du pont α méthène; la conversion de l'hémoglobine aboutit à la biliverdine, qui est le précurseur naturel de la bilirubine. L'ouverture du noyau tétrapyrrolique de la protoporphyrine IX est sous la dépendance d'une enzyme, l'hème – α méthène – oxygénase, présente dans le foie, la rate et les reins, qui s'attaque spécifiquement au pont αméthène. Quant à la conversion de biliverdine en bilirubine, elle s'effectue grâce à une biliverdine réductase présente dans le cytosol des hépatocytes. Le destin des constituants de l'hémoglobine, après la transformation de celle – ci, est variable selon le constituant en cause. - La molécule tétrapyrrolique de l'héme sera entièrement éliminée. - Le fer de l'hème, dès sa libération, est accumulé sous forme liée à des protéines (ferritine et hémosidérine) et pourra être utilisé pour les synthèses. - Pour la globine par contre, la perte d'énergie est considérable, car elle est détruite, et ses acides aminés constitutifs seront repris dans le pool général pour être réutilisés pour les synthèses. 132 BIOLOGIE Fer NADH2 NAD CO Hémoglobine Complexe Globine – Fer – Biliverdine Hème α méthène oxygènase Biliverdine Globine Bilirubine Biliverdine réductase Etapes de la formation de la bilirubine à partir de l'hémoglobine 2. Autres sources héminiques : 5% Environ 5% de la synthèse de la bilirubine résulte de la transformation de divers constituants héminiques non hémoglobiniques. Cette synthèse est d'origine hépatique. Elle est attribuée au renouvellement rapide de diverses structures héminiques intra hépatiques, telles la catalase et divers cytochromes. B. Disposition de la bilirubine 1. Transport plasmatique : La bilirubine non conjuguée n'est pratiquement pas soluble dans l'eau au pH physiologique. Pour pouvoir être transportée dans le plasma, la bilirubine est fortement liée aux protéines plasmatiques, presque exclusivement à l'albumine, et cela par plusieurs sites de liaison. Chez le nouveau né, il ya une diminution du nombre de liaison de la bilirubine sur l'albumine plasmatique et une diminution de l'affinité de ces sites pour l'albumine, d'où le grand risque d'ictère nucléraire en cas d'hyperbilirubinémie 2. Transport hépatique : a. Captation par l'hépatocyte La bilirubine circulant dans le plasma est non conjuguée, mais liée à l'albumine. Elle est fixée électivement par la cellule hépatique, dans laquelle elle pénètre contre un fort gradient de concentration. b. Conjugaison : glucuroconjugaison La bilirubine, substance non polaire et insoluble, subit dans le réticulum endoplasmique lisse de l'hépatocyte, une glucuroconjugaison, fixant deux molécules de glycuronate. C'est une étape essentielle de son métabolisme est catalysée par une Glucuronyl transférase. Elle entraîne une solubilité dans l'eau de la bilirubine conjuguée, et lui permet d'être excrétée; Le schéma de la glucuroconjugaison est le suivant : Bilirubine + 2 acides glucuroniques Diglucuronate de bilirubine (BC) Glucuronyl transférase La glucoroconjugaison est un mécanisme très général de détoxication intéressant de nombreuses substances étrangères. c. Excrétion biliaire La bilirubine conjuguée est un anion organique choléphile, càd excrété à forte concentration dans la bile. La conjugaison qui rend la bilirubine polaire et hydrophile, est un préalable nécessaire à l'excrétion biliaire. Le transfert hépatocyte/bile de la bilirubine est consécutif à un transport actif. Il existe un fort gradient de concentration de bilirubine entre l'hépatocyte et la bile. 133 BIOLOGIE 3. Elimination : La plus grande partie de la bilirubine est excrétée dans la bile puis déversée dans l'intestin. Après son arrivée dans l'intestin par l'intermédiaire de la voie biliaire principale, sous l'influence des bactéries intestinales, la bilirubine subit une série de réductions qui la transforment en une famille d'urobilinogènes : - Une petite partie de la bilirubine conjuguée est hydrolysée ; cette bilirubine libre est réabsorbée avec création d'un cycle entéro-hépatique ; La majeure partie de la bilirubine est transformée par la flore bactérienne intestinale en stercobilinogène et urobilinogène qui, oxydés en stercobiline et urobiline, donnent aux matières fécales leur coloration. Une petite partie est réabsorbée, passe ensuite dans les veines sus-hépatiques pour être finalement éliminée par le rein sous forme d'urobilinogène et d'urobiline, qui participent à la coloration normale des urines. 134 BIOLOGIE II. MOYENS D'ETUDES A. Examens portant sur la Bilirubine : 1. Bilirubine sérique : Prélèvement : peut être du sérum ou du plasma après recueil sur héparinate de lithium. Il doit être conservé à l'abri de la lumière en raison de la sensibilité de la bilirubine à la photooxydation et le dosage pratiqué dans les 8h Méthode de dosage : le plus souvent spectrophotométrique, basé sur la réaction de la Bilirubine avec le chlorure de Diazonium de l’Acide Sulfanilique. - Une partie réagit immédiatement = BD ou BC = Coloration rouge. - L’autre réagit en présence d’alcool ou benzoate de caféine = BI ou BNC. Valeurs normales : chez l'adulte - BL= 4-10 mg/l - BC = 0-3 mg/l - BT = 4-13 mg/l. Valeurs pathologiques : Hyperbilirubinémie : 3 niveaux - < 25 mg/l Pas de signes cutanéomuqueux - 25-40 mg/l Subictère - >40 mg/l Ictère Causes d'erreur : hémolyse, interférences médicamenteuses. 2. BNC non liée à l’albumine : En cas d’IH du NN, il est utile d’apprécier la quantité de BNC capable de se fixer sur les centres nerveux et qui correspond à la BNC non liée à l’albumine. Plusieurs méthodes utilisées : chromatographie sur colonne, extraction par un solvant organique, réaction enzymatique. Le résultat est exprimé en % de BNC : plus il est ↑ plus le risque de l’ictère nucléaire est grand. 3. Bilirubine urinaire : Normalement il n’y a pas de B détectable dans les urines. On peut détecter la BNC par des bandelettes ou comprimés imprégnés de diazo Réactif. Une réaction positive si taux BC > 2µmol/l. On peut également mesurer quantitativement la BC dans les urines mais il a peu d’intérêt. L’existence de BU a la même signification que l’↑° du taux de BC plasmatique. 4. Bilirubine dans le liquide amniotique : Par spectrophotométrie, l’↑° du taux de B traduit le risque fœtal en cas d’Iso immunisation. Causes d'erreur : présence de méconium. B. Examens portant sur l’Urobiline et la Stercobiline : 1. Stercobiline : dans le sang Peu pratiqué, variation journalière importante → dosage 3j de suite puis calculer la moyenne. VN : 80 à 450 µmol/l 2. Urobiline : dans les urines Plus facile, coloration fluorescente verte avec solution alcoolique d’Acétate de Zinc. L’essentiel de l’urobiline existe sous forme d’urobilinogène (incolore) détecté par oxydation par l’iode suivi de la réaction avec l'Acétate de Zinc. Ces réaction se prêtent à des dosages quantitatifs, il existe également des bandelettes = Urobilistix*. VN : 0 – 7 µmol/24h 135 BIOLOGIE III. CLASSIFICATION DES ICTERES : L'ictère est une coloration jaunâtre de la peau et des muqueuses par une augmentation de la bilirubine. L'hyperbilirubinémie est causée soit par l'augmentation de la formation du pigment, soit par la défaillance des mécanismes de son élimination. Elle est décelable cliniquement au niveau des conjonctives à partir de 25 mg/l et au niveau de la peau et des muqueuses à partir de 50 mg/l Le diagnostic étiologique est parfois difficile, s'appuyant sur une démarche toujours systématique. Les ictères sont classés en 5 groupes : 1. Ictères par excès d'apport : Dus à une surproduction de bilirubine libre extrahépatique qui dépasse les possibilités d'épuration du foie. Etiologies : hyperhémolyse congénitale ou acquise Anomalies biochimiques : - Augmentation de la bilirubine portant essentiellement sur la forme non conjuguée. - Augmentation de l'urobilinogène et de la stercobilinogène dans les selles et urines. - Autres test hépatiques normaux. 2. Ictères par défaut de transfert ou de conjugaison : Dans ce type d'ictère, la bilirubine est produite en quantité normale mais insuffisamment transferée ou conjuguée, s'accumule dans la circulation. Etiologies : - Chez l'adulte : maladie de Gilbert (affection asymptomatique héréditaire à transmission AD, liée à un déficit partiel en UDPGT) - Chez l'enfant : déficits héréditaires en UDPGT ou immaturité enzymatique transitoire en UDGPT. Il peut s'agir d'un déficit complet = maladie héréditaire à transmission récessive ou incomplet = maladie héréditaire à transmission dominante en UDPGT ou syndrome de CRIGLER NAJJAR) Anomalies biochimiques : - Augmentation de la bilirubine portant essentiellement sur la forme non conjuguée. - L'urobilinogène fécal est abaissée et on peut trouver l'urobiline en quantité modérée dans les urines. - Les autres tests hépatiques ne sont pas modifiés. 3. Ictères par défaut d'excrétion cellulaire : Anomalie d'excrétion canaliculaire de la bilirubine conjuguée. Etiologies : deux maladies autosomales récessives très rares : - Maladie de DUBIN JOHNSON - Syndrome de ROTOR Anomalies biochimiques : - Augmentation modérée de la bilirubine libre et élévation importante de la bilirubine conjuguée - L'urobilininogène fécale est diminuée + présence d'urobiline dans les urines. 4. Ictères par défaut de transfert, de conjugaison et d'excrétion : Perturbations des fonctions hépatocytaires de diffusion, de conjugaison et d'excrétion. Etiologies : - Hépatites virales ou toxiques - Stéatoses et cirrhoses hépatiques Anomalies biochimiques : - Ictère mixte : augmentation de la bilirubine libre et conjuguée - Augmentation modérée des enzymes de cholestase : PAL, 5 nucléotidase, γGT 5. Ictères par obstruction des voies biliaires : a. Voies biliaires intrahépatiques : Peut être provoquée par des lésions bouleversantes de l'architecture du foie. Etiologies : hépatites, cirrhoses, cancers ou métastases hépatiques. 136 BIOLOGIE b. Voies biliaires extrahépatiques : Dus à la présence d'obstacle sur la voie biliaire principale. Etiologies : lithiases du cholédoque, cancers des voies biliaires, cancer de la tête du pancréas c. Anomalies biochimiques : Ictère à bilirubine conjuguée quasi exclusive. Présence de quantité abondante de pigments biliaires dans les urines au début. Urobilinogène fécal absent. Elévation importante de l'activité des enzymes de cholestase. Acides biliaires éliminés dans les urines avec diffusion dans les tissus (expliquant le prurit). Evolution vers l'ictère mixte par perturbation de la fonction de conjugaison si l'obstacle n'est pas levé. Conclusion La connaissance rationnelle du devenir de la bilirubine dans l'organisme fournit les bases les plus solides à la compréhension et la classification des ictères. 137 BIOLOGIE Q38. MEDULLOSURRENALE : physiologie et exploration Les glandes surrénales sont composés de deux parties complètement différentes : les corticosurrénales, forment la partie externe ou cortex, et les médullosurrénales forment la partie centrale ou médullaire. La médullosurrénale, qui a la même origine embryologique que les ganglions du système nerveux sympathique, est une véritable glande endocrine constituée de cellules chromaffines qui ont la capacité de synthétiser, de stocker et de libérer les catécholamines. Sous ce terme on groupe trois substances aminées possédant deux fonctions phénol : l'adrénaline, la noradrénaline et la dopamine. La médullosurrénale joue un rôle fondamental par les catécholamines dans : - La réponse immédiate aux agressions (stress+++) - Les grandes régulations physiologiques : PSA – Glycémie – Température - L’exercice musculaire. Intérêt : - Diagnostique : exploration des phéochromocytomes, incidentalomes et neuroblastomes - Thérapeutique : utilisation thérapeutique de l'adrénaline dans les états de chocs. I. PHYSIOLOGIE : Alors que la noradrénaline est le médiateur exclusif sécrété au niveau des terminaisons nerveuses du système sympathique, c'est l'adrénaline qui est l'hormone sécrétée majoritairement par la surrénale (80-90%). A. Biosynthèse des catécholamines : La biosynthèse se fait à partir d'un acide aminé indispensable, apporté par l'alimentation : la tyrosine. - ère 1 étape : Hydroxylation de la Tyrosine → DOPA par tyrosine hydroxylase, étape limitant la synthèse par sa lenteur ème ère 2 étape : Décarboxylation de la DOPA → Dopamine (1 cathécolamine active) par une décarboxylase qui a comme coenzyme la vitamine B6. ème étape : Hydroxylation de la Dopamine → Noradrénaline sous dopamine β hydroxylase. 3 ème 4 étape : Méthylation de la NA → Adrénaline par la phényléthanol amine N-méthyl transférase (PNMT), enzyme intra cytoplasmique spécifique de la MS. B. Libération des catécholamines : La sécrétion des catécholamines, complexe, se fait en plusieurs étapes : 1. Stockage : une fois synthétisées, les CA sont mis en réserve en quantité importantes dans les granules ou vésicules sécrétoires des cellules chromaffines, permettant la libération de l'A en cas de besoin (stress…). L'adrénaline constitue 80 à 90% des CA. 2. Libération : stimulée par la libération d'acétylcholine par les fibres pré ganglionnaires qui innervent la médullosurrénale. Celui-ci interagit avec les récepteurs membranaires des cellules chromaffines et entraine la dépolarisation de la membrane et l'ouverture des canaux calciques. L'entrée du calcium dans la cellule déclenche le processus d'exocytose et ainsi la libération dans le milieu extracellulaire des catécholamines. 