Nouvelle approche physiologique de l’hémostase

L’hémostase est un mécanisme de protection essentiel qui dépend d’un délicat équilibre entre les processus procoagulants et anticoagulants. Ces phénomènes ont été modélisés in vitro sous le terme de cascade de la coagulation différenciant les voies intrinsèque, extrinsèque et commune. Ce modèle élude les phénomènes environnementaux et cellulaires de la coagulation et ne paraît pas décrire les interactions in vivo. Un modèle fondé sur les cellules de la coagulation sanguine et l’implication du réseau complexe des facteurs protéiques semble plus approprié. Il fait en effet intervenir un grand nombre de cellules (endothéliales, extravasculaires et thrombocytes) et de facteurs protéiques qui incluent les précurseurs inactifs, convertis en enzymes actives, les protéines de régulation (cofacteurs) et les inhibiteurs qui agissent par divers mécanismes. L’étude physiologique de l’hémostase éclaire sur les tests diagnostiques permettant son exploration et l’utilisation des modificateurs de l’hémostase.

PHYSIOLOGIE DE L’HÉMOSTASE

À l’état normal, les cellules impliquées dans l’hémostase sont au repos et les facteurs de la coagulation circulent sous forme inactive, ce qui empêche la coagulation. L’exposition des composants extracellulaires, secondaire à une lésion vasculaire, déclenche la cascade explosive de la coagulation incluant des activations cellulaires, des changements de propriétés membranaires et des activations enzymatiques pour aboutir à la formation du caillot [⁶].

1. Cellules de l’hémostase

Trombocythes

Les thrombocytes constituent la première ligne de défense lors de lésion vasculaire : elles sont essentielles à la coagulation, à la maintenance de l’intégrité vasculaire et au contrôle de l’hémostase. Les thrombocytes sont fabriqués par les mégacaryocytes, à raison de 2 000 à 8 000 toutes les 12 heures, chaque mégacaryocyte étant capable de générer plusieurs milliers de thrombocytes dans la moelle osseuse (accessoirement la rate, le foie et les poumons) sous la principale influence de la thrombopoïétine, mais aussi de nombreuses autres cytokines et des facteurs de croissance. Chez les mammifères, ils sont petits et anucléés (^photo). Environ 30 % de la masse plaquettaire circulante est séquestrée dans la rate. Les thrombocytes circulent environ 5 à 9 jours (selon les espèces), puis sont détruits par les macrophages dans la rate ou le foie. La population plaquettaire est régulée d’abord en masse plutôt qu’en nombre [⁵].

Les thrombocytes possèdent des récepteurs membranaires qui permettent une communication avec leur environnement via de nombreuses molécules (ions, protéines, nucléotides et phospholipides). Ces phénomènes conduisent, par des modifications membranaires importantes et l’expression de récepteurs, à l’adhésion moléculaire, à l’agrégation, à la sécrétion et à la libération des granules cytoplasmiques et à l’action procoagulante [²]. Les thrombocytes activés peuvent exprimer le facteur tissulaire à leur surface, ce qui contribue à augmenter leurs fonctions procoagulantes [¹]. Les thrombocytes offrent donc une première surface membranaire à la génération de thrombine, permettant la formation du clou plaquettaire [⁶]. Ils participent également à la réparation et à la cicatrisation, ainsi qu’aux phénomènes inflammatoires (^{figure 1}).

Cellules endothéliales

L’endothélium, jadis considéré comme une barrière inactive entre le sang et les tissus sous-endothéliaux, est maintenant reconnu comme un organe hautement actif, possédant une grande variété de fonctions : régulation de la coagulation et de la fibrinolyse, contrôle local de la tension vasculaire, régulation de la pression vasculaire systémique, interaction avec le métabolisme lipoprotéique, production de l’enzyme de conversion de l’angiotensine, présentation aux antigènes d’histocompatibilité et interaction avec les leucocytes [⁶].

Non activées, les cellules endothéliales ont des propriétés anticoagulantes grâce à l’expression de protéines à leur surface (dont la thrombomoduline et des protéoglycanes à sulfate d’héparane) et à la neutralité de leur membrane (^{figure 2}). Cependant, elles possèdent des propriétés prothrombotiques, notamment des granules contenant le facteur VW, qui joue un rôle dans l’adhésion et l’agrégation plaquettaires. Elles expriment une protéine G couplée à un récepteur de la thrombine qui, lorsqu’il est activé, initie une série d’événements procoagulants et pro-inflammatoires.

En outre, elles synthétisent du monoxyde d’azote (NO) en réponse à une grande variété de stimuli : thrombine, histamine, adénosine triphosphate (ATP), bradykinine et acétylcholine. Le NO inhibe l’activation des thrombocytes et provoque une vasodilatation [⁶].

