Coagulation sanguine
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La coagulation sanguine est un processus complexe aboutissant à la formation de caillots sanguins. C’est une partie importante de l’hémostase où la paroi endommagée d’un vaisseau sanguin est couverte d’un caillot de fibrine, ce qui a pour conséquence d'arrêter l’hémorragie. Les troubles de la coagulation qui mènent à des risques de saignements plus importants sont appelés hémophilie. D'autres troubles de la coagulation peuvent mener à un plus grand risque de thrombose.
La coagulation est remarquablement préservée d'une espèce à l'autre : chez tous les mammifères, elle repose sur la formation d'un clou plaquettaire et sur une composante protéique de coagulation (ce sont les facteurs de coagulation).
Dans les années 1960, Davie, Ratnoff et Macfarlane décrivent le concept de la coagulation en la nommant « théorie de la chute d'eau » ou « de la cascade ». Ils décrivent le principe fondamental de la cascade de proenzymes menant à l'activation des enzymes en aval[1].
La coagulation débute presque instantanément après une brèche au niveau de la paroi endothéliale des vaisseaux sanguins. L'exposition du sang au facteur tissulaire initie des changements au niveau des plaquettes et du fibrinogène et enclenche une séquence d'activation, en série, des facteurs de la coagulation. Les plaquettes forment immédiatement un clou qui bloque le saignement : c'est l'hémostase primaire. L'hémostase secondaire débute au même moment : des protéines plasmatiques appelées « facteurs de coagulation » réagissent dans une cascade complexe qui forme des fibres de fibrine, ce qui renforce le clou plaquettaire.
Le phénomène de coagulation sanguine est généralement modélisé mathématiquement par l'équation de Smoluchowski[2], qui permet notamment de modéliser la formation de caillots sanguins lors de l'occurrence du phénomène de gélation.
Physiologie
[modifier | modifier le code]L'hémostase est l'ensemble des mécanismes permettant d'interrompre un saignement et d'éviter l'hémorragie :
- la vasoconstriction[3] diminue le calibre du vaisseau lésé ;
- l'hémostase primaire[4] correspond à l’adhésion des plaquettes au vaisseau lésé et entre elles (agrégation plaquettaire) ;
- l'hémostase secondaire correspond à la coagulation proprement dite ;
- le caillot attire et stimule la croissance de fibroblastes et de cellules de muscle lisse au sein de la paroi vasculaire et entame le processus de réparation qui résultera finalement en la dissolution du caillot (fibrinolyse).
La formation du clou plaquettaire (ou hémostase primaire)
[modifier | modifier le code]Lorsque l'endothélium est endommagé, le collagène de l'espace interstitiel, normalement isolé, est exposé aux plaquettes en circulation. Celles-ci se fixent directement au collagène avec des récepteurs glycoprotéiques Ia/IIa spécifiques au collagène. Cette adhésion est fortifiée par le facteur de von Willebrand[5] (vWF), qui est relâché par les cellules endothéliales (de manière constitutive) et les plaquettes (uniquement après leur activation). Le facteur de Von Willebrand forme des liens additionnels entre les fibres de collagène et les glycoprotéines Ib/IX/V des plaquettes. Ces adhésions activent les plaquettes[6].
Les plaquettes activées relâchent le contenu de leurs granules dans le plasma. Ces granules contiennent de l'ADP, de la sérotonine, le facteur d'activation plaquettaire, le facteur de Von Willebrand, le facteur plaquettaire 4 et le thromboxane A2, qui active des plaquettes additionnelles. Le contenu des granules active une cascade de récepteurs couplés aux protéines G, résultant en une concentration plus élevée de calcium dans le cytosol des plaquettes. Le calcium active la protéine kinase C, qui active à son tour la phospholipase A2. La phospholipase A2 modifie l'intégrine glycoprotéique IIb/IIIa, augmentant son affinité pour le fibrinogène. Les plaquettes activées changent de forme : de sphériques, elles deviennent stellaires, et le fibrinogène entrecroisant les glycoprotéines IIb/IIIa promeut l'aggrégation des plaquettes adjacentes[7] (ce qui complète l'hémostase primaire).