3. Recaptage : par les cellules chromaffines d'une partie des CA qui sont donc remises en réserve dans les vésicules sécrétoires. C'est un mécanisme semblable à celui observé au niveau des terminaisons nerveuses sympathiques mais qualitativement moins important. C. Les catécholamines circulantes : Les catécholamines circulent dans le sang à de faibles concentrations dans les circonstances physiologiques, et ont une demi-vie courte. Ceci est dû au fait que l'activité de la MS est minime et le catabolisme est important. Dans le sang, les CA circulent en grande partie sous forme libre, la quantité liée aux protéines est faible. D. Le catabolisme des catécholamines : La plus grande majorité des CA, subit une dégradation qui a lieu essentiellement au niveau du foie, mais également in situ au sein de la surrénale. Cette dégradation est sous la dépendance de 2 enzymes qui interviennent successivement : la catéchol-o-méthyl transférase (COMT) et la monoamine oxydase (MAO) : 138 BIOLOGIE La dopamine est transformée par la MAO en acide homovanilique (HVA) retrouvé dans les urines. La COMT transforme l'A et NA en métanéphrine et normétanéphrine, conjugués à l'acide glucuronique et éliminés dans les urines. La MAO transforme l'A et NA en acide 3-4-dihydroxymandélique puis la COMT transforme ce métabolite en acide vanylmandélique (VMA), éliminé dans les urines. Le VMA représente 60 à 80% des catabolites urinaires, le bloc normétanéphrine-métanéphrine 20 à 30%, tandis que les catécholamines non modifiés sont minoritaires dans les urines. E. Mécanisme d'action des catécholamines: Les catécholamines exercent leurs effets physiologiques en se fixant sur des récepteurs spécifiques situés sur la membrane des cellules effectrices. Les récepteurs adrénergiques appartiennent à la superfamille des récepteurs couplés à la protéine G, 2 types : - Les récepteurs α adrénergiques : divisés en 2 sous types : o α1 : leur activation aboutit à la stimulation de la phospholipase C membranaire qui libère du diacylglycérol et de l'inositol phosphate qui agissent comme second messager en augmentant le calcium ionisé dans le cytoplasme : ils sont situés au niveau des vaisseaux des muqueuses, peau, rein, viscères, à l’exception du cœur et bronches. o - α2 : la fixation à leur niveau des catécholamines agit par l'intermédiaire d'une protéine G inhibant l'adénylcyclase et entrainant une baisse de l'AMPc intracellulaire : ils sont situés au niveau des membranes des terminaisons axonales adrénergiques. Les récepteurs β adrénergiques : leur activation met en action une protéine G stimulant l'adénylcyclase et augmentant l'AMPc intracellulaire. On en distingue 3 sous types : o β1 : situés au niveau du cœur. o β2 : exprimés dans les vaisseaux et les poumons. o β3 : localisés dans le tissu adipeux profond. → L’adrénaline a des effets α et β (1-2) alors que la NA a effet α et β(1). La dopamine possède des récepteurs propres différents de ceux des autres catécholamines, présents dans les vaisseaux, les muscles lisses viscéraux et le système nerveux, eux-mêmes subdivisés en sous types (1, 2, 3). F. Effets physiologiques des catécholamines : Les CA libérées par la médullosurrénale ont pratiquement les mêmes effets que la stimulation du SN sympathique. Le système sympathique et la MS sont actifs en continu et donne donc un tonus sympathique. Les actions physiologiques des catécholamines sont divisées en deux catégories : - Effets viscéraux : qui résultent de leur action sur les muscles striés, muscles lisses des organes et glandes exocrines. α récepteurs Organes Cœur 0 Vaisseaux Muscles Cerveau Rein Peau Splachnique Bronches Tractus gastro-intestinal Muscle squelette Utérus Uretère Dilatateur pupille Glandes exocrines Vasoconstriction + + ++ ++ +++ 0 Relaxation 0 Contraction Contraction Contraction (mydriase) ↑ Sécrétion sudorale ↓ secrétions : gastrique, nasale, salivaire, pancréatique. β récepteurs Excitation (β2) Inotrope + Chronotrope + Dromotrope + Bathmotrope + Vasodilatation + + + + + Bronchodilatation (β2) Relaxation Augmentation contractions Relaxation (β2) Relaxation 0 0 139 - BIOLOGIE Effets métaboliques : conséquence de l'action de l'adrénaline et de la NA sur le foie, le tissu adipeux et les glandes endocrines. Effets métaboliques α récepteurs Kaliémie Glucides Augmentation Augmentation glycogénolyse hépatique Augmentation glycémie Lipides Consommation O2 Insuline 0 0 Diminution sécrétion β récepteurs 0 Augmentation glycogénolyse musculaire Augmentation lactacidémie Augmentation lipolyse (AGL) Augmentation Augmentation sécrétion (β2) G. Régulation de la synthèse et de la sécrétion de la MS : Nerveuse : - L'innervation de la MS est assurée par les fibres pré ganglionnaires (cholinergiques) du nerf splanchnique. La stimulation splanchnique entraine la libération d'acétylcholine qui se fixe sur les récepteurs nicotiniques des cellules chromaffines et stimule la synthèse et la sécrétion des catécholamines. - De nombreux facteurs déclenchent la sécrétion des CA par voie nerveuse : baisse de PA (barorécepteurs), hypoxie – hypercapnie (chémorécepteurs), froid, hypoglycémie, exercice physique, douleur, stress… Hormonale : - Cortisol, glucagon, ACTH stimulent la sécrétion des catécholamines en activant la PNMT, alors que d'autres l'inhibent : somatostatine, vasopressine, ocytocine. - L'adrénaline exerce un rétrocontrôle sur sa biosynthèse, en inhibant la tyrosine hydroxylase. II. EXPLORATION DU METABOLISME DES CATHECOLAMINES : A. Statique : 1. Prélèvement : Sang : sur EDTA ou héparine + agent réducteur comme le métabisulfite de Na Urines : de 24 heures sur acide pour éviter la dégradation des catécholamines et des catabolites Précautions : arrêt de tous les médicaments contenant la α méthylDOPA, éviter les aliments qui apportent la vanilline (produits laitiers aromatisés à la vanille, bananes, café, thé, chocolat). Sujet doit être à jeun et au repos. 2. Dosages sanguins : pas en pratique courante Les catécholamines : A, NA et DA, Les métanéphrines : mét-A et mét-NA Nécessité de méthodes sensibles et spécifiques : HPLC avec détection électrochimique 3. Dosages urinaires : beaucoup plus utilisés en pratique Les catécholamines : DA, NA, A Les métanéphrines : mét-A et mét- NA Catabolites : VMA et HVA Chez l’enfant on étudie surtout le VMA et l’HVA et les résultats sont exprimés par rapport à la créatinine urinaire et en fonction de l’âge. L’HPLC avec détection électrochimique est la méthode de référence B. Dynamique : Il existe des tests d'exploration dynamique, mais ils pratiquement peu utilisés : - Test d’inhibition à la clonidine - Tests de stimulation : au glucagon, HGPO, ou à l'histamine Conclusion : La biochimie clinique s'intéresse principalement au diagnostic des tumeurs sécrétantes des CA, bénignes (phéochromocytome) et malignes (neuroblastome chez l'enfant) L’utilisation thérapeutique de l’adrénaline a rendu énormément de bénéfices notamment pour les patients en état de choc. 140 BIOLOGIE Q39. Axe hypothalamo-hypophysaire : physiologie et exploration L'HYPOTHALAMUS Situé entre le cortex et les circuits neuronaux sous-corticaux d'une part, et l'hypophyse d'autre part, l'hypothalamus est un véritable carrefour endocrinien. Il synthétise des neurohormones qui sont délivrées aux cellules de l'antéhypophyse grâce aux capillaires du système porte hypothalamo – antéhypophysaire, et qui peuvent stimuler ou freiner les sécrétions antéhypophysaires. Il sécrète aussi l'ADH et l'ocytocine. A. Les hormones hypothalamiques stimulantes : 1. GnRH ou LH-RH : gonadolibérine Sécrétée dans l'éminence médiane par bouffées épisodiques, elle déclenche une sécrétion rapide et maximale de LH, suivie de FSH par pics circahoraires. Régulation : elle est sous la dépendance de l'horloge hypothalamique et des hormones sexuelles chez la femme (β œstradiol). Sa sécrétion est freinée par la PRL, dopamine, et les endorphines et stimulée par la noradrénaline. Intérêt : l'utilisation de GnRH en pratique a un double intérêt : - Diagnostique : le test de stimulation à la GnRH permet de faire le diagnostic des insuffisances antéhypophysaires - Thérapeutique : dans les hypogonadismes ou stérilités d'origine hypothalamique. 2. GH-RH ou somatocrinine : Permet la libération de la somatotropine ou GH. Elle détermine les pics de GH. Régulation : sensible aux variations de la glycémie (hypoglycémie la stimule). Le sommeil profond stimule la sécrétion de GHRH. Elle est également régulée par le biais d'un feed back avec la GH. Exploration : test à l'hypoglycémie insulinique, test de stimulation par les AA, dosage de GH. 3. TRH ou thyrolibérine : Il s'agit d'un tripeptide sécrété dans la région périventriculaire et ventrobasale, également dans le tube digestif, le pancréas et le testicule. Agit sur la TSH, sur la sécrétion de PRL et sur les hormones gonadotropes : FSH et LH. Régulation : feedback négatif des HT et par la température extérieure (lutte contre le froid) Exploration : le test à la TRH est utile dans les insuffisances hypophysaires, les hyperthyroïdies et les insuffisances thyroïdiennes. Il est également utilisé dans le diagnostic des prolactinomes. 4. PRH : permet la libération de la PRL. 5. CRH (corticotropin releasing hormone) : Entraîne la sécrétion d'ACTH (corticotropine), notamment est à l'origine des variations nycthémérales et des variations en réponse aux agressions. Régulation : feedback négatif par le cortisol. Exploration : le test à la CRH - Dans les hypopituitarismes : il permet de distinguer les insuffisances d'origine hypophysaire et celles d'origine hypothalamique. - Dans la maladie de cushing, il met en évidence l'hypersécrétion d'ACTH par l'hypophyse. B. Les neuro – hormones inhibitrices : 1. SRIF ou somatostatine : Sécrétée dans l'éminence médiane, également par le pancréas, par les cellules de la muqueuse gastrointestinale. Au niveau de l'axe hypothalamo-hypophysaire : - Inhibe la libération de GH mais pas la biosynthèse ni le stockage. - Inhibe la réponse de la TSH à la TRH - Diminue la sécrétion de CRF (corticotropine Releasing Factor) *** Les analogues de la somatostatine sont utilisés dans le traitement de l'acromégalie. 2. PIF : = dopamine : facteur inhibiteur de la PRL. 3. MIF : Mélanocyte Hormone Inhibiting Factor : bloque la libération de la MSH 141 BIOLOGIE L'HYPOPHYSE L’hypophyse ou glande pituitaire est une glande endocrine située dans la selle turcique. Elle est formée par deux lobes, l’un est formé de tissu glandulaire et l’autre de tissu nerveux : I. LA POST HYPOPHYSE Le lobe postérieur ou neurohypophyse à une structure essentiellement nerveuse. Elle se forme à partir d’une excroissance de l’hypothalamus. Elle n'est en fait qu'un relais permettant de stocker et de libérer l'ADH, et à moindre degré l'ocytocine, dont les origines sont hypothalamiques (NSO et NPV). A. L’ADH ou vasopressine : C'est un peptide d'origine hypothalamique qui joue un rôle dans la régulation des sorties rénales de l'eau. Synthétisé par les NSO et NPV, stocké au niveau de la posthypophyse, l'ADH est libéré en réponse à une stimulation des noyaux hypothalamiques véhiculée par des voies afférentes passant par le X et IX. 1. Effets biologiques : Rénaux : ↑ la perméabilité à l'eau du segment distal du néphron et surtout celle du canal collecteur. Elle perméabilise la partie basse des canaux collecteurs à l'urée. Extrarénaux : vasoconstrictrice, glycogénolytique, stimule la sécrétion d'ACTH, et ↑ la contraction de l'utérus. 