Fiche de révision : Globule rouge et hémoglobine

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques et membrane érythrocytaires
2. Structure et diversité de l’hémoglobine
3. Biosynthèse et génétique de l’hémoglobine
4. Métabolisme énergétique du globule rouge
5. Transport des gaz respiratoires
6. Catabolisme et étude du globule rouge
7. Hématocrite et indices érythrocytaires
8. Frottis et anomalies morphologiques
9. Réticulocytes et étude des hémoglobines
10. Exploration du bilan martial
11. Enzymes et propriétés des globules rouges

📖 1. Caractéristiques et membrane érythrocytaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Globule rouge : Cellule anucléée, en disque biconcave et très flexible, qui transporte l’O₂ des poumons aux tissus et le CO₂ en sens inverse.

★ À maîtriser

• La membrane érythrocytaire est composée de 40 % de lipides, 8 % de glucides et 52 % de protéines.

• Les lipides membranaires comprennent 54 % de phospholipides, 43 % de cholestérol non estérifié et 3 % de glycolipides.

Compléments

• Le globule rouge adulte ne contient ni mitochondries ni ribosomes et ne peut synthétiser ni lipides ni nouvelles protéines.

• Le globule rouge est principalement constitué de :

  • eau
  • hémoglobine
  • enzymes
  • ions potassium, sodium, chlorure et magnésium

• Les sphingomyélines et phosphatidylcholines se trouvent sur la couche externe, tandis que les phosphatidyléthanolamines et phosphatidylsérines se trouvent sur la couche interne des phospholipides.

• Le globoside est le principal glycolipide de la membrane érythrocytaire, se situe sur sa couche externe et participe à l’activité antigénique des groupes sanguins.

• Les protéines extrinsèques tapissent la face interne de la bicouche et forment le squelette membranaire avec la spectrine, l’actine et la protéine 4.1.

• Les protéines transmembranaires comprennent la bande 3 et les glycophorines, tandis que l’ankyrine est une protéine d’ancrage.

📖 2. Structure et diversité de l’hémoglobine

🔑 Notions clés & Définitions

• Hémoglobine : Chromoprotéine porphyrinique contenant du fer, constituée d’une fraction protéique, la globine, et d’un groupement prosthétique, l’hème.

• Hème : Ferro-protoporphyrine de type IX formée de quatre noyaux pyrroles reliés par des ponts méthényles et centrés sur un atome de fer.

★ À maîtriser

📌 Le fer de l’hémoglobine est sous forme Fe²⁺ dans la désoxyhémoglobine, l’HbO₂ et l’HbCO, mais sous forme Fe³⁺ dans la méthémoglobine et les hémichromes.

Compléments

• L’hémoglobine transporte l’oxygène et compense sa faible solubilité dans l’eau.

• L’hème porte huit chaînes latérales : quatre méthyles, deux vinyles, deux propionyles

• Les chaînes de globine humaines sont :
  • les chaînes α
  • les chaînes β
  • les chaînes γ
  • les chaînes δ
  • les chaînes ε
  • les chaînes ζ

• L’hémoglobine est un dimère de protomères αβ, formé de α₁β₁ et α₂β₂ reliés symétriquement par un axe de rotation moléculaire.

📖 3. Biosynthèse et génétique de l’hémoglobine

★ À maîtriser

• La synthèse de l’hème s’effectue indépendamment de celle de la globine, certaines étapes ayant lieu dans les mitochondries et d’autres dans le cytosol, puis l’hème s’associe aux chaînes polypeptidiques néosynthétisées.

• Les hémoglobines normales embryonnaires sont :

  • Hb Gower 1 (ζ₂ε₂)
  • Hb Gower 2 (α₂ε₂)
  • Hb Portland (ζ₂γ₂)

• L’Hb F (α₂γ₂) constitue 90 % de l’hémoglobine fœtale, tandis que l’Hb A (α₂β₂) y est synthétisée à un taux de 5 à 10 %.

• Chez l’adulte, l’Hb A (α₂β₂) représente 97 %, l’Hb A₂ (α₂δ₂) 2,5 % et l’Hb F (α₂γ₂) moins de 1 %.

Compléments

• Les gènes de type α se trouvent à l’extrémité du bras court du chromosome 16 et comprennent trois gènes fonctionnels (ζ, α₁, α₂) et trois pseudogènes (Ψζ, Ψα₁, Ψα₂).

• Les gènes de type β se trouvent à l’extrémité distale du bras court du chromosome 11 et comprennent cinq gènes fonctionnels (ε, Gγ, Aγ, β, δ) et un pseudogène (Ψβ).

• Les gènes de type α sont organisés de 5′ en 3′ selon leur ordre d’expression au cours du développement, avec ζ exprimé au stade embryonnaire puis α₁ et α₂ aux stades fœtal et adulte.