La cascade de coagulation (ou hémostase secondaire)
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La cascade de coagulation[8], observée in vitro, est constituée de deux voies qui mènent à la formation de fibrine. Ce sont la voie extrinsèque (dépendante du facteur tissulaire) et la voie intrinsèque. On croyait auparavant que ces deux voies étaient d'importance égale dans la cascade de coagulation. On sait à présent que la voie la plus importante dans l'initiation de la coagulation est la voie extrinsèque[9]. Les deux voies sont des séries de réactions dans lesquelles un zymogène (producteur d'enzymes) de sérine protéase et son cofacteur glycoprotéique sont activés pour ensuite catalyser la prochaine réaction. Les facteurs de coagulation sont normalement identifiés par des chiffres romains, avec un a minuscule pour distinguer la forme active.
Les facteurs de coagulation sont généralement des sérine protéases (enzymes). Il y a quelques exceptions. Par exemple, le facteur VIII et le facteur V sont des glycoprotéines, et le facteur XIII est une transglutaminase. Les sérine protéases fonctionnent en clivant d'autres protéines à des résidus spécifiques de sérine. Les facteurs de coagulation circulent sous forme de zymogènes inactifs. La cascade de coagulation est classiquement divisée en trois voies : la voie extrinsèque et la voie intrinsèque activent toutes les deux la voie commune finale du facteur X, de la thrombine et de la fibrine.
Voie extrinsèque
[modifier | modifier le code]Le rôle principal de la voie extrinsèque est de générer très rapidement une grande quantité de thrombine. Le facteur VIIa circule dans des quantités plus importantes que tout autre facteur de coagulation activé.
- L'intégrité de la paroi des vaisseaux sanguins compromise, le facteur VII quitte la circulation et entre en contact avec le facteur tissulaire exprimé par les fibroblastes du stroma et par les leucocytes. Il y a formation du complexe activé TF-FVIIa.
- Le TF-FVIIa active le facteur IX et le facteur X (facteur de Stuart).
- Le facteur VII est lui-même activé par la thrombine, par le facteur XIa, facteur XII et Xa.
- L'activation du facteur X par le complexe TF-FVIIa est inhibée par l'inhibiteur de la voie du facteur tissulaire (TFPI).
- Le facteur Xa et son cofacteur Va forment le complexe prothrombinase, qui active la prothrombine en thrombine.
- La thrombine active alors d'autres facteurs de la cascade, dont le facteur V le facteur VIII et le facteur XI.
- Le facteur VIIIa est le cofacteur du facteur IXa, et leur complexe (appelé tenase) active le facteur X, puis le cycle recommence.
Voie intrinsèque
[modifier | modifier le code]L'initiation de cette voie se fait par contact du sang avec les structures sous-endothéliales. Cette étape, appelée phase contact, fait intervenir le kininogène de haut poids moléculaire (KHPM), la prékallicréine et le facteur XII. Ce dernier activé, va lui-même activer le facteur XI en présence d'ions Ca2+. En présence du XIa, le facteur IX est à son tour activé en IXa. Il se forme alors un premier complexe à la surface de la membrane plaquettaire capable d'activer le X en Xa. Ce complexe fait intervenir le IXa, le Ca2+, le facteur III plaquettaire et le cofacteur VIII activé par les premières traces de thrombine.
Voie commune
[modifier | modifier le code]Le facteur Xa adsorbé à la surface des phospholipides d'origine tissulaire et plaquettaire va, en présence du facteur Va, constituer la prothrombinase. Le Va provient du V activé par la thrombine. La prothrombinase est donc un complexe enzymatique faisant intervenir le Xa, le Va, le Ca2+ et des phospholipides. Il existe donc une similitude avec le complexe activateur du X. La prothrombinase permet la formation de thrombine (IIa) à partir de prothrombine (II).
Nouveau modèles pour la coagulation
[modifier | modifier le code]La cascade de coagulation expliquée selon la séparation en deux voies est une compréhension valable in vitro. L'observation de patients ayant des déficits en facteur XII[10] et ayant pourtant une activation de la cascade de coagulation a remis en cause ce modèle[11]. La coagulation s'expliquerait de manière plus conforme à la réalité in vivo en illustrant l'activation transversale, entre les deux voies extrinsèques et intrinsèques, selon plusieurs phases dont les dynamiques sont différentes . Ainsi il paraît plus juste de séparer de manière globale la coagulation par quatre phases : une phase d'initiation, une phase d'amplification, une phase de propagation et une phase de stabilisation.
- Initiation: En cas de brèche, le FXa formé active la thrombine en faible quantité qui ne peut à cette étape cliver le fibrinogène mais qui active à son tour le Facteur V et VIII. Le complexe Facteur tissulaire-Facteur-VIIa -FXa est inhibé par le TFPI.