Cellules exprimant le facteur tissulaire

Les cellules exprimant le facteur tissulaire semblent être le principal déclencheur de la coagulation in vivo. Elles se situent normalement hors du système vasculaire, sur l’adventice, la peau, les muqueuses ou les capsules des organes. Dans des conditions pathologiques, les leucocytes, les cellules endothéliales ou les cellules néoplasiques peuvent exprimer le facteur tissulaire [⁶].

Rôle des membranes cellulaires dans l’hémostase

Toutes les membranes cellulaires sont des bicouches lipidiques (cholestérol et phospholipides) portant des protéines de surface. À l’état physiologique, les cellules n’expriment pas les phospholipides procoagulants à l’extérieur de leur membrane. La capacité des cellules à contrôler la composition de leur membrane constitue une puissante méthode de localisation des réactions de coagulation. Ce mécanisme d’activation membranaire, non encore totalement identifié, fait intervenir les phosphatidylsérines. À la zone lésée, les cellules extériorisent ces protéines et produisent de la thrombine [⁶].

2. Facteurs de l’hémostase

La cascade de la coagulation consiste en une série de réactions enzymatiques qui aboutissent à la formation du caillot. Les précurseurs (nommés de XIII à I) circulent dans le sang sous forme inactive et sont activés par protéolyse pour donner les enzymes actives (nommées de XIIIa à Ia). Le facteur tissulaire (ou F III) est la seule protéine de la coagulation à être en permanence attachée à la membrane cellulaire. Chaque cascade est initiée une fois le complexe enzymatique lié à son substrat. Le substrat est alors clivé et génère la suite de la série enzymatique. Dans beaucoup de cas, un feedback positif amplifie la formation d’enzymes en aval à partir d’une quantité minimale d’enzymes en amont.

La production de la thrombine (F IIa), à partir de prothrombine (F II), se réalise au niveau de la brèche vasculaire, à partir des autres précurseurs et grâce aux modifications membranaires des thrombocytes et des cellules endothéliales (^{figure 3}). La thrombine est la dernière protéase de la coagulation responsable de la formation de la fibrine (F I). La polymérisation spontanée de multiples molécules de fibrine conduit à la formation d’un gel insoluble. La thrombine joue un rôle de feedback positif : elle active un certain nombre de protéases et de cofacteurs qui influencent la quantité et la vitesse de la génération de thrombine, ainsi que la formation et la dégradation de la fibrine. La thrombine participe également à l’activation plaquettaire en se fixant sur des récepteurs membranaires, couplés à une protéine G. Ces récepteurs existent également sur les cellules endothéliales, les cellules des muscles lisses, les leucocytes et autres types cellulaires [⁶].

3. Inhibiteurs de l’hémostase

À chaque étape de l’hémostase, des inhibiteurs enzymatiques en aval produisent un feedback négatif en amont de la cascade : inhibiteur du facteur tissulaire (tissue factor pathway inhibitor, TFPI), antithrombine III et protéine C notamment. La génération du caillot sanguin est contrôlée par des phénomènes complexes et réciproques de déclenchement, d’amplification et d’inhibition [⁶].

4. Voies de la coagulation

Anciennement, la coagulation sanguine était scindée en deux phases, hémostases primaire et secondaire, elles-mêmes séparées en deux voies, intrinsèque et extrinsèque. La voie extrinsèque consiste en la formation du facteur Xa par le complexe du facteur tissulaire et du facteur VIIa. Cette appellation extrinsèque naît du fait que le facteur tissulaire (protéine cellulaire, extravasculaire) nécessite un déclencheur de la coagulation.

La voie intrinsèque consiste en l’activation du facteur XII par une cascade enzymatique. Cette voie semble “intrinsèque” au sang car elle ne paraît pas nécessiter de déclencheur extracellulaire. La voie commune aboutit à la formation de la fibrine depuis la thrombine.

Cette classification, obsolète, éprouvée in vitro, ne semble pas réaliste in vivo car elle ne fait pas état des différentes enzymes, des feedback des profacteurs sur les cofacteurs et des mécanismes cellulaires au cours desquels les thrombocytes jouent un rôle majeur [⁶].

5. Modèle cellulaire de la formation de thrombine

Les connaissances actuelles sur l’hémostase in vivo intègrent le rôle de cellules dans la cascade de formation de la thrombine (^{figure 4}) [³, ⁶].

Initiation

Il est actuellement établi que le facteur tissulaire est le seul initiateur de la coagulation in vivo. Les cellules présentatrices du facteur tissulaire sont généralement extravasculaires (les monocytes circulants expriment un facteur tissulaire inactif), ce qui prévient à l’état normal l’initiation de la coagulation.