2. Régulation de la sécrétion d’ADH : Facteurs osmotiques : la libération de l'ADH varie dans le même sens que l'osmolarité plasmatique au-delà d'un seuil : 280 mOsm/kg de plasma. Ces variations de l'osmolarité sont perçues au niveau de l'hypothalamus par les NSO NPV porteurs d'osmorécepteurs. Il y a aussi stimulation de la soif en cas d'↑ de l'osmolarité. Facteurs volumétriques : - Une baisse de la volémie et/ou de la PSA au-delà de 15% entraine une ↑ de la libération d'ADH. Les volorécepteurs des oreillettes (basse pression) et les barorécepteurs du sinus carotidien et de la crosse aortique (haute pression), ont des voies afférentes passant par le X et IX et stimulent les NSO et NPV. - L'hyper volémie et l'hyperpression artérielle ont un effet inverse. NB : le passage de la position couchée à la position assise stimule la libération d'ADH. Facteurs thermiques : l'↑ de la T° du sang entraine une ↑ de la libération d'ADH d'où oligurie, et inversement. Le système rénine-angiotensine : l'angiotensine II stimule la sécrétion de vasopressine et la soif. Le système nerveux sympathique : mis en jeu en cas d'émotion, exercice physique : stimule la sécrétion d'ADH Les facteurs non spécifiques : nicotine, stress, hypoglycémie, nausées et vomissements ↑ la sécrétion d'ADH. 3. Exploration biologique : Statique : - Directe : l'ADH est dosable dans le sang par méthode radio-immunologique. VN : 1 à 3 pg/l - Indirecte : ionogramme sanguin et urinaire. Dynamique : - Test de restriction hydrique : pas de réponse en cas de diabète insipide d'origine haute. - Test à la desmopressine (analogue de l'ADH). - Test d'hyperosmolarité par SS hypertonique, et clairance de l'eau libre (épreuve de restriction en eau). *** En pathologie : dans le diabète insipide néphrogénique et le SIADH, le taux d'ADH plasmatique est élevé. Alors que dans le diabète insipide vrai d'origine haute (par défaut de vasopressine), son taux est diminué. B. L’ocytocine : 1. Effets biologiques : Sur l’utérus : augmente la force et la fréquence des contractions utérines et déclenche le travail. Son efficacité augmente au cours de la gestation car l'utérus devient de plus en plus sensible à sa présence. Sur les seins : contracte les canaux galactophores, ce qui favorise l'éjection du lait. 2. - Libération : Stimulation par des influx provenant à l’hypothalamus en réaction à : Dilatation du col de l’utérus à terme. Succion du mamelon durant l’allaitement. Cette sécrétion est inhibée par les endorphines. Coït → ocytocine provoque contraction utérine et tubaire → favorise la migration vers les ovaires. *** L'ocytocine (syntocinon) est utilisée en thérapeutique pour l'induction et le renforcement des contractions utérines pour l'accouchement. 142 BIOLOGIE II. L'ANTEHYPOPHYSE Le lobe antérieur ou antéhypophyse est formé de cellules endocriniennes. Il a un double rôle glandulaire : - D'une part, il fabrique des hormones qui vont agir directement au niveau des tissus : GH et PRL. - D'autre part, il sécrète des stimulines qui vont agissent sur les glandes périphériques : thyroïde, gonades, surrénales. A. Les hormones hypophysaires : 1. GH ou STH (hormone de croissance) : [AXE SOMATOTROPE] L'hormone de croissance ou somatotropine est un polypeptide, secrété par les cellules somatotrope de l'antéhypophyse. Elle stimule la croissance et le développement post – natal, et intervient sur de nombreux métabolismes. La sécrétion de la GH est régulée par deux facteurs : l'un stimulant (GHRH), et l'autre freinant (somatostatine). a. Régulation de la sécrétion : La sécrétion de la GH est sous la dépendance de la Somatocrinine ou GHRH, sécrétée au niveau de l'hypothalamus. Elle stimule une sécrétion pulsatile de la GH. La sécrétion de GH est augmentée en cas d'hypoglycémie et pendant le sommeil ; elle est mise au repos par l'hyperglycémie. La somatostatine sécrétée au niveau de l'hypothalamus, mais aussi dans d'autres régions de l'organisme, inhibe la sécrétion de GH. b. Mode d'action : La GH n'agit pas directement sur les cellules cibles. Elle permet la synthèse et l'action de facteurs de croissance, les somatomédines IGF I et IGF II (Insuline like Growth Factors), par les tissus (foie surtout). *** En pathologie l'élévation de la GH et des IGF est un critère biologique majeur du diagnotic d'acromégalie. c. Effets physiologiques : les IGF ont une action : Sur les métabolismes : - Métabolisme des protides : effet anabolisant en augmentant la masse musculaire et en hypertrophiant les viscères, le foie, rein, et pancréas. - Métabolisme des lipides : action anti – insuline dans le muscle. Elle augmente aussi la sensibilité des adipocytes à l'action lipolytique des cathécolamines, ce qui entraîne la libération des AG libres qui constitue un apport énergétique pour l'organisme en cas d'hypoglycémie, de jeun et stress. - Métabolisme des glucides : hyperglycémiante par une action antagoniste vis à vis de l'insuline, par une diminution de l'insulinosécrétion, et enfin par augmentation de la néoglucogénèse. - Métabolisme phosphocalcique : augmentation de l'absorption intestinale du calcium, avec diminution de la réabsorption tubulaire rénale du calcium et augmentation du renouvellement du calcium osseux. Sur les tissus : - Sur l'os : au niveau du cartilage de conjugaison la stimulation porte d'abord sur la chondrogénèse, puis l'ostéogénèse, aboutissant à une formation rapide du cartilage et d'os. Cette stimulation s'exprime tant que les cartilages de conjugaison ne se sont pas soudés définitivement. *** Chez l'adulte dont les épiphyses sont fermées, l'excès de GH initie la chondrogenèse et l'ostéogenèse produisant des os grands et distordus caractéristiques de l'acromégalie. - Sur le rein : augmente la réabsorption tubulaire du sodium et du phosphore et diminue la réabsorption tubulaire du calcium La peau, le tissu cellulaire sous cutané et le foie sont sensibles à l'action de l'hormone. d. Exploration biologique de l'axe somatotrope : Statique : dans le sang : IGF1, GH de base + cycle de GH dans le sang, dosage de GHRH. Dynamique : - Épreuves de stimulation : Hypoglycémie insulinique, charge en AA, test à la clonidine, test à la GHRH. → Intérêt : pas d'augmentation en cas d'insuffisance somatotrope ou panhypopituitarisme. - Épreuves de freinage : GH sous HGPO, test à la somatostatine. → Intérêt : pas de diminution en cas d'acromégalie (par adénome à GH). En cas d'anomalies affectant l'axe somatotrope, qu'ils s'agissent d'un hyperfonctionnement ou d'une insuffisance, on s'aidera par d'autres examens biologiques (glycémie, ionogramme) ainsi que des examens morphologiques (radio crane, IRM ou TDM hypophysaire, champ visuel, fond d'œil) pour poser le diagnostic. 143 BIOLOGIE 2. PRL ou LTH : [AXE LACTOTROPE] La PRL est un polypeptide sécrétée par les cellules lactotropes de l'antéhypophyse, dont le nombre augmente au cours de la grossesse. Elle stimule la sécrétion lactée chez la femme en postpartum. A l'inverse des autres hormones hypophysaires, la PRL est inhibée à l'état normal par l'hypothalamus via la dopamine (PIF). a. Régulation de la sécrétion : C'est l'effet inhibiteur qui est physiologiquement prédominant : la sécrétion de la PRL est inhibée de manière continuelle par l'hypothalamus via la dopamine (PIF), et aussi par la somatostatine et surtout par sa propre sécrétion. *** Les substances qui freinent la dopamine entrainent une hyperprolactinémie (neuroleptiques, œstrogènes, antidopaminergiques). Alors que les substances ayant une activité dopaminergique sont des puissants inhibiteurs de la sécrétion de PRL, et sont utilisés dans le traitement des hyperprolactinémies (bromocriptine, pergolide). La TRH est un très puissant stimulant de la synthèse et de la sécrétion de PRL. Chez la femme la PRL augmente au cours de la grossesse, en réponse à l'↑ des œstrogènes. La succion du mamelon le maintient durant l'allaitement. b. Effets physiologiques : La PRL présente un rythme circadien avec des variations ultradiennes de période d'environ 20 minutes. Le pic de sécrétion survient durant la 2ème moitié de la nuit. Son taux plasmatique est de l'ordre de 20 ng/ml chez la femme et 15ng/ml chez l'homme. Elle n'augmente qu'au cours de la grossesse. Ses effets physiologiques se résument en : - Action sur la glande mammaire : en synergie avec les œstrogènes, progestérone, cortisol, elle induit la préparation de la glande mammaire et la sécrétion lactée. - A concentration élevée, elle bloque la synthèse de GnRH et abaisse les taux de FSH et LH, inhibant ainsi l'ovulation chez la femme (aménorrhée de la lactation) et la spermatogenèse chez l'homme, en inhibant l'activité androgénique par inhibition de la 5α réductase. c. Exploration biologique de l'axe lactotrope : Statique : dosage de PRL plasmatique de base par radio – immunologie (élevée dans les tumeurs hypophysaires à PRL) Dynamique : test de stimulation à la TRH, test de freinage à la bromocriptine, test de stimulation à la LHRH. → Les tests dynamiques sont intéressants pour le diagnostic des hyperPRL fonctionnelles, et des insuffisances lactotropes. En cas d'anomalies affectant l'axe lactotrope, l'exploration des autres axes s'impose ainsi qu'un bilan clinique (notion de prise médicamenteuse), neuroradiologique (radio crane, TDM ou IRM hypophysaire), et ophtalmologique (fond d'œil, champ visuel). B. Les stimulines hypophysaires : 1. ACTH ou corticotrophine et les hormones du groupe corticotrope : [Axe corticotrope] a. Structure générale : Proviennent d'une seule préprohormone : la proopiomélanocortine (POMC). Elle contient : - ACTH : adrenocorticotropic hormone ou hormone corticotrope - Les MSH: melanine stimulating hormone : alpha MSH et beta MSH - Les LPH : lipotropine hormone ou hormones lipotropes : gamma LPH et beta LPH - Les enképhalines : met et leu enképhalines - Les endorphines - Le CLIP : corticotropine like intermediate lobe peptide (22AA). b. Actions physiologiques L'ACTH stimule la synthèse et la libération des hormones corticosurrénaliennes et plus particulièrement du cortisol. En cas d'hypersécrétion, elle augmente la lipolyse et intensifie la pigmentation cutanée en stimulant la synthèse de mélanine. Les enképhalines se lient aux récepteurs morphiniques dans le système nerveux central et le tractus gastrointestinal et miment les actions de la morphine. Les endorphines α et β ont une action analgésique puissante en particulier la β endorphine. Les hormones mélanotropes ont une action de synthèse de mélanine et de dispersion de grains de mélanine dans la peau. Les hormones lipotropes ont une action lipolytique. 144 BIOLOGIE c. Régulation de la sécrétion : ACTH : la CRF est libérée lors d'un stress, et entraîne celle de l'ACTH. Une horloge hypothalamique fait varier les taux d'ACTH au cours du nycthémère par l'intermédiaire du CRF qui augmente en début de matinée, entraînant l'augmentation de l'ACTH et le cortisol. La MSH suit les variations de l'ACTH. *** L'insuffisance corticotrope s'accompagne d'une dépigmentation. Alors que la maladie de cushing (adénome hypophysaire sécrétant l'ACTH) s'accompagne d'une mélanodermie. d. Exploration biologique de l'axe corticotrope : Statique : Dosage de l'ACTH couplé à celui du cortisol (8h), Cortisol libre urinaire (FLU) → Intérêt : en cas de déficit corticotrope, on observe un abaissement parallèle du cortisol et de l'ACTH. Dynamique : - Epreuves de stimulation : Test de stimulation au synacthène immédiat (ACTH), Hypoglycémie insulinique, Epreuves à la Métopirone, Test à la CRH → Intérêt surtout en cas d'insuffisance corticotrope - Epreuves de freinage minute à la dexamétasone : → Intérêt surtout en cas d'adénome hypophysaire sécrétant l'ACTH (maladie de cushing). L'exploration de l'axe corticotrope en cas d'insuffisance corticotrope ou hyperfonctionnement (maladie de cushing), est non seulement biologique, mais aussi clinique et radiologique. 2. Hormones gonadotropes ou gonadotrophines : FSH et LH [Axe gonadotrope] Les gonadotrophines sont des glycoprotéines sécrétées par les cellules gonadotropes de l'antéhypophyse. Elles contrôlent l'activité des gonades, ovaires chez la femme et testicules chez l'homme. La sécrétion de FSH et LH est sous contrôle hypothalamique (GnRH) et gonadique (œstrogènes et testostérone). a. Régulation de la sécrétion [ETAGE HYPOTHALAMIQUE ET HYPOPHYSAIRE + RETROCTRL OVARIEN] La sécrétion des gonadotrophines est pulsatile. Chez la femme elle est cyclique, càd rythmée au cours du cycle menstruel. i. Contrôle hypothalamique : La sécrétion des hormones gonadotropes sont donc sous la dépendance de la gonadolibérine (Gn-RH ou LHRH) hypothalamique. ii. Contrôle hormonal : Chez la femme : les gonadotrophines sont contrôlées par un double mécanisme de rétroaction : → Rétroaction négative : - Au début de la phase folliculaire, une faible ↑ de la sécrétion d’oestrogènes inhibe la sécrétion des gonadotrophines par l’hypophyse antérieure et de la GnRH par l’hypothalamus. - Après l’ovulation (phase lutéale), les fortes concentrations de progestérone, en présence d’oestrogènes, inhibent la libération de FSH et de LH au niveau hypothalamo-hypophysaire. - De plus l’inhibine, synthétisée par les cellules de la granulosa, freine spécifiquement la production de FSH. → Rétroaction positive : - La décharge pré ovulatoire de LH, indispensable à l’ovulation, dépend d’une sécrétion importante d’oestradiol. - En effet, à très forte concentration, les oestrogènes, stimulent d’une part la sécrétion de LH par l’antéhypophyse, d’autre part les neurones hypothalamiques qui sécrètent la GnRH. - 36 à 48 heures avant l’ovulation, l’inhibition des oestrogènes se transforme donc en une stimulation qui déclenche une poussée de sécrétion de LH (pic ovulatoire) suivie, 9 heures après, de l’ovulation. - C'est l'augmentation de la durée d'imprégnation et des concentrations sériques d'oestradiol qui a favorisé ce rétrocontrôle positif. Chez l'homme, la testostérone a un rôle de rétrocontrôle négatif. 