La coagulation

La coagulation
L’hémostase obtenue par le clou plaquettaire est fragile et temporaire, et doit être
consolidée par la génération d’un réseau protéique qui réalise ainsi une hémostase
permanente.
Il s’agit du processus de coagulation du plasma sanguin aboutissant à la transformation du
fibrinogène plasmatique circulant soluble en fibrine insoluble enserrant le clou plaquettaire
par le biais d’une série de réactions enzymatiques dont le contrôle continu permet une
restriction locale sans diffusion à distance de la zone lésionnelle.
Le processus central de la coagulation est la génération de la molécule de thrombine,
enzyme clé de la coagulation, permettant la transformation du fibrinogène en fibrine et
assurant la rétroactivation et l’amplification des différentes étapes tant de la coagulation
que de l’hémostase primaire. Les deux phénomènes (hémostase primaire et coagulation)
se complètent, les facteurs produits par chacun des deux sont nécessaires à l'autre.
A – Les acteurs de la coagulation
Comme pour le processus d'hémostase primaire, le processus de coagulation met en jeu
des éléments cellulaires et non cellulaires.
➢ Les éléments cellulaires
Les cellules endothéliales et les monocytes, après stimulation, peuvent exprimer à
leur surface le facteur tissulaire (FT) qui est l'élément déclenchant majeur de la
coagulation.
Lorsque les plaquettes sont activées, les phospholipides anioniques membranaires
sont externalisés et constituent une surface catalytique pour l'activation enzymatique des
facteurs de la coagulation. Au cours de l’activation plaquettaire, la membrane subit des
modifications qui lui confèrent un pouvoir catalytique (FP3). Le calcium est nécessaire à
toutes les étapes d'activation enzymatique de la coagulation, exceptée celle du facteur
contact (facteur XII).
Les fibroblastes sont également capables d'exprimer le FT et de synthétiser tout comme
les cellules musculaires de nombreux facteurs impliqués dans la coagulation.
➢ Les éléments non celullaires: les facteurs de la coagulation et leurs inhibiteurs
On distingue trois groupes différents de facteurs de la coagulation: les protéines à activité
enzymatique, les protéines dénuées d’activité enzymatique mais servant de cofacteurs et
les protéines ayant un rôle de substrat.
Elles sont au nombre de 12. Elles ont chacune un nom usuel. Un numéro en chiffre romain
leur a été attribué selon la nomenclature internationale. Il existe deux formes: une forme
non active (exemple facteur II: prothrombine) et une forme activée, désignée par son
numéro suivi du suffixe « a » (exemple facteur IIa: thrombine).
Facteur
Nom
I
fibrinogène => I a : fibrine
II
prothrombine => II a : thrombine
V
proaccélérine
VII
proconvertine
VIII
facteur anti-hémophilique A
IX
facteur anti-hémophilique B
X
facteur stuart
XI
facteur Rosenthal
XII
facteur Hageman
XIII
facteur stabilisant la fibrine
PK
prékallicréine
KHPM
kininogène de haut poids moléculaire
Les facteurs de la coagulation sont synthétisés au niveau du foie par l’hépatocyte, ce qui
explique les désordres hémorragiques chez les cirrhotiques ou les personnes atteintes
d'une insuffisance hépatocellulaire. Le FVIII fait exception à cette règle : son taux reste
normal ou augmenté.
Chaque facteur de la coagulation est défini par son activité coagulante évaluée par des
tests in vitro de la coagulation, et par son activité antigénique évaluée par le dosage de la
protéine.
Un défaut fonctionnel se traduit ainsi par une diminution de l’activité coagulante avec
conservation de l’activité antigénique.
Les précurseurs enzymatiques
Les facteurs vitamine K-dépendants (PPSB) II, VII, IX, X d’une part, et les facteurs
contacts XI, XII, prékallicréine d’autre part, circulent dans le plasma sous la forme d’un
précurseur enzymatique inactif, ou proenzyme.
Le facteur activé a la capacité d’activer par hydrolyse un autre facteur dans une véritable
cascade enzymatique.