- Amplification[12]. La thrombine initialement formée active le FVIII, le FV et le FXI. Le FIX peut être activé soit par le FXIa à la surface des plaquettes activées soit par le complexe FT-FVIIa. L'activation du FVIII permet la formation à la surface des plaquettes activées du complexe FVIIIa-FIXa.
- Propagation Le complexe FVIIIa-FIXa permet l'activation du Facteur X à la surface des plaquettes activées. Le Facteur Xa forme avec le facteur Va le complexe prothrombinase sur les plaquettes activées et en présence de calcium. Ce complexe permet de former la thrombine en grande quantité.
- Stabilisation Ce complexe permet la formation de fibrine par dégradation du fibrinogène en monomère de fibrine. A ce stade les monomères de fibrines sont solubles et instables ils s'associent pour former des polymères. Le Facteur XIII activé par la thrombine transforme ces polymères en des composés stable et insolubles. Un réseau se forme qui emprisonne les globules rouge (Thrombus Rouge).
Si par ces présentes descriptions, on se rapproche de la réalité in-vivo, au fil des connaissances les compréhensions de la coagulation s'affinent. Par exemple, le mécanisme de génération du FVIIa fait l'objet de publication en 2019[13].
Régulation de la coagulation
[modifier | modifier le code]Différents mécanismes interviennent pour freiner et pour inverser la coagulation lorsque le caillot n'est plus nécessaire :
| Inhibiteurs de la coagulation | |
|---|---|
| Nom | Fonction |
| Antithrombine | inhibe IIa, Xa |
| Protéine C | inactive Va et VIIIa, vitamine K dépendante |
| Protéine S | cofacteur de la protéine C, vitamine K dépendante |
| Tissue factor pathway inhibitor (TFPI) | inhibe le complexe facteur tissulaire - facteur VIIa et Xa. |
| Inhibiteur dépendant de la protéine Z (ZPI) | inhibe X et XI. |
| Protéine Z | cofacteur de ZPI |
| Heparin cofactor II | inhibe IIa |
Voir la revue[14] d'inhibiteurs physiologiques de la coagulation, d'autres anticoagulants dont oraux (anti- Vitamine K, etc.; usages...).
Fibrinolyse
[modifier | modifier le code]La fibrinolyse marque la fin du processus de coagulation et le retour à une circulation normale.
La fibrinolyse est le processus par lequel la fibrine est dégradée par la plasmine et est ainsi dissoute. La plasmine est activée à partir du plasminogène par le tissue plasminogen activator (tPA) ou l'urokinase. La voie principale est celle du tPA, l'urokinase agit plutôt comme amplificateur de la dégradation du fibrinogène en fibrine et en produit de dégradation de la fibrine (PDF). Il existe des inhibiteurs du processus du fibrinolyse, qui sont le PAI inhibant le tPA et l' α2-antiplasmine neutralisant la plasmine.
Des troubles de la fibrinolyse, par exemple des défauts de fonctionnalités des molécules activatrices ou une augmentation de concentration des inhibiteurs, vont engendrer un état hypercoagulabilité responsable d'un risque de thrombose.
Exploration de la coagulation par les tests de laboratoire
[modifier | modifier le code]Exploration de l’hémostase primaire
[modifier | modifier le code]- Temps de saignement[15]
- Numération des plaquettes
- Dosage du facteur de von Willebrand
Exploration de l’hémostase secondaire
[modifier | modifier le code]- Temps de céphaline activé (APTT, Temps de céphaline kaolin)
- Taux de prothrombine (TP, Temps de Quick, INR)
- Temps de thrombine - Temps de reptilase
- Dosage des facteurs de coagulation et de leurs inhibiteurs (antithrombine, protéine C/S, TFPI)
Troubles de l’hémostase
[modifier | modifier le code]Pathologie de l’hémostase primaire
[modifier | modifier le code]Pathologie de l’hémostase secondaire
[modifier | modifier le code]- Hémophilies
- Déficit en vitamine K[16]
- Insuffisance hépatocellulaire
- les anticorps anti-facteurs
Pathologie des inhibiteurs de la coagulation
[modifier | modifier le code]Facteurs de coagulation
[modifier | modifier le code]| Facteurs de coagulation et substances apparentées | ||
|---|---|---|
| N° | Nom | Fonction |
| I | Fibrinogène | forme des caillots (fibrine) |
