Érythropoïèse

Globules rouges circulant dans un vaisseau sanguin.

Une femme a environ 5 L et un homme 5,5 L de sang dans son corps. Ce sang est formé à 58 % (55 % chez l'homme) d'un liquide, le plasma sanguin, et de 42 % de globules rouges (45 % chez l'homme). Les autres cellules sanguines, principalement des globules blancs et des plaquettes, représentent moins de 1 % du sang. Chaque millilitre de sang contient environ 5 milliards de globules rouges[1]. Les globules rouges sont responsables du transport de l'oxygène (O₂) des poumons vers les cellules et du dioxyde de carbone (CO₂) des cellules vers les poumons (voir respiration).

Ils se présentent sous forme de disque, creusés en leur centre, d'un diamètre de 7,5 μm (7,5 micromètres) et d'une épaisseur de 2,5 μm[2]. Cette forme particulière augmente la surface d’échange entre l’intérieur et l’extérieur et les rend particulièrement aptes à glisser dans les vaisseaux sanguins. Ce sont des cellules sans noyau, ni mitochondries, ni ribosomes, ni autres organites ; ce sont des sacs remplis d'hémoglobine, une protéine particulière servant au transport de l'O₂ et du CO₂. L'énergie nécessaire à son métabolisme interne est assurée par la glycolyse anaérobique, contrairement aux autres cellules où cette génération est faite dans les mitochondries ; c'est un métabolisme qui génère de l'énergie à partir de sucre dans le cytoplasme de la cellule[1]. Les structures particulières de la membrane et du cytosquelette sous-jacent sont les causes principales de la souplesse des globules rouges ; ils peuvent ainsi emprunter facilement les plus petits vaisseaux sanguins, les capillaires[3].

Hémoglobine et hème

Un globule rouge contient entre 250 à 300 millions de molécules d'hémoglobine, chacune pouvant transporter jusqu'à 4 molécules d'O₂[2]. L'hémoglobine est une protéine constituée de 4 chaines de polypeptides et de 4 hèmes fixés dans chacune de ces chaines. Chacun de ces hèmes contient un ion ferreux auquel peut s'attacher l'O₂ ou le CO₂[1]. Un mécanisme particulier permet de relâcher le CO₂ et ainsi d'attirer l'O₂ et vice-versa[3]. Lorsque l’hémoglobine est chargée en O₂, elle a une couleur rouge ; dans le cas contraire, elle a une couleur bleuâtre[1].

N'ayant pas d'organites, en particulier de noyau, les globules rouges ne peuvent se reproduire ou se réparer ; ils meurent après environ 120 jours[2] en ayant parcouru près de 1 200 km dans les vaisseaux sanguins[1]. Ils sont continuellement remplacés par de nouveaux globules rouges à raison de 2 à 3 millions par seconde[1], représentant un remplacement de 0,8 % à 1,0 % par jour[4].

Les globules rouges sont produits dans la moelle osseuse par les cellules souches hématopoïétiques. Ces cellules souches ne produisent pas seulement les globules rouges, mais aussi toutes les autres cellules du sang, comme les globules blancs et les plaquettes. Toutes ces cellules murissent dans la moelle osseuse en passant par différents stades[1].

Pour les globules rouges les principaux stades sont les suivants[4] :

1. Les cellules souches hématopoïétiques se divisent pour former des cellules appelées cellules myéloïdes progénitrices ; celles-ci peuvent se reproduire avant de se différencier en différents types de cellules dont des cellules proérythroblastes, première étape de la maturation des globules rouges. A ce stade la surface des cellules comporte des molécules d'adhésion intercellulaire (par exemple ICAM-1) ; ces molécules disparaitront progressivement afin que le globule rouge puisse sortir de la moelle osseuse pour entrer dans les vaisseaux sanguins ;
2. Aux phases suivantes du développement, les cellules deviennent des érythroblastes basophiles puis polychromatiques. Pendant ces périodes, la division cellulaire continue et une grande quantité de transferrine (jusqu'à 800 000 molécules) s'agglutine à la surface des cellules ; cette protéine contient du fer qui est nécessaire à la formation de l'hémoglobine ;
3. Quand les cellules atteignent le stade d'érythroblaste acidophile (ou orthochromatique), elles ne se divisent plus ;
4. Après l'expulsion de son noyau, le globule rouge contient encore de la réticuline, une protéine de structuration de la cellule, et à ce stade, la cellule se nomme réticulocyte. Elle reste encore 1 à 2 jours dans la moelle osseuse, se réduisant et se débarrassant de son réticule et de ses molécules d'adhésion, puis sort de la moelle osseuse par les vaisseaux sanguins. Avant de devenir des globules rouges, les réticulocytes vont encore maturer pendant 2 jours dans le sang et en particulier dans la rate[5].