La vitamine K est nécessaire à l’acquisition des propriétés fonctionnelles des facteurs II,
VII, IX et X dénommés ainsi facteurs vitamine K-dépendants.
Le rôle de la vitamine K consiste à un processus de carboxylation qui est nécessaire à la
fixation du calcium, véritable pont entre la chaîne polypeptidique et la surface
phospholipidique plaquettaire ou tissulaire.
Un patient porteur d'une avitaminose K ou recevant un traitement appelé antivitamine K
aura une diminution de synthèse de ces facteurs.
Les facteurs contacts (FXI, FXII, prékallicréine), dont la synthèse ne dépend pas de la
vitamine K, sont essentiellement définis par leur rôle dans le développement de la
coagulation du plasma in vitro. Leur activation est déclenchée par le contact avec une
surface non mouillable (verre du tube par exemple).
Il semble que leur rôle dans l’hémostase physiologique soit mineur, et, bien que leur déficit
congénital perturbe grandement les tests de coagulation, les sujets atteints ne présentent
pas de manifestations hémorragiques.
En revanche, les facteurs contacts participent aux processus de la fibrinolyse et de
l’inflammation, tous deux étroitement reliés au système de la coagulation.
Les cofacteurs : facteurs V et VIII
Le FV et le FVIII sont dépourvus d’activité enzymatique mais accélèrent les réactions
entre une enzyme et son substrat, d’où leur nom de cofacteurs.
Ils sont activés par la thrombine (Va et VIIIa) qui réalise une hydrolyse partielle des
molécules, démasquant ainsi les sites de liaison du cofacteur à l’enzyme et à son substrat.
Les facteurs Va et VIIIa ont donc un rôle de potentialisateur des interactions enzymatiques
et interviennent respectivement au sein de deux complexes enzymatiques de la cascade
de la coagulation, le complexe tenase (VIIIa) et le complexe prothrombinase (Va).
Ces facteurs ne sont pas vitamine-K dépendants et sont synthétisés dans l’hépatocyte.
Le facteur VIII, ou facteur antihémophilique A, circule dans le plasma associé au VWF qui
joue ainsi le rôle de protéine transporteuse. Le gène codant pour le facteur VIII est situé
sur le chromosome X.
Le fibrinogène
Le fibrinogène représente le troisième type de facteur de la coagulation, jouant un rôle de
substrat sans activité enzymatique ou catalytique propre.
Il s’agit du substrat final de la coagulation, hydrolysé par la thrombine qui le transforme en
chaînes insolubles de fibrine. L’effet hydrolytique de la thrombine permet la polymérisation
des chaînes de fibrinogène en gel de fibrine.
Le fibrinogène est synthétisé par l’hépatocyte et son taux plasmatique est de l’ordre de 2 à
4 g/l, taux accru lors des états infectieux ou inflammatoires ou bien diminué par
consommation excessive dans certains états pathologiques (coagulation intravasculaire
disséminée [CIVD] ou fibrinogénolyse primitive).
Le facteur XIII, ou facteur de stabilisation de la fibrine, renforce la cohésion des molécules
de fibrine.
Les systèmes inhibiteurs
A côté de ces facteurs existent dans le plasma des systèmes inhibiteurs : système des
anti-thrombines, système protéine C- protéine S, inhibiteur de la voie extrinsèque (TFPI
pour Tissue Factor Pathway Inhibitor). Ils sont prédominants dans le plasma et régulent en
permanence le processus d'hémostase.
B - Déroulement de la coagulation in vivo (conception actuelle)
La coagulation in vivo se déroule en plusieurs étapes qui sont intriquées avec les
différentes phases de l’hémostase primaire.
L’ultime étape de la coagulation repose sur la génération de son enzyme clé, la thrombine,
protéine aux multiples fonctions.
Son rôle à ce stade repose sur la transformation du fibrinogène en un gel de fibrine qui est
la finalité même de la cascade de la coagulation, mais la thrombine interagit aussi sur de
nombreux systèmes tels que l’hémostase primaire, l’inflammation ou la fibrinolyse.