📖 4. Métabolisme énergétique du globule rouge

★ À maîtriser

• Le globule rouge a besoin d’énergie pour : maintenir le fer à l’état Fe²⁺, faire fonctionner la pompe Na-K, conserver à l’état réduit les radicaux SH des enzymes et des protéines membranaires

• Le glucose du globule rouge est catabolisé par la glycolyse anaérobie d’Embden-Meyerhof (90 à 95 %) et par la voie des pentoses ou des hexoses phosphates (5 à 10 %).

• La glycolyse d’Embden-Meyerhof fournit de l’ATP et du NADH.

Compléments

• La glycolyse d’Embden-Meyerhof dégrade le glucose en acide lactique grâce à l’hexokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase.

• L’ATP permet le fonctionnement des pompes à sodium et l’entrée dans le globule rouge du cholestérol, des phospholipides et des acides gras provenant du plasma.

• Le NADH permet la réduction de la méthémoglobine en hémoglobine fonctionnelle par l’intermédiaire d’une méthémoglobine réductase.

• Le 2,3-diphosphoglycérate se fixe dans la cavité centrale de l’hémoglobine et joue un rôle important dans la distribution de l’oxygène aux tissus.

• Le globule rouge lutte contre les peroxydes grâce à :
  • la glutathion réductase
  • la glutathion peroxydase
  • la glucose-6-phosphate déshydrogénase

📖 5. Transport des gaz respiratoires

🔑 Notions clés & Définitions

• P50 : Pression partielle en O₂ à laquelle coexistent 50 % de formes oxygénées et 50 % de formes désoxygénées de l’hémoglobine.

★ À maîtriser

• 98,5 % de l’oxygène sanguin est combiné, tandis que la faible part restante contribue à assurer la pO₂.

• Chaque atome de fer fixe une molécule d’oxygène et 1 g d’hémoglobine transporte au maximum 1,34 ml d’O₂ lorsque la saturation est totale.

• Le CO₂ est transporté à 5 % sous forme dissoute, à 70 % sous forme de bicarbonate et à 25 % sous forme liée à l’hémoglobine.

Compléments

• La courbe de saturation de l’hémoglobine en fonction de la pO₂ est sigmoïde.

• À une pO₂ voisine de 100 mmHg, correspondant à la pression alvéolaire, l’hémoglobine est saturée à environ 97,5 %.

• Dans les tissus, à une pO₂ voisine de 35 mmHg, l’hémoglobine est saturée à environ 70 %.

• Dans les globules rouges, le CO₂ réagit avec l’eau pour former du bicarbonate et des ions H⁺ ; le bicarbonate est libéré dans le plasma tandis que les ions H⁺ sont retenus par l’hémoglobine désoxygénée.

• Le CO₂ se lie aux groupements aminés de la globine pour former la carbaminohémoglobine.

📖 6. Catabolisme et étude du globule rouge

★ À maîtriser

• À l’âge de 120 jours, les globules rouges sont phagocytés par les cellules du système réticulohistiocytaire, notamment les macrophages et les monocytes.

• La phagocytose physiologique des globules rouges a lieu dans la rate, le foie et la moelle osseuse, la rate étant son principal emplacement.

• La détermination de la NFS peut être réalisée par des méthodes automatisées ou manuelles.

• Le nombre de globules rouges de référence est de 4,5 à 5,5 × 10¹²/L chez l’homme et de 3,8 à 5,0 × 10¹²/L chez la femme.

• Les valeurs de référence de l’hémoglobine sont de 13 à 18 g/dl chez l’homme, de 12 à 16 g/dl chez la femme et de 11,5 à 14 g/dl chez l’enfant.

Compléments

• 🔄 Lors du catabolisme de l’hémoglobine, :

  1. l’hème est transformé en biliverdine
  2. la biliverdine est transformée en bilirubine
  3. la globine et le fer sont également libérés

• La méthode de Drabkin oxyde l’hémoglobine contenant du Fe²⁺ en méthémoglobine contenant du Fe³⁺, puis le cyanure de potassium transforme celle-ci en cyanméthémoglobine, dosée par spectrophotométrie à 540 nm.

💡 Astuce mémo

Hémoglobine → hème → biliverdine → bilirubine

📖 7. Hématocrite et indices érythrocytaires

★ À maîtriser

• L’hématocrite se mesure directement par macro-méthode avec des tubes de Wintrobe ou par micro-méthode avec des tubes capillaires, ou indirectement à partir du VGM et de la numération des érythrocytes.

• Les valeurs de référence de l’hématocrite sont de 41–53 % chez l’homme et de 36–46 % chez la femme.