| II | Prothrombine | active I, V, VIII, XI, XIII, protéine C, plaquettes. Vitamine K dépendant |
| III | Thromboplastine | cofacteur VIIa |
| IV | Calcium | Activation Thromboplastine, Converti Prothrombine en Thrombine, Activation F III et X[17] |
| V | Proaccélérine | cofacteur X. |
| VI | (accélérine, ancien nom du Facteur Va) | |
| VII | Proconvertine | active IX, X. Vitamine K dépendant |
| VIII | Facteur anti-hémophile A | cofacteur IX |
| IX | Facteur Christmas ou facteur anti-hémophile B | active X. Vitamine K dépendant |
| X | Facteur Stuart-Prower | active II. Vitamine K dépendant |
| XI | Facteur Rosenthal, Antécédent de la thromboplastine plasmatique | active XII, IX et prékallicréine |
| XII | Facteur Hageman | active prékallicréine et fibrinolyse |
| XIII | Facteur stabilisant la fibrine | réticule la fibrine libre |
| Facteur de von Willebrand | lie VIII, intermédiaire de l’adhésion des plaquettes | |
| prékallicréine ou Facteur Fletcher | active XII et prékallicréine ; scinde HMWK | |
| Kininogène de haut poids moléculaire (KHPM) | soutient l’activation réciproque de XII, XI, et prékallicréine | |
| fibronectine | médiateur adhésion cellulaire | |
Notes et références
[modifier | modifier le code]- (en) Hardean E. Achneck, Bantayehu Sileshi, Amar Parikh et Carmelo A. Milano, « Pathophysiology of bleeding and clotting in the cardiac surgery patient: from vascular endothelium to circulatory assist device surface », Circulation, vol. 122, no 20, , p. 2068–2077 (ISSN 1524-4539, PMID 21098468, DOI 10.1161/CIRCULATIONAHA.110.936773, lire en ligne, consulté le ).
- Stéphane Mischler et Mariano Rodriguez Ricard, « Existence globale pour l'équation de Smoluchowski continue non homogène et comportement asymptotique des solutions », Comptes Rendus Mathematique, vol. 336, no 5, , p. 407–412 (ISSN 1631-073X, DOI 10.1016/S1631-073X(03)00070-0, lire en ligne, consulté le ).
- (en) « Definition of Vasoconstriction », sur MedicineNet (consulté le )
- Elsevier Masson, « Physiologie de l'hémostase primaire », sur EM-Consulte (consulté le )
- E. K. Blackburn, J. M. Macfie, J. H. Monaghan et A. P. Page, « Antihaemophilic factor deficiency, capillary defect of von Willebrand type, and idiopathic thrombocytopenia occurring in one family », Journal of Clinical Pathology, vol. 14, , p. 540–542 (ISSN 0021-9746, PMID 13869676, DOI 10.1136/jcp.14.5.540, lire en ligne, consulté le )
- J. H. Wright et G. R. Minot, « THE VISCOUS METAMORPHOSIS OF THE BLOOD PLATELETS », The Journal of Experimental Medicine, vol. 26, no 3, , p. 395–409 (ISSN 0022-1007, PMID 19868158, PMCID 2125779, DOI 10.1084/jem.26.3.395, lire en ligne, consulté le )
- (en) Richard W. Greene et Janet McConaughy, « Effects of thrombin and platelet concentrations and of clot retraction on fibrin strand widths 12 », Journal of Clinical Investigation, vol. 34, no 3, , p. 417–427 (ISSN 0021-9738, PMID 14354011, lire en ligne, consulté le ).
- (en) « Coagulation Cascade », British Medical Journal, vol. 1, no 5393, , p. 1270 (ISSN 0007-1447, PMID 20790164, PMCID 1813988, lire en ligne, consulté le ).
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- pearl, « Déficit en facteur XII », sur Hemophilia (consulté le ).
- (en) Kirk B. Hansen et Shawn C. Shadden, « Automated reduction of blood coagulation models », International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, , e3220 (ISSN 2040-7947, PMID 31161687, DOI 10.1002/cnm.3220, lire en ligne, consulté le ).
- R. J. Travers, S. A. Smith et J. H. Morrissey, « Polyphosphate, platelets, and coagulation », International Journal of Laboratory Hematology, vol. 37 Suppl 1, , p. 31–35 (ISSN 1751-553X, PMID 25976958, PMCID 4435835, DOI 10.1111/ijlh.12349, lire en ligne, consulté le )
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- [1]
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- « Carence en vitamine K - Définition du mot Carence en vitamine K », sur Doctissimo (consulté le ).
- (en-US) « blood coagulation factors and interpretations », (consulté le )