Phénomène complexe, la coagulation in vivo est régie par des principes fondamentaux :
• s'opère selon une cascade de réactions enzymatiques dont les facteurs circulent dans le
plasma à l’état de précurseurs inactifs qui sont activés par une hydrolyse partielle de leur
chaîne protéique démasquant le site actif,
• s’opère localement au contact des surfaces phospholipidiques des membranes
plaquettaires ou vasculo-pariétales,
• amplifiée par l’activité de cofacteurs catalytiques et par des boucles de rétroactivation
enzymatique,
• contrôlée par un système de régulation très précis lié à l’existence de protéines
inhibitrices de la coagulation et d’un système de destruction secondaire du caillot de
fibrine, la fibrinolyse.
On identifie plusieurs étapes :
Le déclenchement de la coagulation par activation du FVII
La rupture de la tunique endothéliale thromborésistante, secondaire à une lésion
vasculaire, permet le contact du sang circulant avec les structures sous-endothéliales.
La fixation du FVII plasmatique au facteur tissulaire (FT), qui est exprimée de façon
constitutive par les cellules musculaires lisses et les fibroblastes, représente le signal du
déclenchement de la cascade enzymatique.
La liaison du FVII permet en outre son autoactivation, amplifiant considérablement
l’activité du complexe facteur tissulaire-facteur VII (FT-FVII).
L'activation du facteur X et formation du complexe enzymatique prothrombinase
Le complexe FT-FVII active très rapidement par protéolyse FX en FXa.
FXa forme, en association avec les phospholipides plaquettaires, le calcium et le cofacteur
Va, un complexe enzymatique assurant le clivage protéolytique de la prothrombine qui
génère ainsi la molécule de thrombine, d’où son nom de complexe prothrombinase.
Par ailleurs, le complexe FT-FVII active, mais beaucoup plus lentement, FIX (facteur
antihémophilique B) en FIXa.
Il se forme de la même façon un complexe enzymatique, appelé complexe tenase,
associant FIXa, phospholipides plaquettaires, calcium, et le cofacteur VIIIa, qui active FX
en FXa, amplifiant considérablement le rendement de la production de prothrombinase.
Il existe donc deux voies d’activation protéolytique du FX qui sont distinctes dans leur
cinétique.
L’activation directe par le complexe FT-FVII est très rapide, et constitue le starter de la
cascade enzymatique, pour aboutir précocement aux premières molécules de thrombine,
alors que la voie indirecte passant par l’activation du FIX est beaucoup plus lente à se
mettre en place mais est quantitativement prépondérante.
Il existe une autre voie d’activation passant par FXI qui est activé lentement par la
thrombine nouvellement formée.
FXIa active en retour FIX pour renforcer la génération du complexe tenase.
FXI peut également être activé par les facteurs contacts après exposition des composants
du sous-endothélium, mais l’importance de cette voie d’activation est mineure et les
déficits en facteurs contacts n’entraînent pas de troubles hémorragiques.
Formation de la thrombine
Le complexe prothrombinase assure la protéolyse de la prothrombine (facteur II) en
thrombine (facteur IIa), protéine clé de la coagulation responsable de la génération du
caillot de fibrine.
En outre, la thrombine assure une amplification du rendement de la cascade enzymatique
en activant les cofacteurs V et VIII qui accélèrent considérablement l’activité des
complexes de la prothrombinase (Va) et de la tenase (VIIIa), conduisant à un
accroissement explosif de la production de la thrombine.
Fibrinoformation
La dernière étape repose sur la transformation du fibrinogène soluble par l’hydrolyse de
ces différentes chaînes polypeptidiques en monomères de fibrine, qui s’associent les unes
aux autres pour former un gel de fibrine, ou le caillot de fibrine, qui est tout d’abord
instable.
Le facteur XIII, facteur de stabilisation de la fibrine, préalablement activé par la thrombine,
solidifie alors les molécules de fibrine.