145 BIOLOGIE b. Actions physiologiques [ETAGE OVARIEN OU TESTICULAIRE] : Chez la femme : - La FSH est responsable de la maturation des follicules. Au niveau de la granulosa, elle induit la synthèse de l’aromatase. Elle y augmente aussi le nombre de récepteurs pour la LH. - La LH est nécessaire pour mener les follicules à pleine maturation. Elle stimule les cellules de la thèque interne qui sécrète les androgènes, et active l'aromatase qui les transforme en œstrogènes. - A un moment approprié, la sécrétion massive de LH et de FSH à un degré moindre permet l'ovulation. La fonction du corps jaune est la sécrétion de progestérone et d'œstrogènes sous l'influence de la LH. Si la grossesse survient, l'HCG produit par le placenta maintient le corps jaune de la grossesse. Chez l'homme, la LH intervient sur la sécrétion de testostérone par les cellules de Leydig du testicule et la FSH agit surtout sur la maturation de la lignée spermatique. c. Exploration de l'axe gonadotrope : Chez la femme : - Statique : FSH et LH par radio-immunologie (RIA) et immunoradiometric assay (IRMA), Oestradiol - Dynamique : o Test au LHRH : Il permet d'apprécier la réserve hypophysaire en gonadotrophines. o Test au clomifène (analogue des œstrogènes) o Test de stimulation à l'HCG. Chez l’homme : FSH, LH, Testostérone, test au LHRH, test au clomifène, test de stimulation à l'HCG. Intérêt : hypogonadismes féminin et masculin. L'exploration de l'axe gonadotrope en cas d'insuffisance, est non seulement biologique, mais aussi clinique et radiologique. 3. Thyréostimuline ou TSH : [Axe thyréotrope] La TSH est une hormone glycoprotéique sécrétée par les cellules thyréotropes de l'antéhypophyse. a. Actions physiologiques : Elle augmente la sécrétion des hormones T3 et T4 par la glande thyroïde en augmentant toutes les étapes conduisant à la sécrétion de T3 et T4 ainsi que la croissance et le développement de la glande. b. Régulation de la sécrétion : La sécrétion de TSH est sous la dépendance de la TRH hypothalamique qui stimule sa synthèse et sa libération, et qui elle-même est stimulée par la baisse de T3 et T4, et freinée par l'augmentation des taux circulants de HT par rétrocontrôle négatif. La dopamine et les substances dopaminergiques inhibent la sécrétion basale de TSH. La somatostatine inhibe la réponse de la TSH à la TRH. c. Exploration de l'axe thyréotrope : Statique : T4 et T3 libres plasmatiques, TSH → Intérêt : le dosage de la TSH est intéressant en cas d'hypothyroïdie permettant de distinguer celles qui sont d'origine hypophysaire (TSH normale ou ↓), de celles d'origine thyroïdiennes (TSH ↑). Dynamique : Test de stimulation au TRH, test à la TSH exogène et endogène (néomercazole), test à la T3. Conclusion : L’appareil HH est une structure nerveuse qui intervient dans la régulation des glandes endocrines, dans la croissance, le métabolisme, la lactation et le bilan hydrique. Son altération à l’occasion de tumeurs ou autres causes est à l’origine de perturbations sévères de l’équilibre et de l’harmonie de l’organisme. 146 BIOLOGIE Q40. Physiologie de la corticosurrénale : Glucocorticoïdes, minéralocorticoïdes et androgènes corticosurrénaliens. I. Les glandes surrénales comprennent 2 glandes endocrines différentes: la corticosurrénale forme la partie externe ou cortex, et la médullosurrénale forme la partie centrale ou médullaire. Chez l'adulte, le cortex représente 90% du volume glandulaire et se divise en 3 zones : - Glomérulée : externe, synthétise les minéralocorticoïdes dont le chef de file : l'aldostérone). - Fasciculée : moyenne, synthétise les glucocorticoïdes dont le chef de file : le cortisol. - Réticulée : interne, au contact de la médullosurrénale, synthétise les androgènes surrénaliens surtout déhydroépiandrostérone. Intérêt : compréhension de la physiopathologie et exploration des hyper et hypocorticismes. METABOLISME DES CORTICOSTEROIDES : A. Biosynthèse : Le précurseur commun des stéroïdes est le cholestérol fourni par la circulation sanguine et également synthétisé dans les cellules corticales par l'acétate. Les deux premières étapes sont commune à toutes les hormones, et consistent en la transformation du cholestérol en ∆5 prégnénolone puis ce dernier en progestérone. 1. Production des 17 désoxycorticoïdes : l'aldostérone La progestérone subit une 21 hydroxylation pour donner le désoxycorticostérone qui va subir à son tour une 11 hydroxylation dont le résultat est la corticostérone. La dernière étape consiste à la transformation de la corticostérone en aldostérone par une aldolase 2. Production des 17 hydroxystéroïdes : le cortisol Progestérone → 17 α hydroxyprogestérone → 11 désoxycortisol → cortisol (F) → cortisone (E) Sa synthèse requiert la 17α hydroxylase présente seulement dans la zone fasciculée. 3. Production des 17 cétostéroïdes : DHA et ∆4A Ils sont synthétisés au niveau de la réticulée. La déhydroépiandrostérone et la 4 androstènedione ont une faible action virilisante. Une partie des androgènes surrénaliens se transforme en testostérone dont la proportion reste très faible par rapport à la testostérone d'origine testiculaire. Chez la femme par contre, 60% de la testostérone circulant dans le plasma provient de la conversion de la ∆4 androsténedione par la 17β réductase, le reste étant produit par l'ovaire. 147 BIOLOGIE B. Transport : 1. Glucocorticoïdes : Le cortisol est la principale hormone du groupe. Elle existe dans le plasma sous 2 formes : - Lié à une protéine de transport : 90% à la Transcortine (CBG) et 5% à l’albumine. - Libre : 20% du cortisol total. Il représente la forme active. Il diffuse et se lie au niveau des cellules cibles à des récepteurs cytoplasmiques qui le conduisent vers le noyau cellulaire où il exerce son action. Il subit une filtration glomérulaire et se retrouve dans les urines: cortisol libre urinaire. C'est un bon reflet de la sécrétion glucocorticoïdes quotidienne de la surrénale. 2. Minéralocorticoïdes : L'aldostérone est faiblement liée à des protéines plasmatiques (albumine et CBG), ce qui fait que la plus grande partie de cette hormone est dégradée au 1° passage hépatique (90%), puis éliminée par le rein. 3. Androgènes : DHA et androsténedione sont en grande partie liés à l'albumine. Une faible fraction est liée à la TeBG. C. Catabolisme et élimination : II. Le catabolisme est hépatique. Il se fait par une série de réactions de réduction. Leurs catabolites sont ensuite conjugués à l’acide glucoronique ou l’acide sulfurique, puis éliminés dans les urines où on trouvera : - Le cortisol (F) et ses dérivés di, tétra et héxahydrogénés - La cortisone (E) et ses dérivés (DHE, THE, HHE) - L’aldostérone (A) et son dérivé tétrahydrogéné (THA) - Les androgènes corticosurrénaliens (DHA) et leurs catabolites: Androstérone et Etiocholanolone REGULATION DE LA BIOSYNTHESE DES CORTICOSTEROIDES : A. Glucocorticoïdes : le cortisol La sécrétion de cortisol et des corticostéroïdes apparentés est sous le contrôle exclusif de l'axe hypothalamo – hypophysaire, et donc du CRF et de l'ACTH. CRF : libérée lors d'un stress (adrénaline), par l'hypothalamus, et entraîne la libération par l'antéhypophyse, de l'ACTH; cette dernière va entraîner à son tour la libération du cortisol et transitoirement celle de l'aldostérone. ACTH : Certaines situations d'urgences ou de stress (hyperthermie, exercice musculaire intense…) s'accompagnent d'une ↑ de la consommation de cortisol, d'où accélération de la libération de l'ACTH. Le cortisol exerce un rétrocontrôle (–) au niveau hypothalamo – antéhypophyse. La sécrétion du cortisol au cours de la journée se fait selon : - Un rythme circadien : une horloge hypothalamique fait varier les taux d'ACTH au cours du nycthémère par l'intermédiaire du CRF. Il y a ↑ du CRF suivie de celle de l'ACTH puis du cortisol au début de la matinée (max à 6h). la libération minimum a lieu entre 21h et 24h - Un rythme ultradien : court, toutes les 30 min, des pulses d'ACTH apparaissent et régulent la cortisolémie. B. Minéralocorticoïdes : l'aldostérone Le système rénine angiotensine joue un rôle majeur dans la régulation de la sécrétion de l'aldostérone : - La rénine est une protéase synthétisée par l'appareil juxtaglomérulaire, en réponse à baisse de la pression de perfusion rénale, un afflux de sodium au niveau de la macula densa ou une stimulation du SN sympathique (β). Elle a pour rôle de cliver l'angiotensinogène, synthétisé par le foie en angiotensine I. celui-ci est ensuite activé en angiotensine II par l'enzyme de conversion produite par l'endothélium vasculaire. L'angiotensine II est ensuite transformée en ATIII. - Les angiotensines II et III sont des stimulants de la sécrétion d'aldostérone : ils se fixent sur les cellules de la glomérulée et activent deux étapes de la stéroïdogenèse (conversion du cholestérol en prégnénolone et celle de la corticostérone en aldostérone). L'AT II est un puissant vasoconstricteur et régule la PA. L'ACTH stimule aussi la sécrétion d'aldostérone mais effet moins important que sur le cortisol La kaliémie agit directement sur la zone glomérulée. Une hyperkaliémie produit une augmentation de la sécrétion d'aldostérone, l'hypokaliémie la diminue. C. Androgènes surrénaliens : Les cellules de la zone réticulée sont équipées de récepteurs membranaires pour l'ACTH qui contrôle donc la synthèse des androgènes surrénaliens comme celle du cortisol avec le même rythme circadien. Cette synthèse n'est pas controlée par les gonadotropines (FSH, LH). 148 BIOLOGIE III. EFFETS PHYSIOLOGIQUES DES CORTICOSTEROIDES : A. Glucocorticoïdes : le cortisol 1. Actions métaboliques : Métabolisme des glucides : hyperglycémiant en agissant à deux niveaux : - Stimule la néoglucogenèse hépatique. - Réduit la consommation périphérique du glucose par action antagoniste vis-à-vis de l'insuline. Métabolisme des protides : protéolytique en stimulant le catabolisme et en inhibant les synthèses protéiques. Métabolisme des lipides : lipolytique - Diminue la lipogenèse et favorise la libération des AGL à partir du tissu adipeux. - Au niveau du plasma : hyperlipémie et hypercholestérolémie. - Il se produit une redistribution anormale des graisses : face, cou et tronc. Métabolisme hydro électrolytique : - A faible dose : accroit la filtration glomérulaire et l'excrétion de Na dans les urines. - A forte dose : rétention de Na, excrétion de K+, et réabsorption majorée des HCO3-. Métabolisme calcique et os : bilan calcique négatif par un double mécanisme : - ↓ Absorption intestinale du Ca++ par effet antagoniste de la Vit D. - ↑ Calciurie conséquence de l'↑ résorption osseuse et de l'inhibition de la réabsorption tubulaire du Ca. 2. Actions tissulaires : Action anti-inflammatoire et anti-immunitaire : s'oppose à tous les mécanismes impliqués dans l'inflammation et inhibe les manifestations de l’HSR. Ces effets sont mises à profit en thérapeutique. Tissu sanguin : - ↑ le nombre des GR, plaquettes (hypercoagulabilité et risque embolique), et PNN. - ↓ lymphocyte et PNE. Système cardiovasculaire : - Potentialise l’action vasoconstrictrice et ionotrope des catécholamines → ↑PSA - Action sur les récepteurs de l’aldostérone → rétention hydrosodée → ↑PSA - ↑ force de contraction du myocarde Estomac : ↑ La production HCl et ↓ PG → prédisposition aux ulcères. SNC : ↑ Excitabilité. Actions sur l’œil : ↑ Tonus oculaire (risque cataracte et de glaucome en cas d'utilisation de corticoïdes oculaires). Action sur l’os : - Ostéolyse par diminution de la trame protéique - Ostéoporose par diminution de la minéralisation *** De ces effets physiologiques découlent les effets pathologiques en cas d'augmentation du taux de cortisol (sydorme de cushing) : hyperglycémie, hyperlipidémie et Buffaloneck, atrophie cutanée et ostéoporose, hypokalièmie, hypocalcémie, HTA, immunodépression… B. Minéralocorticoïdes : l'aldostérone Actions sur le rein : l'aldostérone intervient dans la régulation du bilan sodé. Elle accroit la réabsorption du sodium dans les tubes distaux et collecteurs en déclenchant l'ouverture des canaux épithéliaux du Na (ENaC) de la membrane apicale. Cette réabsorption se fait par échange avec des ions K+ et H+ (ATPase Na+ K+), ce qui peut provoquer, en cas d'excès d'aldostérone, une hypokaliémie et une augmentation de l'acidité urinaire. Actions extrarénales : l'aldostérone stimule également la réabsorption du Na+ au niveau du colon, des glandes salivaires et cutanées. Il augmente aussi le tonus vasculaire. C. Androgènes surrénaliens : Ils ont les mêmes effets que les androgènes gonadiques. Chez l'homme : effets masculinisant minimes par rapport à la testostérone d'origine testiculaire. Chez la femme : ils entretiennent la libido et ont une action sur le développement de la pilosité ambo-sexuelles. *** Un excès d'androgènes chez la femme cause un pseudohermaphrodisme femelle et un sd adrénogénital. 149 BIOLOGIE IV. EXPLORATION DES CORTICOSURRENALES : A. Glucocorticoïdes : le cortisol 1. Indirecte : ionogramme (Na+, K+ et Glycémie à jeun) 2. Statique : Cortisolémie : obéit à un rythme nycthéméral (immunodosage, RIA, EIA) Dosage d’autres stéroïdes sanguins - Corticostérone : Intérêt : déficit en 17 αhydroxylase - 11 désoxycortisol: cortéxolone ou composé S. Intérêt: déficit en 11 βhydroxylase et test à la métopirone - 17 OH Progestérone: déficit en 21 hydroxylase Èvaluation de l’activité corticotrope : - Dosage radioimmunologique de l’ACTH plasmatique : Cycle nycthéméral (8 heures chez le sujet au repos) Dosage des stéroïdes urinaires - 17OH corticostéroïdes: par la réaction de Porter et Silber - Cortisol libre urinaire (FLU) : reflète le cortisol libre plasmatique actif : ↑ au cours des hypercorticismes. 