Pendant tous les stades de leurs formations, les globules rouges s'agglutinent autour d'un macrophage et forment ainsi des îlots d'érythroblastes. Ces îlots sont proches des capillaires. Les cellules les plus proches du macrophage sont les moins matures. Le macrophage absorbe les cellules défectueuses et enlève aussi les noyaux des globules rouges avant qu'elles ne gagnent les vaisseaux sanguins[6].

Le cycle complet depuis le stade proérythroblaste jusqu'à un globule rouge mature dure environ 7 jours. Cette durée peut être réduite en cas de besoin accru. Une insuffisance d'O₂ dans les reins stimule la production d'une hormone, l'érythropoïétine, qui va activer la production de globule rouges dans la moelle osseuse[4].

Pour produire les cellules rouges, il faut avoir à disposition, en plus des matériaux usuels à la production et maintenance des cellules comme le glucose, des lipides et des acides aminés, les éléments suivants[5] :

• du fer : Il est stocké dans la moelle osseuse, le foie et la rate dans des protéine appelées ferritine et hémosidérine (la dernière est plus lente à restituer son fer). Quand l'érythropoïétine stimule la production de globules rouges, le fer est lié à la transferrine pour être transporté à la moelle osseuse par le sang ;
• du cuivre : Essentiel pour transformer le Fe²⁺ en Fe³⁺ qui peut s'attacher à la transferrine ;
• du zinc : Fonctionne comme une coenzyme pour la création des hèmes ;
• de la vitamine B₉ et B₁₂ : ces vitamines sont nécessaires à la formation de nouvelles cellules et en particulier des globules rouges. Les vitamines B₉ et B₁₂ interviennent dans la synthèse des acides nucléiques : un déficit de l'une de ces vitamines bloque le cycle du S-adénosylméthionine qui permet la régénération du folate nécessaire à la synthèse des purines (auquel cas il s'accumule sous une forme non utilisable, le N₅-methyltétrahydrofolate), rendant la duplication cellulaire des cellules souches précurseurs impossible (cellules bloquées en phase S)[7].

Les globules rouges sont détruits par les macrophages de la rate et du foie[2] et L'hémoglobine est décomposée de la manière suivante[5] :

• le fer utilisé dans des hèmes est conservé et stocké dans le foie, ou directement dans la moelle osseuse, pour être réutilisé pour la fabrication de nouvelles molécules d'hémoglobines ;
• le reste des hèmes est dégradé en biliverdine, une protéine verte, puis en bilirubine, une protéine jaune, qui est utilisée par le foie pour produire de la bile, une substance libérée dans les intestins pour aider à la digestion des matières grasses ;
• la partie non-hème de l’hémoglobine, à savoir les chaines de polypeptides, est décomposée en acides aminés et réutilisée pour former d'autres cellules.

La production de globules rouges est régulée par plusieurs médiateurs, dont le plus connu et le plus important est l'érythropoïétine, une hormone produite par les cellules interstitielles (interstice juxtatubulaire) et les cellules endothéliales des capillaires péritubulaires du cortex rénal en cas d'apport insuffisant en O₂. D'autres messagers peuvent influencer la production : hormones thyroïdiennes, hormones de croissance, hormones surrénaliennes et sexuelles (testostérone essentiellement), et médiateurs inflammatoires[7].

• Hématopoïèse
• Leucopoïèse
• Thrombocytopoïèse
• Moelle osseuse
• Globule rouge
• Hémoglobine