C - Régulation de la coagulation :
Un système physiologique très complexe de régulation de la coagulation est mis en
oeuvre, afin de limiter l’extension locale du caillot et d’éviter la diffusion à distance de la
fibrinoformation.
On connaît trois systèmes inhibiteurs : le système de l'antithrombine, le système Protéine
C-protéine S, et le TFPI.
✔ L'antithrombine (anciennement appelée antithrombine III: ATIII)
L’antithrombine a été la première molécule décrite et est l’un des principaux inhibiteurs
physiologiques de la coagulation. Il s’agit d’une glycoprotéine synthétisée par le foie mais
non dépendante de la vitamine K.
Elle neutralise préférentiellement l’activité de la thrombine (IIa) mais aussi celle des autres
facteurs de la coagulation à activité enzymatique (VIIa, IXa, Xa), à distance du caillot de
fibrine.
Son activité anticoagulante est augmentée de façon très importante par l'héparine (utilisé
en thérapeutique). Les déficits en antithrombine sont des maladies sévères
responsables de thromboses à répétition (thromboses veineuses, embolies pulmonaires).
✔ Le système protéine C-protéine S
Il est de découverte plus récente. Il s’agit de deux protéines synthétisées par le foie sous
la dépendance de la vitamine K. La protéine C (PC) circule sous forme inactive. Elle peut
être activée par la thrombine en Protéine C activée (PCa) à condition que la thrombine soit
fixée sur un récepteur appelé la thrombomoduline exprimée par la membrane
endothéliale.
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).
Il existe des déficits constitutionnels hétérozygotes en PC et PS exposant les sujets
atteints à un risque de thrombose.
Dans les substrats de la PCa, le plus important paraît être le FV activé. Certains individus
présentent une anomalie du FV qui rend le FV activé insensible à l'action neutralisante de
la PCa : on parle de résistance à la Protéine C activée (RPCA). Cette anomalie est très
fréquente (~ 3% de la population dans le Sud de la France). Elle est associée à une
anomalie moléculaire sur le gène du FV appelé FV Leiden (ou mutation R506Q). Les
sujets porteurs de cette mutation ont un risque augmenté de thromboses veineuses.
Fibrinolyse physiologique
Troisième temps de l'hémostase, la fibrinolyse 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.
La fibrinolyse est bâtie selon la même conception que le système de la coagulation
comprenant des molécules à activité protéolytique, qui agissent sur un substrat, contrôlées
par un système d’activateurs et d’inhibiteurs permettant une régulation physiologique très
précise.
A- Les acteurs de la fibrinolyse
Une substance circulant sous forme inactive dans le plasma, le plasminogène,
synthétisé par le foie, se tranforme, sous l'influence d'activateurs, en plasmine qui
est une enzyme protéolytique très puissante, capable de dégrader le caillot de fibrine mais
aussi de détruire le fibrinogène, voire d'autres facteurs de coagulation.
La fibrinolyse est contrôlée par deux systèmes équilibrés d’activation et d’inhibition:
Le système d'activation,
– la voie de l’activateur tissulaire du plasminogène (t-PA). Cette substance est
synthétisée de façon quasi exclusive par la cellule endothéliale qui la libère sur le
site du caillot lors de tout phénomène d'agression.
– la voie de la pro-urokinase, activateur urinaire du plaminogène (u-PA). La forme
circulante est la pro-urokinase synthétisée par les cellules rénales et d'autres
cellules parenchymateuses. La pro-urokinase s'active en urokinase essentiellement
au contact du caillot de fibrine.
Le système inhibition,
– principal inhibiteur de la plasmine: l'alpha 2 antiplasmine, synthétisée par la cellule
hépatique qui neutralise la plasmine plasmatique circulante non liée à la fibrine.
– Le PAI-1 est le principal inhibiteur des activateurs du plasminogène. Synthétisé par
la cellule endothéliale, il inhibe t-PA et u-PA
Le PAI-2 est un autre inhibiteur, synthétisé par le placenta au cours de la
grossesse. Il est inhibiteur de l'urokinase.