3. Dynamique : Epreuve de freinage à la dexaméthazone (action analogue à celle du cortisol sur l’hypothalamus) Epreuve de stimulation au synacthène (= ACTH de synthèse) Test à la métopirone (=ACTH endogène) : La métopirone = inhibiteur de la 11 b hydroxylase qui entraîne une ↓ de la cortisolémie → ↑de l’ACTH et une stimulation des corticosurrénales. B. Minéralocorticoïdes : l'aldostérone Demandée généralement chez des sujets hypertendus qui doivent être sous régime normosodé et sans traitement antihypertenseur. 1. Etude des effets métaboliques de l’aldostérone : Ionogramme sanguin et urinaire (Na+, K+ et Cl-). Dans l’insuffisance surrénale : hyperkaliémie + hyponatrémie + Rapport Na+ / K+ toujours bas, c’est le cas dans le syndrome de perte de sel grave chez les enfants atteints d’hyperplasie congénitale des surrénales Dans les hyperaldostéronismes : hypokaliémie 2. 3. 4. 5. Dosage de l’aldostérone plasmatique par Radioimmunologie Dosage de la THA urinaire Activité Rénine Plasmatique (ARP) : Méthode radioimmunologique utilisant l’angiotensinogène Exploration dynamique : Stimulation par l’orthostatisme, déplétion sodé ou synacthène Freinage par un régime hypersodé ou en créant une hypervolémie (perfusion d’un volume ↑ de S physiologique) C. Androgènes surrénaliens : Urines : dosage des 17 cétostéroïdes urinaires (17 CS) : DHA, l’Androstérone, l’Etiocholanolone, les 11 OH et 11 céto Androstérone et Etiocholanolone. Sang : dosage des androgènes corticosurrénaliens dans le sang par RIA ou EIA - SDHA: Origine corticosurrénales - DHA et Delta 4 Androstènedione : Origine mixte CONCLUSION : Les corticosurrénales peuvent être la cible de certaines pathologies conduisant soit à une carence soit un excès en hormones corticosurrénaliennes. Ainsi, l'étude de la physiologie de la corticosurrénale un intérêt important, pour la compréhension des manifestations clinico-biologiques des dysfonctionnements de cette glande (hyper ou hypocortisolismes, hyperaldostéronisme, déficits enzymatiques) et aussi des effets indésirables secondaires à l'utilisation des corticoïdes. 150 BIOLOGIE Q41. Enzymes sériques : enzymes de la cytolyse hépatique, enzymes de la cholestase, enzymes cardiaques et musculaires et enzymes pancréatiques Les enzymes sériques représentent quantitativement une infime partie des protéines sériques. Elles sont toutes d'origine cellulaires. On distingue 2 groupes : - Celles qui exercent une fonction dans le plasma : enzymes de la coagulation, cholinestérase, rénine… - Celles qui sont de passage dans le plasma : leur présence est physiologique. Elles sont la conséquence d'une diffusion transmembranaire lors du renouvellement cellulaire. Cette diffusion parfois, devient très importante et traduit un état pathologique : cytolyse cellulaire traduisant souffrance cellulaire et augmentation de la synthèse par différents mécanismes : o De nature physique : cholestase o De mécanisme biochimique : inflammation Intérêt : les enzymes sériques permettent à la fois d'établir un diagnostic et un pronostic de multiples affections. ENZYMES DE LA CYTOLYSE HEPATIQUE : La cytolyse hépatique est définie comme une "inflammation et une nécrose du foie par des mécanismes qui peuvent être d'origine infectieuse (virale : hépatite A B C), toxique, médicamenteuse (paracétamol) ou autoimmune". La lyse des hépatocytes libère des composés intracellulaires et des enzymes dans la circulation à savoir : - Transaminases (ASAT et ALAT) - Glutamyl transférase - Lactate déshydrogénase (LDH) - Ornityl carbamoyl transférase (OCT) - Aldolases Les substances dosées en clinique et qui permettent d’apprécier l’existence et l’intensité de la cytolyse sont les transaminases. A. Les transaminases (ASAT et ALAT) : Les transaminases (ou amino transférases) sont des enzymes hépatocytaires dont la fonction est de catalyser des réactions de transfert d’un groupe aminé d’un acide alpha-aminé à un acide alphacétonique. Il existe 2 transaminases dont le coenzyme est la vitamine B6 (phosphate de pyridoxal) : - ASAT = Aspartate Amino Transferase : catalyse la réaction aspartate + alpha-cétoglutarate = oxaloacetate + glutamate. Son ancienne dénomination est GOT pour glutamate oxaloacétate transaminase - ALAT = Alanine Amino Transferase : catalyse la réaction : alanine + alpha-cétoglutarate = pyruvate + glutamate. Son ancienne dénomination est GPT pour glutamate pyruvate transaminase Ac α cétoglutarique + Alanine Ac glutamique + Ac pyruvique ALAT Ac α cétoglutarique + Ac aspartique Ac glutamique + Ac oxaloacétique ASAT 1. Localisation : ALAT : foie essentiellement. ASAT : foie + cœur + rein + muscles. 2. Demi-vie : Le taux des transaminases revient rapidement à la normale lorsque la cause de l’atteinte hépatocytaire est supprimée. La demi-vie de l’ASAT est plus courte que celle de l’ALAT. 151 BIOLOGIE 3. Méthode d'étude : Prélèvement : sang en évitant l'hémolyse Techniques : enzymatiques = méthode spectrophotométriques ou méthodes cinétiques Valeurs normales : - ASAT et ALAT : 5 – 35 UI / l - ASAT / ALAT > 1 4. Intérêt sémiologique: a. Atteinte cardiaque : IDM ↑ ASAT : 6h après les dlrs angineuses, Pic après 24 à 48h, taux 10 à 20x la VN, retour à la normale après 5j. ALAT: ↑ inconstante dans l'IDM, au maximum 2x VN, traduit la stase circulatoire : foie cardiaque. b. Affections hépatobiliaires: Hépatites virales - Hépatite aiguë. Il y a une forte augmentation de l’ALAT, alors que l'ASAT est plus modérément élevée. L'ALAT augmente dès la phase pré-ictérique. Le maximum des taux d'ALAT est atteint dans les 15 premiers jours de la phase ictérique avec de très fortes valeurs : 1000 à 3000 U/L. Pour les cas bénins, la normalisation s'effectue entre la 3ème et 6ème semaine. - - Hépatite virale anictérique : L'augmentation des transaminases est moins élevée. Hépatite virale nécrosante : L'augmentation des transaminases est très élevée. Hépatite virale aiguë cholestatique : il y a une augmentation très élevée des transaminases. Mais à la 3ème semaine, les taux ne baissent pas et restent en plateau. De plus, des signes de cholestase s'ajoutent au tableau biologique. Hépatite chronique : le plus souvent d'origine virale. - Cirrhose : Au cours des poussées évolutives, l'élévation est modérée (x10 N) et ASAT > ALAT Les ictères : par obstruction et cirrhotiques. Dans ces 2 cas, l'élévation des transaminases est modérée, et elle concerne surtout l'ASAT. Autres pathologies : Hépatite toxiques : tétrachlorure de carbone, médicaments (antituberculeux, anticoagulants, opiacés…) Cancers du foie : primitifs ou secondaires B. LDH 1. Localisation et action : LDH catalyse la réaction suivante : Acide pyruvique + NADH, H+ ↔ acide lactique + NAD+ Il se trouve surtout dans le foie, les muscles squelettiques, le myocarde et les GR. Il existe 5 iso enzymes qui sont des tétramères catalysant la même réaction : - LDH1 (20%) : d’origine cardiaque - LDH2 (40%) : GR - LDH3 (20%) et LDH4 (10%) : pas de spécificité - LDH5 (10%) d’origine hépatique. 2. Exploration : Dosage de la LDH globale sur un prélèvement sanguin par méthode spectrophotométrique (valeur normale = 10 à 200ui/l) Pour les iso enzymes : méthode électrophorètique 3. Intérêt sémiologique : Atteinte cardiaque : en cas d’infarctus de myocarde ème ème - ↑ de la LDH débute vers 8-10 h, max 72 h (10 fois la normale) et retour à la normale après 14 jours L’↑ de la LDH1 peut atteindre 50% de la LDH globale. - α hydroxy butyrate déshydrogénase (HBDH) évolue en parallèle avec la LDH1 Atteintes hépatiques : LDH ↑ au cours de la cytolyse hépatique qui peut atteindre 10 fois la normale Anémie hémolytique : peut atteindre 1000ui 152 BIOLOGIE C. γGT La γGT est une enzyme hépatocytaire qui augmente en cas de cholestase. Cependant, son activité sérique augmente fréquement de façon modérée en cas de cytolyse en l’absence de toute cholestase. D. Les aldolases Enzymes dont le centre actif est la lysine. Elles catalysent, dans la voie métabolique d'E. Meijerhof, la scission du Fructose-1,6-diPhosphate en deux trioses-Phosphate ou en du Fructose-1-Phosphate. Enzyme essentiellement cytoplasmique. Elle existe dans tous les tissus à activité glycolytique ou glycogénolytique. Dosage : Méthode spectrophotométrique. Valeur normale < 3,1 u/L à 25°C Intérêt sémiologique : - Affections hépatiques : Hépatites infectieuses, hépatites toxiques, ictère plasique, cancers digestifs et pancréatites - Affections musculaires : Myopathie de Duchesne, Myasthénies, séquelles de la poliomyélite, - Infarctus du myocarde : augmentation jusqu'à 10-25 u/L en moins de 12 heures le début des symptômes. E. OCT : Ornityl carbamoyl transférase C'est une enzyme du cycle de l'urée, d'origine exclusivement hépatique Dosée dans le sang par méthode spectrophotométrique Valeur normale : 2 – 15 UI/l Son taux augmente dans toutes les altérations hépatiques quelque soit son origine (spécifique++) Conclusion : Le syndrome de cytolyse est commun à toute hépatite quelle qu'en soit l'origine. Les transaminases sont les seules enzymes utilisées en pratique pour dépister une hépatite. Il y a également une augmentation des LDH, de l'aldolase hépatique et de l'OCT, mais ces déterminations n'apportent rien au diagnostic. Les phosphatases alcalines et les γGT ne sont que très modérément augmentées. 153 BIOLOGIE ENZYMES DE CHOLESTASE Le syndrome de cholestase témoigne d’une atteinte des mécanismes d’excrétion biliaire. - Il peut s’agir d’un obstacle sur les voies biliaires macroscopiques: cholestase obstructive - Il peut s’agir d’une atteinte cellulaire touchant les cellules épithéliales des voies biliaires interlobulaires ou le pôle biliaire des hépatocytes : cholestase non obstructive Les enzymes de la cholestase sont au nombre de 3 : phosphatases alcalines, 5’ nucléotidases et gammaglutamyltranspeptidases (γGT). A. Gamma-glutamyltranspeptidases (γγGT). Glycoprotéine retrouvée dans de nombreux organes (rein, foie, pancréas, rate, intestin grêle et cerveau). Cependant, le foie contient dans l’organisme la plus forte quantité de γGT. Elle catalyse le transfert des radicaux γ - glutamyl du glutathion (ou d'autres peptides) vers des acides aminés. 1. - Méthodes d'étude : Prélèvement : sanguin Dosage : spectrophotométrie ou cinétique Valeur normale : 5 – 35 UI/l 2. Variations pathologiques : L’élévation des γGT est le test le plus sensible de cholestase. a. Maladies du foie et du canal cholédoque Syndrome de cholestase - La γ-GT est le reflet le plus sensible d'une destruction biliaire extrahépatique (taux plus élevés que pour une destruction intra-hépatique) - Les taux peuvent atteindre 500 -1000 u/L Atteintes hépato-cellulaires - Hépatite virale aiguë - Hépatite toxique - Hépatite chronique - Cirrhose alcoolique du foie - Cancer primitif du foie Chez le cirrhotique, une augmentation soudaine peut traduire une dégénérescence maligne. - Cancer secondaire hépatique b. Affections pancréatiques Pancréatites aiguës Pancréatites chroniques avec inflammation des canaux biliaires Cancer de la tête du pancréas. c. Inducteurs enzymatiques : Substances toxiques (alcool, médicament tel le phénobarbital) Son taux augmente de manière importante (> 1000 u/L) Utilisée comme marqueur d'alcoolisme chronique. d. Autres : La γ-GT augmente dans toutes les maladies qui engendrent une stase hépatique Mononucléoses infectieuses Cholites ulcéreuses Affections cardio-vasculaires avec insuffisance cardiaque droite Augmentation également de la γGT dans 50 % des infarctus du myocarde, quatre jours après les premières manifestations cliniques 154 BIOLOGIE B. Phosphatases alcalines Ce sont des phosphomonoestérase qui catalyse la réaction suivante : (PH optimal = 8,5) R-OP → R-OH + M2PO4 La phosphatase alcaline est localisée dans le foie et les voies biliaires surtout. Mais on le retrouve également dans le placenta (expliquant l’élévation de leur activité chez la femme enceinte), et dans l’os où elles jouent un rôle important dans le métabolisme (expliquant leur élévation chez l’enfant en période de croissance et dans certaines maladies osseuses). Méthodes d'étude : - Dosage par méthode cinétique spectrophotométrique sur un prélèvement sanguin. - Valeur normale : adulte = 80 UI/l et enfant 160 UI/l Intérêt sémiologique : - Maladies hépatobiliaires : Cholestase : les PAL augmentent avec un min de 2x la normale. L’↑ est parallèle à celle de la GGT et de la 5’ nucléotidase Autres affections hépatiques (hépatite, cirrhose et cancer) : l’↑ des PAL est discrète (max autour de 2 fois la normale) - Maladies osseuses : Rachitisme chez l’enfant Chez l’adulte : hyperparathyroïdie, ostéomalacie et maladie de paget C. 5’ nucléotidase La 5’ nucléotidase est une phophatase alcaline