• Le VGM correspond au volume corpusculaire moyen, s’exprime en femtolitres (fl) ou en μm³ et a une valeur de référence de 80–97 fl.

• La TCMH correspond à la teneur corpusculaire moyenne en hémoglobine, s’exprime en picogrammes (pg) et a une valeur de référence de 26–34 pg.

📐 Formule - L’IDR est calculé selon $\mathrm{RDW}=\frac{\text{écart-type des GR}}{\mathrm{VGM}}\times100$ ; sa valeur de référence est de 12–14, et son augmentation indique une anisocytose.

Compléments

• La CCMH correspond à la concentration corpusculaire moyenne de l’hémoglobine et sa valeur de référence est de 32–34 g/100 ml.

• Les seuils pathologiques indiqués sont une hémoglobine inférieure à 13 chez l’homme ou à 12 chez la femme, un VGM supérieur à 97 fl pour la macrocytose ou inférieur à 80 fl pour la microcytose, une TCMH inférieure à 26 pg ou une CCMH inférieure à 32 g/100 ml pour l’hypochromie, et un IDR supérieur à 14 pour l’anisocytose.

📖 8. Frottis et anomalies morphologiques

★ À maîtriser

• Le frottis sanguin est préparé par étalement mince d’une goutte de sang sur une lame, coloré au May-Grünwald-Giemsa, puis observé au microscope avec un objectif à immersion.

• Un globule rouge normal est anucléé, mesure 7,2–7,5 μm de diamètre et forme un disque biconcave arrondi dont la pâleur centrale occupe un tiers du diamètre cellulaire.

📌 La microcytose correspond à un VGM diminué et s’observe notamment dans l’anémie ferriprive, la thalassémie et l’anémie sidéroblastique, tandis que la macrocytose correspond à un VGM augmenté et s’observe notamment lors d’un déficit en vitamine B12 ou en acide folique et dans le syndrome myélodysplasique.

Compléments

• Les sphérocytes sont de petits globules rouges sans zone claire centrale, observés notamment dans la sphérocytose héréditaire, les anémies hémolytiques auto-immunes et l’absence d’antigène Rh.

• Les stomatocytes présentent une dépression centrale rectiligne et sont caractéristiques de la stomatocytose héréditaire.

• Les elliptocytes sont des globules rouges elliptiques ; un taux supérieur à 20 est indiqué dans l’elliptocytose héréditaire, tandis qu’ils sont peu nombreux dans la thalassémie et l’anémie ferriprive.

• Les dacryocytes ont une forme de larme ou de poire et sont associés à la fibrose médullaire ; les drépanocytes ont une forme de faucille et sont associés à la drépanocytose homozygote.

• Les hématies en cible, ou codocytes, ont un centre coloré entouré d’une zone claire puis d’une zone périphérique colorée et sont observées dans les thalassémies et les hémoglobinoses E et C.

• Les échinocytes portent des spicules courts et réguliers et peuvent être associés à un déficit en enzymes de la glycolyse, notamment en pyruvate kinase, tandis que les acanthocytes portent quelques spicules irréguliers et sont associés à l’abêtalipoprotéinémie et aux maladies neurodégénératives.

• Les schizocytes sont des globules rouges fragmentés, observés notamment dans le syndrome hémolytique et urémique de l’enfant, en présence d’une prothèse valvulaire ou lors d’une dialyse.

📌 Les hématies fantômes sont totalement dépourvues de contenu, tandis que les semi-fantômes sont partiellement vidées ; ces formes sont associées au déficit en G6PD et aux hémoglobinopathies.

• Les hématies mordues sont amputées d’une portion semi-circulaire et sont associées au déficit en G6PD ou à une hémoglobine instable.

• La poïkilocytose correspond à la présence de globules rouges de formes variées et s’observe notamment dans le syndrome myélodysplasique et les thalassémies ; les kératocytes présentent deux pointes ou spicules, avec un aspect cornu ou en casque, et sont associés notamment à l’anémie ferriprive, à la coagulation intravasculaire disséminée, aux prothèses valvulaires cardiaques et à l’insuffisance rénale sévère.

• L’anisochromie désigne une intensité variable de coloration des globules rouges, l’hypochromie la présence de globules rouges pâles et la polychromatophilie des globules rouges bleu-gris, un peu plus grands, correspondant aux réticulocytes.

• Les inclusions décrites comprennent :

  • Les corps de Jolly, restes sphériques de chromatine nucléaire associés notamment à la splénectomie
  • Les ponctuations basophiles, granulations bleues associées notamment à l’intoxication au plomb
  • Les cristaux d’hémoglobine C, dus à la condensation d’Hb C
  • Les cristaux de porphyrines, bâtonnets rouge foncé associés à des déficits enzymatiques de synthèse de l’hème
  • Les corps de Pappenheimer, granules contenant du fer associés aux anémies sidéroblastiques

📖 9. Réticulocytes et étude des hémoglobines

★ À maîtriser

• La valeur normale des réticulocytes est de 20–80 G/l ; un taux supérieur à 120 G/l indique une anémie régénérative et un taux inférieur à 120 G/l une anémie arégénérative.