B- Le déroulement de la fibrinolyse
En l'absence de fibrine, le plasminogène circulant est inactif. 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 qui, ayant
une forte affinité pour la fibrine, active le plasminogène en plasmine, uniquement au
niveau du caillot de fibrine. De même la présence de fibrine favorise l'activation de la prourokinase en urokinase.
Au niveau du caillot, la plasmine dégrade la fibrine en produisant des fragments très
hétérogènes, appelés PDF (Produits de Dégradation de la Fibrine) qui sont quantifiables
dans le plasma. 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, ce qui contribue à localiser le
processus de fibrinolyse au niveau du caillot de fibrine.
Ainsi, ce système très fin de régulation de l’activité de la plasmine et de sa restriction à la
surface de la fibrine explique le fait que la fibrinolyse physiologique soit un processus qui
reste localisé au niveau du thrombus.
Son rôle réside en effet dans la lyse progressive du caillot après la cicatrisation de la
brèche vasculaire, mais aussi dans la prévention de son extension évitant par là
l’occlusion de la lumière vasculaire.
En conclusion
On constate un équilibre permanent entre d'un côté l'hémostase primaire et la
coagulation aboutissant à la formation d'un caillot et d'un autre côté la fibrinolyse
qui tend à le détruire.
Il est intéressant d'observer la dualité pratiquée par la cellule endothéliale et certaines
molécules au cours de l'hémostase.
La cellule endothéliale participe à l'hémostase primaire par la synthèse de facteur
Willebrand et l'inhibe par la synthèse de prostacycline. Elle peut activer la coagulation en
exprimant à sa surface du facteur tissulaire mais peut aussi l'inhiber en exprimant
de la thrombomoduline. De même pour la fibrinolyse, elle synthétise un activateur, le t-PA
et son inhibiteur: le PAI-1.
La thrombine, enzyme clé de la coagulation, transforme le fibrinogène en fibrine, à
l'opposé, la thrombine, en présence de thrombomoduline, active la protéine C et se
comporte donc comme un anticoagulant.
L'hémostase peut être comparée à une balance.
Toute rupture fera pencher la balance vers un processus pathologique.
Approfondir ses connaissances sur les aspects spécifiques de la physiologie de
l'hémostase apparait nécessaire,
➢ pour utiliser les tests biologiques de l'hémostase,
•
•
dans le cadre d'un diagnostic étiologique d'un syndrome hémorragique, ou
d’évaluation d'un risque hémorragique avant une intervention chirurgicale,
dans le cadre de thromboses à répétition, pour déterminer la cause de ces
maladies invalidantes et graves.
➢ pour la prise en charge,
•
d'une hémorragie pouvant être due,
- soit à une coagulopathie (anomalie ou absence d'un ou plusieurs facteurs de
coagulation, telle la maladie de Willebrand, l'hémophlie A, l'hémophilie B),
- soit à un défaut de l'hémostase primaire (thrombopénie : diminution du taux de
plaquettes - thrombopathie : altération des fonctions plaquettaires),
- soit à un excès de fibrinolyse (excès d'activation ou défaut d'inhibiteurs).
•
d'une thrombose pouvant être due,
- à une activation excessive de la coagulation favorisée par un déficit
des inhibiteurs de la coagulation,
- à des anticoagulants circulants de type antiphospholipide (syndrome des
antiphospholipides = SAPL),
- à des mutations de certains facteurs de la coagulation,
- à des anomalies de la fibrinolyse.
Bibliographie
 Physiologie de l'hémostase - T.de Revel, K Doghimi / EMC vol.1 fév.2004 p.71-81.
 L'hémostase en question – M.Ch.Trzeciak, M.H.Deuminger / Biomérieux Editions
02/2004.
 L'hémostase autrement – J.S. Szekner / Décitre Ed. - 08/2008.
 Aide mémoire d'hémostase – M.Gouault Heilmann / Flammarion Ed. - 03/2006.
 Diagnostic biologique des anomalies de l'hémostase – HAS nov.2010.
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