particulière. Elle est plus spécifique du foie (absence d’origine osseuse). Elle n'est pas utilisée en routine car elle son dosage coûte cher et sa sensibilité est inférieure à celle des γGT. C'est une phospho-mono-estérase qui hydrolyse spécifiquement la liaison ester-phosphorique du ribose-5'phosphate des nucléotides. Méthodes d'étude : Méthode spectrophotométrique. Le substrat est un ester mono-phosphorique. Le taux normal est : < 9 U/L à 37°C. Son taux n'est pas modifié par des inducteurs enzymatiques comme certains médicaments ou l'alcool (c'est une différence avec la γ GT dont le taux est influencé par la prise d'alcool). Conclusion : en pratique : Le dosage conjoint des phosphatases alcalines et des γGT est utilisé pour rechercher une cholestase. L’élévation conjointe de ces 2 enzymes est spécifique de la cholestase. Il faut faire attention en cas d’élévation isolée de l’une des deux enzymes : Une élévation isolée des phosphatases alcalines est habituellement en rapport avec une maladie osseuse (car l’élévation des γGT est plus sensible dans la cholestase que celle des phosphatases alcalines) Une élévation isolée des γGT doit faire rechercher une induction enzymatique (consommation excessive non reconnue de boissons alcoolisées ou prise médicamenteuse). Les autres perturbations biologiques sont : l'augmentation de la bilirubine conjuguée sérique, allongement du temps de Quick, corrigé par l’injection de Vitamine K, avec un facteur V normal, Hypercholestérolémie, Elévation des acides biliaires sériques, Stéatorrhée 155 BIOLOGIE ENZYMES CARDIAQUES ET MUSCULAIRES Les enzymes cardiaques et musculaires permettent à la fois d'établir un diagnostic et un pronostic de multiples affections, principalement l'infarctus du myocarde et les myopathies. Les Enzymes cardiaques sont au nombre de 3 : CK-MB, GOT ou ASAT, LDH1 ou αHBDH. Les Enzymes musculaires sont au nombre de 2 : CK-MM et Aldolases Des constituants non enzymatiques sont aussi intéressants à déterminer au cours de la pathologie cardiaque (troponine et myoglobine) et musculaire (myoglobine, myosine, créatine) A. Créatine kinase = créatine phosphokinase (CK ou CPK) 1. Localisation et action : La créatine kinase ou CK est une enzyme d'origine musculaire, myocardique et cérébrale qui catalyse le transfert d'un phosphate de l'ATP sur la créatine, permettant ainsi le stockage d'énergie en vue de la contraction musculaire. Elle catalyse la réaction suivante : créatine +ATP → créatine phosphate + ADP Elle existe sous 3 iso enzymes formés par 2 monomères : M (muscle) et B (brain = cerveau) : - CPK-MM : essentiellement dans les muscles squelettiques (95% de CPK sérique) - CPK-MB : myocarde (5% de CPK sérique) - CPK-BB : cerveau (0% dans le sang) 2. Exploration : Dosage global sur un prélèvement sanguin par méthode spectrophotométrique = 5 – 70ui/l Pour les iso enzymes : dosage de la CK-MB par l'utilisation d'anticorps spécifiques (normalement < à 5% de CK globale), CK MM = 95% CKBB = 0. 3. Intérêt sémiologique : Atteintes cardiaques : - ↑ précoce et spécifique de la CK (CK-MB peut atteindre 20% de CK globale) - Débute à la 3ème heure, max à la 36ème heure (jusqu'à 20 fois la normale) et retour à la normale après 3 j. Atteintes musculaires : myopathies : - L’↑ peut atteindre 5 à 20 fois la normale. - CK-MB reste < à 5% de la CK globale. Intoxication à la Paraphényléne diamine : CK : 50000 UI/l NB : le dosage de la CK-MB est très utile au diagnostic de l'IDM, pour distinguer un infarctus d'une embolie pulmonaire (dans le cas de l'embolie pulmonaire, la CK totale est élevée mais l'isoenzyme MB est normale), pour surveiller l'évolution d'une nécrose myocardique ou enfin l'état du myocarde après chirurgie à coeur ouvert. B. La lacticodéshydrogénase (LDH) 1. Localisation et action : LDH catalyse la réaction suivante : Acide pyruvique + NADH, H+ ↔ acide lactique + NAD+ Il se trouve surtout dans le foie, les muscles squelettiques, le myocarde et les GR. Il existe 5 iso enzymes qui sont des tétramères catalysant la même réaction : - LDH1 ou α HBDH (20%) : d’origine cardiaque - LDH2 (40%) : GR - LDH3 (20%) et LDH4 (10%) : pas de spécificité - LDH5 (10%) d’origine hépatique. 2. Exploration : Dosage de la LDH globale sur un prélèvement sanguin par méthode spectrophotométrique (valeur normale = 10 à 200ui/l) Pour les iso enzymes : méthode électrophorètique 3. Intérêt sémiologique : Atteinte cardiaque : en cas d’infarctus de myocarde ème ème - ↑ de la LDH débute vers 8-10 h, max 72 h (10 fois la normale) et retour à la normale après 14 jours L’↑ de la LDH1 peut atteindre 50% de la LDH globale. 156 - BIOLOGIE α hydroxy butyrate déshydrogénase (HBDH) augmente à la 12e heure et son maximum est compris entre la 30e et la 72e heure. Atteintes hépatiques : LDH ↑ au cours de la cytolyse hépatique qui peut atteindre 10 fois la normale Anémie hémolytique : peut atteindre 1000ui C. ASAT: Ou Aspartate Amino Transferase est une transaminase (ou amino transférase) hépatocytaires dont la fonction est de catalyser des réactions de transfert d’un groupe aminé d’un acide alpha-aminé à un acide alphacétonique. Elle catalyse la réaction aspartate + alpha-cétoglutarate = oxaloacetate + glutamate. Son ancienne dénomination est GOT pour glutamate oxaloacétate transaminase Ac α cétoglutarique + Ac aspartique Ac glutamique + Ac oxaloacétique ASAT 5. Localisation : ASAT : foie + cœur + rein + muscles. 6. Demi-vie : La demi-vie de l’ASAT est plus courte que celle de l’ALAT. 7. Méthode d'étude : Prélèvement : sang en évitant l'hémolyse Techniques : enzymatiques = méthode spectrophotométriques ou méthodes cinétiques Valeurs normales : - ASAT et ALAT : 5 – 35 UI / l - ASAT / ALAT > 1 8. Intérêt sémiologique : En cas d’infarctus de myocarde : ↑ de l'ASAT : ème Commence à la 6 heure après le début de la douleur angineuse. ème Max à la 36 heure (10à 20 fois la normale) ème Retour à la normale au 5 jour. La hauteur de la flèche est essentiellement proportionnelle à l’étendu de la nécrose. D. Les aldolases Enzymes dont le centre actif est la lysine. Elles catalysent, dans la voie métabolique d'E. Meijerhof, la scission du Fructose-1,6-diPhosphate en deux trioses-Phosphate ou en du Fructose-1-Phosphate. Enzyme essentiellement cytoplasmique. Elle existe dans tous les tissus à activité glycolytique ou glycogénolytique. Dosage : Méthode spectrophotométrique. Valeur normale < 3,1 u/L à 25°C Intérêt sémiologique : - Affections hépatiques : Hépatites infectieuses, hépatites toxiques, ictère plasique, cancers digestifs et pancréatites - Affections musculaires : Myopathie de Duchesne, Myasthénies, séquelles de la poliomyélite, - Infarctus du myocarde : augmentation jusqu'à 10-25 u/L en moins de 12 heures le début des symptômes. E. APPLICATION CLINIQUE : INFARCTUS DU MYOCARDE 1. Enzymes du bilan cardiaque Chez les patients présentant un tableau clinique et électrique atypique d'IDM, le dosage des enzymes cardiaques s'avère intéressant avant de débuter une thrombolyse. La première enzyme à augmenter est l'isoenzyme MB de la CK (CK-MB), suivie par la CK totale, l'ASAT et l'hydroxybutyrate déshydrogénase (HBDH, isoenzyme de la LDH) Seules la CKMB et l'a HBDH sont spécifiques du tissu cardiaque, les autres se retrouvent aussi bien dans le foie que dans le coeur. 157 BIOLOGIE 2. Autres marqueurs: "marqueurs non enzymatiques" Actuellement de nouveaux marqueurs protéiques tels que la myoglobine et les troponines cardiaques (T et C) jouent un rôle primordial. La myoglobine passe rapidement dans le sang et permet une réponse dans les trois heures qui suivent l'atteinte cardiaque, alors que la troponine plus tardive (6e heure) est plus sélective. Le couple myoglobine et troponine est pour le clinicien une aide considérable Conclusion : Quelques enzymes cardiaques et musculaires mesurées dans un but diagnostique présentent une spécificité tissulaire, mais lorsqu'il n'y a pas de contexte clinique évident permettant d'expliquer l'élévation de l'activité, le dosage des isoenzymes peut donner cette information. Ainsi, le dosage des isoenzymes de la créatine kinase permet de faire la différence entre une origine cardiaque ou musculaire (muscle strié squelettique). En pratique, le dosage des enzymes cardiaques est beaucoup plus utile au diagnostic d'exclusion qu'au diagnostic positif de l'infarctus du myocarde, avant de débuter une éventuelle thrombolyse. 158 BIOLOGIE ENZYMES PANCREATIQUES : AMYLASE ET LIPASE Les enzymes pancréatiques (amylase et lipase) permettent à la fois d'établir un diagnostic et un pronostic de multiples affections, en particulier les pancréatites. Ces 2 enzymes sont d’origine pancréatique, mais l’amylase est également sécrétée par les glandes salivaires. A. Amylases - 1. Définition L'amylase existe dans les glandes salivaires et le pancréas. Elle dégrade l'amidon du contenu intestinal pour le transformer en dextrines et en maltose. Le sérum contient plusieurs isoenzymes d'origine salivaire et pancréatique, que l'on va retrouver dans les urines grâce à un poids moléculaire très faible (elles passent la barrière rénale). 2. Dosage Dans le sang ou dans les urines de 24h par méthode spectrophotométrique. Valeurs normales: 5 à 82 U/L à 37° de sérum (le plus souvent demandé ) 5 à 380 U/24 heures à 37° dans l'urine (demandé da ns les conditions pathologiques). 3. Variations pathologiques On note une augmentation de l'amylasémie dans les affections suivantes : Pancréatite aiguë hémorragique : - L'amylasémie augmente au cours de la pancréatite aiguë hémorragique, pouvant atteindre 30 à 40 fois la valeur normale. Cette augmentation se manifeste entre la 3e et 6° heure après le début de l'affection, atteint son maximum entre la 20° et la 30e heure et se normalise entre 2 à 8 jours. - L'amylasémie doit toujours être complétée par l'amylasurie car l'amylase est éliminée par les urines. Le décalage des signes urinaires est de 6 à 12 heures. Pancréatites chroniques et cancers du pancréas : L'augmentation de l'amylase n'est pas aussi importante que dans les pancréatites aiguës. Parotidites : L'amylasémie est augmentée dans les parotidites virales telles que les oreillons. Autres affections entraînant une augmentation de l'amylasémie - perforation d'ulcères gastro-intestinaux ; - occlusions intestinales hautes ; - lithiase biliaire ; - rupture de grossesse extra utérine. - - 4. Isoenzymes. Définition: Il existe 2 grands types d'isoenzymes: le type P d'origine pancréatique, et le type S d'origine salivaire, mais aussi pulmonaire, prostatique et ovarienne. Pathologies intéressantes lors du dosage. Pancréatites aigues: augmentation des isoenzymes P. Pancréatites chroniques: après des poussées aigues, avec hyperamylasémie, il s'installe une insuffisance pancréatique progressivement avec diminution de l'AP. Le dosage évalue le degré d'insuffisance pancréatique. Bien que l'AP baisse, l'A totale reste normale par compensation avec une augmentation de l'AS. Oreillons: l'isoenzyme S augmente, ainsi que dans les tumeurs des glandes salivaires, les carcinomes ovariens. B. Lipases. 1. Définition: La lipase pancréatique, la plus importante, fonctionne en présence d'un cofacteur d'origine protidique, la colipase. Elle dégrade les triglycérides du contenu intestinal en diglycérides puis en monoglycérides. Seule une partie des monoglycérides sera transformée en glycérol et acides gras. 159 BIOLOGIE 2. Dosage : Uniquement dans le sang par méthode colorimétrique. On détermine la masse des AG libres à partir d’une solution titrée d'huile d’olive Valeurs normales : 7 à 60 U/L 3. Variations pathologiques : On rencontre une hyperlipasémie : - dans les pancréatites aiguës ; augmentation parallèle à celle des amylases mais plus durable. - dans les pancréatites chroniques ; augmentation beaucoup plus atténuée - dans les cancers de la tête du pancréas ; - dans les atteintes hépatiques. On note une hypolipasémie : - dans les premiers mois de la grossesse ; - dans les maladies infectieuses (tuberculose) ; - dans l'évolution du diabète. C. APPLICATION CLINIQUE : LA PANCREATITE AIGUE Cette affection de traduit par un syndrome abdominal aigu, avec une douleur sévère et un choc plus ou moins important. Les causes les plus classiques sont la prise alcoolique excessive et les calculs biliaires. Le pancréas est le siège d'une inflammation aigue et dans les cas sévère d'une hémorragie. Le diagnostic clinique est confirmé par la mise en évidence d'une activité amylase plasmatique élevée. Son activité plasmatique est généralement (mais pas systématiquement) élevée, les valeurs supérieurs à 10 X LSN pouvant être considérées comme diagnostiques. L'amylase est une molécule relativement petite, et elle est rapidement excrétée par le rein; ainsi dans une pancréatite modérée la clairance rapide peut se traduire par une activité plasmatique normale, contrastant avec une augmentation de l'amylasurie. La détermination de l'isoenzyme pancréatique spécifique de l'amylase peut améliorer la spécificité diagnostic de l'activité amylase. La mesure de l'activité plasmatique de la lipase est parfois considérée comme un test plus spécifique dans le diagnostic de pancréatite aigue. La combinaison des deux activités, amylase et lipase, présente une spécificité et une sensibilité d'environ 90%. Conclusion : Les principales affections du pancréas exocrine sont la pancréatite aigue, la pancréatite chronique, et le cancer du pancréas. Les explorations biochimiques sont indispensables au diagnostic et à la prise en charge du premier contexte, de moindre intérêt dans le deuxième, et d'un intérêt très limité dans le troisième. 