Cette phase commence lors d’une exposition du facteur tissulaire au flux sanguin circulatoire. Il en résulte la formation d’une petite quantité de facteur XIa et de thrombine qui diffuse depuis la surface des cellules exprimant le facteur tissulaire jusqu’aux thrombocytes.

Amplification

Lors de la phase d’amplification, la petite quantité de thrombine formée active les thrombocytes qui relarguent le facteur Von Willebrand et conduit à la formation des formes activées des facteurs V, VII et XI. Le facteur VIIa n’est pas produit dans la phase d’amplification, mais intervient dans la phase d’initiation.

La liaison de la thrombine au récepteur de surface plaquettaire induit des changements de la surface de ces thrombocytes, notamment de forme, et un remaniement des phospholipides membranaires pour créer une surface membranaire procoagulante. Elle entraîne la libération de granules qui contiennent des facteurs d’activation et du calcium. Le calcium induit l’externalisation de la membrane et le regroupement des phosphatidylsérines qui permettent les liaisons entre les protéines de la coagulation. Il influence la structure du caillot fibrineux.

Propagation

La libération des granules plaquettaires recrute des thrombocytes supplémentaires sur le site de la lésion. La propagation se passe à la surface de ces thrombocytes par des interactions entre les cellules qui conduisent à l’agrégation plaquettaire. Les facteurs IX, VIII et XI activés au cours de la phase d’amplification se lient ensemble à la surface des thrombocytes, ce qui permet le clivage de la prothrombine en thrombine. La thrombine ainsi formée induit le clivage du fibrinogène en fibrine et la formation du caillot.

Fibrinolyse

Le caillot de fibrine prévient l’hémorragie, mais doit être dissous pour restaurer le flux sanguin. Le système fibrinolytique est normalement quiescent grâce à une relative abondance d’inhibiteurs de la fibrinolyse et à la nécessité de la fibrine comme cofacteur de ces processus. Les facteurs de la fibrinolyse, outre la fonction de lyse du caillot fibrineux, assurent également la réparation tissulaire grâce à l’adhésion, à la migration et à la prolifération cellulaires [⁶].

6. Hémostase et inflammation : deux systèmes imbriqués

Les récentes découvertes démontrent une étroite relation entre les systèmes inflammatoire et hémostatique, qui peut être à l’origine d’une activation inappropriée de l’hémostase lors d’inflammation systémique.

Un certain nombre de facteurs de la coagulation activés agissent sur le complément, la production de granulocytes neutrophiles et de monocytes et la libération de cytokines inflammatoires. Ces facteurs possèdent des effets sur l’adhésion cellulaire, la prolifération et l’apoptose. En particulier, la thrombine dispose de propriétés chimiostatiques sur les macrophages et les neutrophiles. Elle stimule l’adhésion des neutrophiles sur les cellules endothéliales, la production du facteur d’activation plaquettaire et de cytokines.

À l’inverse, les médiateurs de l’inflammation, dont les composants du système du complément, induisent des modifications des phospholipides membranaires à l’origine de l’expression de substances procoagulantes. Les cytokines inflammatoires modifient l’expression de certains facteurs qui s’en trouvent stimulés ou diminués. Elles induisent aussi l’expression du facteur tissulaire sur des cellules qui ne l’expriment pas normalement, ce qui diminue l’activité anticoagulante [⁴, ⁶].

Conclusion

Les données actuelles sur l’hémostase montrent le rôle central et actif des thrombocytes et des cellules (endothéliales, leucocytaires, néoplasiques) dans la genèse du caillot sanguin. Les facteurs hémostatiques génèrent des actions en aval, mais également en amont de la cascade de la coagulation, avec des interventions multiples d’accélération et de ralentissement du processus. Parmi ceux-ci, la thrombine a également une place centrale.

Références

• 1. Boudreaux MK, Catalfamo JL. Platelet biochemistry, signal transduction, and function. In: Weiss DJ, Wardrops KJ. Schalm’s Veterinary Hematology. 6^th ed. 2010;(76):569-575.
• 2. Boudreaux MK. Platelet structure. In: Weiss DJ, Wardrops KJ. Schalm’s Veterinary Hematology. 6^th ed. 2010:561-568.
• 3. McMichael M. New models of hemostasis. Top. Companion Anim. Med. 2012;27(2):40-45.
• 4. O’Brien M. The reciprocal relationship between inflammation and coagulation.Top. Companion Anim. Med. 2012;27(2):46-52.
• 5. Russell KE. Platelet kinetics and laboratory evaluation of thrombocytopenia. In: Weiss DJ, Wardrops KJ. Schalm’s Veterinary Hematology. 6^th ed. 2010:576-585.
• 6. Smith SA. Overview of hemostasis. In: Weiss DJ, Wardrops KJ. Schalm’s Veterinary Hematology. 6^th ed. 2010:635-653.