• L’électrophorèse de l’hémoglobine sépare et analyse qualitativement les hémoglobines normales A et A2 et détecte notamment les hémoglobines anormales S, D, C et E.

Compléments

• Le décompte des réticulocytes repose sur la précipitation de leurs ribosomes par un colorant vital, comme le bleu de crésyl brillant, sous forme d’une substance granulofilamenteuse visible au microscope.

• La migration dépend de :

  • La charge de l’hémoglobine
  • La taille de la molécule
  • La force ionique
  • Le pH
  • Le tampon
  • La nature du support

• Le dosage de l’hémoglobine F par dénaturation aux alcalins repose sur sa résistance à la dénaturation par une solution alcaline ; chez l’adulte, elle est augmentée dans la bêta-thalassémie majeure, où elle atteint 70–90 %, et dans la persistance héréditaire de l’Hb F.

• Le métabisulfite de sodium provoque la falciformation des hématies contenant de l’hémoglobine S, peu soluble à l’état désoxygéné, mais pas des hématies contenant uniquement de l’hémoglobine C.

📖 10. Exploration du bilan martial

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité totale de fixation : La capacité totale de fixation de la transferrine est la quantité maximale de fer que la transferrine peut transporter ; elle se calcule par $\mathrm{CTF}\,(\mu mol/l)=\mathrm{Tf}\,(g/l)\times25$ ou $\mathrm{CTF}\,(mg/l)=\mathrm{Tf}\,(g/l)\times1{,}4$.

★ À maîtriser

• Le dosage colorimétrique du fer sérique libère le fer de la transferrine en milieu acide, réduit le Fe3+ en Fe2+ par un agent réducteur, forme un complexe coloré avec la ferrozine, puis mesure l’absorbance à 550 nm.

📐 Formule - Le coefficient de saturation de la transferrine est calculé par $\mathrm{CS}=\frac{\text{fer sérique}}{\mathrm{CTF}}\times100$.

Compléments

• Les valeurs de référence du fer sérique sont de 0,60–1,60 mg/l chez l’homme et de 0,37–1,45 mg/l chez la femme.

• Le dosage préconisé de la transferrine se fait par immunoprécipitation en milieu liquide, notamment par immunonéphélémétrie ou immunoturbidimétrie, avec formation d’un précipité en présence d’un antisérum spécifique anti-transferrine.

• Les valeurs de référence indiquées sont de 2–3,6 g/l pour la transferrine, de 1,7–5 mg/l pour la CTF et, pour le coefficient de saturation, de 20–40 % chez l’homme et de 15–35 % chez la femme.

• Les techniques de dosage de la ferritine sérique comprennent :

  • Les méthodes immuno-enzymatiques ou fluoro-enzymo-immunométriques
  • Les méthodes immunométriques chimiluminescentes en phase hétérogène
  • Les méthodes immunoturbidimétriques

📖 11. Enzymes et propriétés des globules rouges

★ À maîtriser

• La fragilité osmotique évalue la résistance des globules rouges à des solutions de pression osmotique décroissante ; l’hémolyse initiale normale survient à 0,45–0,50 % et l’hémolyse totale à 0,25–0,35 %.

📌 La fragilité osmotique est augmentée dans la sphérocytose, l’elliptocytose et la stomatocytose, tandis qu’elle est diminuée après splénectomie et dans la thalassémie.

• L’ektacytomètre mesure la déformabilité des globules rouges soumis à une force de cisaillement constante produite par un viscosimètre de Couette, pendant que l’osmolarité du milieu varie ; les cellules circulent devant un laser, diffractent sa lumière et le signal est converti en indice de déformabilité enregistré selon le gradient osmolaire.

Compléments

• L’activité de la G6PD est dosée par spectrophotométrie en suivant en ultraviolet l’augmentation de la densité optique associée à la production de NADPH,H+ à partir du NADP+.

• La pyruvate kinase catalyse la phosphorylation de l’ADP en ATP par le phosphoénolpyruvate, puis le pyruvate formé est transformé en lactate par la LDH, qui oxyde simultanément le NADH en NAD.

• L’électrophorèse des protéines membranaires des globules rouges en gel de polyacrylamide met en évidence l’absence ou la diminution de la bande correspondant à une protéine déficitaire, ou une bande de migration anormale ; les anomalies fréquentes sont les déficits en ankyrine (65 % des cas), en spectrine et en protéine 4.2.