160 BIOLOGIE Q42. Acides nucléiques : Structure - Rôle - Anomalies en pathologie humaine I. Toutes les cellules vivantes possèdent des acides nucléiques, représentés selon le pentose en présence, par l'acide ribonucléique (ARN), et par l'acide désoxyribonucléique (ADN). - L'ADN, localisé dans le noyau des cellules et constitue le support de l’information génétique dont il assure la transmission lors de la division cellulaire (réplication), - L'ARN, participe à l’expression de l’information génétique (Transcription). STRUCTURE DES ACIDES NUCLEIQUES : A. Structure générale : Les acides nucléiques sont formés de la répétition d'un module de base le nucléotide associant trois molécules dérivant de: - l'acide phosphorique (H3PO4) - du ribose (ARN) ou du désoxyribose (ADN), pentose estérifié en 5' par l'acide phosphorique - d'une base azotée, purique ou pyrimidique, contractant une liaison 5 N- osidique avec le pentose o Puriques : Adénine (A), Guanine (G) o Pyrimidiques : Cytosine (C), Uracile (U), Thymine (T) o Thymine (T) est uniquement chez l’ADN et Uracile (U) est uniquement chez l’ARN. B. ADN : 1. Structure primaire : Longue chaine non ramifiée faite d’une succession de nucléotides. 2. Structure secondaire : 2 filaments complémentaires et antiparallèles sont enroulés l'un sur l'autre, en double hélice. - Antiparallèles : disposés dans des directions opposées (5’→ 3’ et 3’→ 5’) - Complémentaires : les 2 hélices sont réunies par des liaisons hydrogènes, qui se forment entre les bases azotées complémentaires : o Adénine reliée à la thymine, o Guanine reliée à la cytosine. 3. Structure tertiaire : L'ADN est associé à des protéines basiques, ou histones, et la double hélice subit un enroulement hélicoïdal IIre, pour former une fibrille élémentaire de 100Ä de diamètre. La fibrille subit un nouvel enroulement pour former la fibre de 300Ä de diamètre. Lors de la mitose, l'enroulement est maximal formant des chromosomes bien individualisés. C. ARN : L'ARN a une structure générale voisine de celle de l'ADN, pourtant il existe trois différences essentielles : - l'ose est le ribose et non le désoxyribose. - l'uracile remplace la thymine. l’ARN existe naturellement sous forme d'une seule chaîne polynucléotidique: Monocaténaire Mais en effet, dans une même chaîne d’ARN des portions peuvent être sous forme bicaténaire avec une complémentarité suivant la règle : - 2 liaisons hydrogène entre A et U - et 3 liaisons hydrogène entre C et G Il existe 3 types d’ARN qui jouent un rôle essentiel dans la transcription (ARNm) et la traduction (ARN t et ARNr) de l'information génétique qui aboutit à la biosynthèse des protéines : 161 BIOLOGIE II. - ARNm (messagers) : o Il se forme au contact de l'ADN et son rôle consiste à transcrire une séquence d'ADN puis de transporter l'information génétique recueillie du noyau vers le cytoplasme (expression de l’information génétique) o Il va ensuite se placer sur une unité d'assemblage des protéines, le ribosome, où il sera traduit pour élaborer une séquence d’acides aminés nécessaires à la synthèse des protéines. o Sa taille est proportionnelle à celle des protéines pour laquelle il code. - ARN t (de transfert) : o Structure tertiaire par repliement de la chaîne nucléotidique dans l’espace. o Il possède une double spécificité qui joue un rôle d’adaptateur moléculaire : - une pour l’acide aminé (extrémité de fixation de l’AA) - et l’autre pour l’ARNm (anticodon : permet de connaître le codon de l’ARNm) o C’est un vecteur qui va reconnaître les acides aminés dans le cytoplasme pour les amener jusqu'au brin d'ARN messager où s’effectue la synthèse protéique. - ARNr (ribosomiques): o Représente 80% de l'ARN total d'une cellule. o Il participe à la constitution et le maintien de l’intégrité des ribosomes qui constituent la tête de lecture de l'information génétique transcrite par l'ARNm. ROLES : A. ADN : L'ADN est le support de l'information génétique. Il est donc nécessaire pour assurer la conservation des espèces que : - Sa biosynthèse conduise à des molécules filles répliques identiques à la molécule parentale, c’est la réplication. - Son intégrité soit maintenue dans les cellules, c'est la réparation. L'ADN nucléaire, support de l'information génétique, doit transmettre cette information au cytoplasme où les protéines sont synthétisées. B. ARN : L’ARNm, copie complémentaire d'un brin d'ADN, synthétisé dans le noyau, se rend dans le cytoplasme où il va servir de matrice pour la synthèse protéique. Le passage de l'information du noyau vers le cytoplasme se fait donc grâce à l’ARNm. La transcription de l'ADN double brin en ARN simple brin est essentielle au transfert de l'information, de l'ADN à la protéine. Elle repose sur le fonctionnement d'enzymes complexes constituées de sousunités: les ARN polymérases ADN dépendantes qui n'ont pas besoin d'amorces pour assurer la synthèse d'ARN. Seul un des deux brins d'ADN est utilisé à la fois comme matrice. Il est copié dans la direction 3'5'. L'ARN est antiparallèle et complémentaire de sa matrice; il commence par son extrémité 5' et s'allonge dans la direction 5'3’. L'élongation de l'ARN est faite par addition d'un nucléotide à l'extrémité 3' OH libre du brin d'ARN en cours de croissance. 162 BIOLOGIE III. ANOMALIES EN PATHOLOGIE HUMAINE : A. Au niveau de l’ADN : Les lésions peuvent intéresser soit le gène ou sa proximité immédiate. L’organisme possède un système de réparation très performant mais quand il est dépassé, ces anomalies persistent et peuvent se traduire par : - Certaines pathologies chez l’individu - Transmission à la descendance si intéresse les cellules germinales. 1. Macrolésions : Délétion : perte d’un segment d’ADN avec rétablissement de continuité de la double hélice. Amplification : multiplication de séquences normalement uniques. Inversion : changement d’orientation d’un segment +/- long d’ADN Fusion des gènes : 2 cassures dans 2 gènes avec transposition de l’un dans l’autre. 2. Microlésions = mutations Mutation sans changement du cadre de lecture : mutation par substitution (changement d’une base par une autre), elle peut être : - Silencieuse : donne un codon qui désigne le même aa. - Conservatrice : donne un aa ayant les mêmes propriétés que celui d’origine. - Faux sens : donne un aa totalement différent; ce qui pourrait retentir sur l’activité de la protéine - Mutation sur codon stop : si en fin du gène elle donne une élongation de la chaîne mais si au début elle donne un raccourcissement. - Mutation sur les introns : perturbation des phénomènes d’excision et d’épissage ce qui donne un protéine aberrante. Mutation avec changement du cadre de lecture : par oublie ou ajout d’une base ce qui donne un décalage aussi bien au niveau de l’ADN que de l’ARN. B. Au niveau de l’ARN : Les anomalies de l’ARN peuvent entraîner des perturbations de la synthèse protéique. L’ARNm reproduit toutes les anomalies du brin d’ADN. La mutation de l’ARN est moins grave que celle de l’ADN car il a une durée de vie brève contrairement à l’ADN qui est fixe et se transmettant de génération en génération. Conclusion : La biologie moléculaire est un ensemble de techniques permettant d'étudier la structure des acides nucléiques (ADN et ARN) et le contrôle de leur expression. Ses applications sont très nombreuses aussi bien dans les laboratoires de diagnostic clinique (bactériologie, biochimie, génétique, hématologie, parasitologie etc.) que dans les laboratoires de recherche ou dans l'industrie pharmaceutique. 163 BIOLOGIE Q43. Amniocentèse et choriocentèse dans le diagnostic prénatal: principe, technique et indications I. Les techniques effractives de diagnostic prénatal comprennent le prélèvement des villosités choriales ou chorioncentèse, l'amniocentèse ou prélèvement du liquide amniotique, la cordocentèse ou prélèvement percutané de sang ombilical, le prélèvement de tissu fœtal ainsi que l'embryoscopie et la fœtoscopie. Intérêt : établir le caryotype AMNIOCENTESE : A. Définition : Examen qui consiste à prélever une petite quantité de liquide amniotique en vue d’une analyse. Ce prélèvement est pratiqué à partir de la 16 SA sous contrôle échographique. B. Principe : Effectué par ponction trans abdominale avec une aiguille fine. Écho guidée pour éviter de blesser le fœtus et de choisir l’endroit le plus favorable pour la ponction. ème Pratiquée vers le 3 mois de grossesse. Quantité : 20cc C. Technique : Préparer la patiente : vessie vide, à jeun, nouvelle écho. Patiente en décubitus dorsal, désinfection de la zone de ponction, champ stérile+matériel stérile. Échographie pour localiser un endroit favorable pour la ponction. Introduction d’une aiguille fine à travers la paroi abdominale et l’utérus. Prélèvement de la quantité nécessaire de liquide qui sera mise dans des tubes. Une fois le geste réalisé le médecin s’assure de la vitalité du fœtus et rassure la patiente, ensuite les tubes sont rapidement acheminés au laboratoire. Une dose de gammaglobulines anti rhésus sera administrée chez la femme Rh- pour prévenir l’isoimmunisation D. Indications : Proposé à toute mère à partir de 38ans. Toute mère jeune ayant un risque particulier de malformation tels que : - Test « HT 21 » > à 1/250 - Epaisseur de la muqueuse du fœtus > 3mm à 12SA - Anomalie échographique - ATCD de malformation dans la famille - Avortements à répétition Prélèvement de cellules du liquide amniotique pour pratiquer un caryotype. Dépistage de déficits enzymatiques (galactosémie, glycogénose). Dosage de la bilirubine au cours d’IFM rhésus. Surveillance des grossesses menacées ou prolongées. Recherche d’une anomalie de composition ou d’une infection du liquide amniotique. L’amniocentèse tardive permet d’établir le diagnostic de viabilité fœtale : - Maturité pulmonaire : Lécithine/Sphingomyéline o >10 normal. o >5 pas de risque de DR. o ≤5 immaturité pulmonaire. - Maturité hépatique : abaissement rapide de la bilirubine - Maturité rénale : créatinine amniotique x par 3 à celle du plasma de la mère - Maturité cutanée : test de coloration des cellules épidermiques. 164 BIOLOGIE II. CHORIOCENTESE : A. Principe : La choriocentèse ou prélèvement des villosités choriales (PVC) est la techniques effractive de diagnostic er prénatal la plus fréquemment utilisée au 1 trimestre de grossesse pour l'évaluation du caryotype fœtal et des anomalies moléculaires et chimiques. ème ème Le PVC, accompagné d'une échographie, est pratiqué avant la 12 SA, plus précisément entre la 10 et la ème semaine et 6 jours de grossesse. 11 Il consiste à prélever des tissus choriaux à partir du placenta. L'avantage principal est qu'il se pratique à un AG plus précoce et qu'il procure une quantité suffisante d’ADN immédiatement disponible pour le diagnostic biochimique ou moléculaire précoce et rapide. B. Technique : Nécessite la même préparation et position de la patiente que lors de la réalisation de l’amniocentèse Le prélèvement peut s’effectuer par voie transcervicale avec un cathéter souple et une seringue sous anesthésie, ou par voie transabdominale à l'aide d'une aiguille (la plus utilisée). Le prélèvement transcervical des villosités choriales se fait au moyen d'un cathéter de plastique flexible guidé continuellement par une l'échographie à travers le col de l'utérus jusqu'au tissu placentaire. Avant l'insertion du cathéter, un spéculum est placé dans le vagin et permet de nettoyer les parois avec un antiseptique. La technique du prélèvement transabdominal se pratique avec les mains libres sous la surveillance continuelle de l'échographie. Une aiguille spinale est employée. Les deux techniques obtiennent normalement un échantillon de 5 à 25 mg de tissu chorial aspiré dans le cathéter ou l'aiguille par une seringue à pression négative, attachée au bout du cathéter ou de l'aiguille. La techniques transcervicale est utilisée pour les sites postérieurs du placenta alors que la techniques transabdominale pour les sites fundiques et antérieurs. Une dose de gammaglobulines anti rhésus sera administrée chez la femme Rh- pour prévenir l’isoimmunisation La technique transcervicale entraine un plus grand risque de saignements légers après l'intervention alors que la technique transabdominale entraine d'avantage de malaises utérins et de crampes. On peut utiliser les techniques de PVC aussi bien pour les grossesses uniques que pour les grossesses gémellaires; C. Indications : Etude du caryotype fœtal (= toutes les indications du caryotype) Etude génétique moléculaire, la quantité d’ADN disponible étant importante, et des dosages de l’activité enzymatique pour le diagnostic des maladies métaboliques. Conclusion : Méthodes invasives mais qui reste importantes par leurs indications. Elles ne présentent pas de contre indications mais ne sont pas dénuées d’incidents et d’accidents. Le risque de fausses couches lié à la choriocentèse est comparable à celui de l'amniocentèse et les techniques d'analyse chromosomiques dans la mesure où elles associent méthode directe et culture sont rapides et fiables. 165 BIOLOGIE Q44. Exploration biologique de l’inflammation : vitesse de sédimentation et protéines de l’inflammation I. La réaction inflammatoire est un ensemble de mécanismes physiologiques de défense visant à circonscrire et à réparer les lésions tissulaires. Ces lésions peuvent être provoquées par différents pathogènes (bactéries, virus ou parasites), des traumatismes physiques ou chimiques, les corps étrangers exogènes ou des complexes immuns. Le déroulement du processus inflammatoire est toujours le même. Il évolue en 3 phases successives : - Phase vasculo – sanguine : congestion active – œdème inflammatoire – diapédèse leucocytaire. - Phase cellulaire : aboutit à la constitution du granulome inflammatoire. - Cicatrisation : aboutissant à la constitution de fibrose et de granulomes en cas d'inflammation chronique. Intérêt : la découverte d'un syndrome inflammatoire comporte un double intérêt : - Diagnostique : car il oriente vers une maladie organique dans certaines situations de diagnostic parfois difficile (altération de l'état général, fièvres prolongées, polyalgies) ; - Évolutif : car il permet de suivre en particulier l'efficacité des traitements. DEFINITION DU SYNDROME INFLAMMATOIRE : Grâce à la mesure simultanée de la VS, de la CRP et du fibrinogène il est possible d'affirmer un syndrome inflammatoire lorsqu'au moins deux des trois paramètres sont anormaux : VS > Age / 2 chez l'homme ou > Age + 10 / 2 chez la femme CRP > 10 mg/l Fibrinogène > 4 g/l II. METHODES GLOBALES D'EXPLORATION DE L'INFLAMMATION : VITESSE DE SEDIMENTATION DES HEMATIES : 1. Définition : La VS est appréciée par la hauteur en mm de la colonne de plasma au dessus du sédiment, observée après 1 et 2 h de sédimentation de sang veineux citraté introduit dans un tube vertical standardisé. Ce phénomène de sédimentation érythrocytaire est la résultante de différents paramètres d'effets contraires : caractéristiques de la membrane des hématies, et en particulier de leur charge électrique, concentration de protéines sériques de PM et de charges variées qui influent sur le phénomène vitesse de sédimentation. Parmi les protéines sériques les plus importantes, figure le fibrinogène dont le taux varie au cours de l'inflammation, qui est considéré comme ayant le plus d'influence sur la vitesse de sédimentation globulaire En revanche, la VS n’est pas influencée par la température corporelle. 2. Technique : La méthode de référence est la méthode de Westergreen dont les conditions de réalisation doivent être rigoureuses : Matériel : tube de verre gradué sur 200 mm, de diamètre interne 2,55 ± 0,15 mm, nettoyé à l'acétone diluée puis séché, Ponction veineuse en évitant la désinfection à l'alcool et le maintien d'un garrot, avec recueil rapide < 30 sec sur seringue sèche, Mélange immédiat de 1,6 ml de sang avec 0,4 ml de citrate trisodique dans un tube à hémolyse de 2 ml, Réalisation du test dans les 2 h suivant le prélèvement : ajustement du niveau 0 par aspiration, tube maintenu strictement vertical, à une température de 18 à 25 C, en évitant soleil, courants d'air et vibrations. Lecture à 60 mn de la distance entre le niveau 0 et le sommet de colonne érythrocytaire exprimée en mm. 3. Interprétation du résultat Le seuil pathologique peut être défini par les formules suivantes : - Chez l'homme : Age (années) / 2 - Chez la femme : Age (années) + 10 / 2 166 BIOLOGIE L'interprétation doit tenir compte de la cinétique de variation de la VS qui fait apparaître une augmentation tardive au décours du déclenchement de l'inflammation, ainsi qu'une décroissance lente après la guérison du processus inflammatoire. Cependant, l'existence d'une VS ↑ n'est pas toujours synonyme de processus inflammatoires Techniques Physiologiques Pathologiques Facteurs d’accélération de la VS : Facteurs de diminution de la VS Retard de plus de 2 heures Température ambiante basse Anomalies d’anticoagulants Polyglobulie Hyperleucocytose importante Drépanocytose Microcytose Hypofibrinogénémie Corticothérapie à fortes doses Cachexie → → → → Tube sale ou incliné Température ambiante excessive Anomalies d’anticoagulants Hémolyse du prélèvement Age Sexe féminin Grossesse Pilule oestro-progestative Syndrome inflammatoire Hypergammaglobulinémie mono- ou polyclonale Anémie Syndrôme néphrotique Insuffisance rénale chronique Hyperlipidémie; obésité Interprétation clinique d’une VS élevée - Une élévation de la VS fait suspecter en premier lieu un syndrome inflammatoire - Le plus souvent, une maladie infectieuse, inflammatoire, ou néoplasique est facilement identifiable par l’interrogatoire et l’examen clinique - En l’absence de signe d’orientation: Contrôler la VS (erreur technique) Doser : CRP, fibrinogène ou haptoglobine, électrophorèse des protéines Élévation des protéines spécifiques de l’inflammation: syndrome inflammatoire Hypergammaglobulinémie mono- ou polyclonale Autre cause d’élévation de la VS: anémie, insuffisance rénale chronique… Absence de cause identifiée 4. En résumé : Examen simple, rapide, peu couteux. Mais (+++) : Marqueur global et indirect de l’inflammation Bonne sensibilité: (98 %) mais mauvaise spécificité: (50 %) → Élevée elle peut refléter un syndrome sédimentaire uniquement → Normale elle n’élimine pas un syndrome inflammatoire. Valeur prédictive positive: - Mauvaise (46 %) chez des sujets asymptomatiques - Bonne (89 %) chez des sujets symptomatiques Les autres méthodes globales d'exploration de l'inflammation en plus de la VS sont : - L'électrophorèse des protéines plasmatiques - Hémogramme 167 BIOLOGIE III. DOSAGE SPECIFIQUE DES PROTEINES DE L'INFLAMMATION : A. Définition Du point de vue clinique, le terme de protéines de l'inflammation se rapporte aux protéines dont la concentration plasmatique augmente au moins de 50% lors d'une réaction inflammatoire. Macrophages et surtout hépatocytes sont les 2 types cellulaires principaux à l'origine de la synthèse des protéines de l'inflammation (PI). Les facteurs capables de stimuler la synthèse des protéines de l'inflammation sont nombreux : IL1, TNF, IFNγ, IL11, LIF, oncostatine et surtout IL-6. Chez l'homme, les PI dont le taux augmente sont les suivantes : - C2, C3, C4, C5, C6, C9 - Facteur VIII - orosomucoïde et facteur B - α1 antitrypsine - Protéine C réactive - C1 inactivateur (C1 INA) (CRP) - α1 antichymotrypsine) - Ferritine - Sérum amyloïde A - Haptoglobine (Hp) protéine (SAA) - Fibrinogène (Fib) - Céruloplasmine (Cp) Chez l'homme, les PI dont le taux diminue sont les suivantes : - Albumine - Transferrine - Pré-albumine - Fibronectine - Apolipoprotéine A B. Fonctions des PI : Les PI agissent à la phase d'état de la réaction inflammatoire et ont pour rôle de ralentir, puis d'arrêter cette réaction grâce à leurs propriétés antiprotéasiques dont les cibles sont les protéases de la coagulation / fibrinolyse, de l'activation du C et des kinines ainsi que les autres protéases libérées lors de l'inflammation. Les PI peuvent également interagir avec des produits toxiques ou de lyse cellulaire pour favoriser leur élimination. C. Cinétique des PI : 1. Protéines de l’inflammation de cinétique rapide: ème Augmentation des concentrations plasmatiques dès la 8 1/2 vie biologique de 8 à 24 heures - Protéine C-réactive CRP - Protéine amyloïde sérique A h d’un processus inflammatoire - α1-antichymotrypsine Procalcitonine CRP : - Protéine pentamérique non glycosylée, de synthèse hépatique sous l’action des cytokines (IL6), dont la principale fonction est l'opsonisation. - Elle ne fait pas partie des PRI impliquées dans la VS - Taux sérique normal: < 6 mg/l ème - Cinétique rapide: Ascension dès la 8 h de l’inflammation avec une 1/2 vie de 24 h; ↓ du taux en 48 h - Intérêt pour le diagnostic des infections bactériennes: o CRP > 200 mg/l: infection bactérienne très probable o LEAD: CRP > 60 mg/l rechercher une complication infectieuse o Témoin d’efficacité thérapeutique dans le traitement des infections graves: septicémies, méningites... - Maladies inflammatoires : o ↓ dans le LED si elle s’élève elle indique une infection intercurrente. o ↑ dans les rhumatismes inflammatoires chroniques, les vascularites. o Marqueur d'évolutivité et d’efficacité d’un traitement en pathologie inflammatoire chronique: maladies auto-immunes, MICI... 2. Protéines de l’inflammation de cinétique lente: Concentration plasmatique maximale en 3 à 4 jours 1/2 vie biologique de 3 à 6 jours - Orosomucoïde - Céruléoplasmine - Haptoglobine - α1-antitrypsine - Fibrinogène - Ferritine - C3 168 BIOLOGIE Témoins sensibles des pathologies inflammatoires chroniques Haptoglobine : Alpha2glycoproteine synthétisée par le foie, de cinétique lente - Baisse : Syndromes hémolytiques. - Hausse : Réactions inflammatoires chroniques. - Taux plasmatique: 0,8 à 2 g/l - 1/2 vie: 4 jours Orosomucoïde: - Taux plasmatique: 0,5 à 1 g/l - 1/2 vie: 2,3 jours Fibrinogène: - Taux plasmatique: 2 à 4 g/l, étroitement corrélé à la VS - 1/2 vie: 4 à 6 jours La ferritine : - Protéine de haut PM, de cinétique lente. Ce n’est pas un marqueur de l’inflammation en première intention. - Hausse : Syndromes inflammatoires, maladie de Still !! (entre autres) - Baisse : carence martiale. La fraction C3 du complément : - Baisse lorsque le complément est activé par la présence de complexes immuns. - Augmente en cas de syndrome inflammatoire et en cas de CBP. - Intérêt : sa baisse indique la présence de CI circulants alors que les autres PRI restent élevées. 3. Protéines de l’inflammation dont les taux s’abaissent lors d’une inflammation: Albumine Pré-albumine Transferrine Fibronectine Apolipoprotéine A Albumine : diminution des taux plasmatiques jusqu'à 22 g/l dans le syndrome inflammatoire La transferrine : - Protéine de transport du fer, synthétisée par le foie, de cinétique lente. - Baisse : Sd inflammatoire, IHC, fuite urinaire et digestive, et l’hémochromatose - Hausse : carence martiale, certains cancers du foie, imprégnation oestrogénique Facteurs modifiant les taux des protéines de l’inflammation Protéines Elévation CRP Œstrogènes Orosomucoïde Haptoglobine Fibrinogène Œstrogènes Toutes les protéines Syndrome néphrotique Diminution Œstrogènes Syndrome néphrotique Hémolyse Œstrogènes Déficit génétique Défibrination Corticothérapie Insuffisance hépatocellulaire 169 BIOLOGIE En conclusion : Les PI majeures sont donc chez l'homme la CRP et la SAA Les 3 PI les plus souvent dosées pour apprécier le syndrome inflammatoire, sont la CRP de cinétique rapide et l'orosomucoide et l'Hp de cinétique lente D. Le profil protéique : Correspond au dosage combiné de plusieurs protéines d'inflammation en couplant des marqueurs à cinétique rapide (CRP par exemple), et des marqueurs d'évolution plus lente (haptoglobine). Les résultats sont donnés sous formes de diagramme ou profil et sont exprimés en pourcentage de la valeur normale. Le profil proteique complet : IgM, IgG, IgA, C3, albumine, transferrine, CRP, orosomucoide, haptoglobine. Intérêt : contrairement à la VS qui permet uniquement de dépister la présence d'un syndrome inflammatoire, le profil protéique permet d'effectuer des constructions physiopathologiques et diagnostiques et/ou de surveiller de manière plus fine l'efficacité d'une thérapeutique. Deux couples de PI évoluant simultanément au cours de l’inflammation ont un intérêt particulier : - Albumine/transferrine (ALB/TRF): distingue syndrome inflammatoire (ALB=TRF) et anomalies du métabolisme ferrique (TRF > ALB : carence martiale, TRF < ALB : hémo-chromatose). - Haptoglobine/orosomucoïde : permet le diagnostic d’hémolyse en cas de SI associé (haptoglobine moins élevée que l’orosomucoïde). EN PRATIQUE, AUCUN MARQUEUR N'EST IDEAL : - CHOIX: dépend du contexte clinique +++ - ASSOCIATION RECOMMANDEE: 1 protéine à cinétique rapide = CRP et 2 protéines à cinétique lente = orosomucoïde (ou fibrinogène) et haptoglobine PROFIL PROTEIQUE INFLAMMATOIRE Conclusion : Le classique NFS – VS – CRP a l’avantage de conjuguer un marqueur global lent et peu spécifique à une PI très réactive. On peut aussi remplacer (avantageusement) la VS par la fibrinogénémie. En cas de discordance, non expliquée par les facteurs de modification de la VS, on pourra en chercher la cause en réalisant une EPP ou grâce au profil inflammatoire. Il faut donc rappeler que la présence d'un syndrome inflammatoire biologique ne constitue qu'un élément de la démarche diagnostique qui vient compléter les informations capitales venant de l'interrogatoire et de l'examen clinique. 170