BIOCHIMIE DU SANG. Pathologie. Porphyries

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1 BIOCHIMIE DU SANG 1. Métabolisme de l erythrocyte 2. Production et élimination d éléments cellulaires: synthèse de hème: pathologies 3. Metabolisme et Transport du Fe 4. Composants du Plasma (structure & fonction) Porphyries Déficience aquise ou hereditaire de la synthèse du heme - accumulation et excretion augmentée des précurseurs metaboliques (each unique) - toutes les porphyries sont autosomales dominantes, sauf les porphyries congenitales erythropoietiques (recessives) origines: hepatique (=aïgue ou chronique) ou erythropoietique Certains intermédiaires tetrapyrrole sont photosensibles - formation de radicaux superoxide - croutes sur la peau, prurites - peau peut s assombrir, pilosité - hypertrichosis Pathologie - glycine ALAsynthetase ALAdeshydrase PBGdesaminase UROgene III synthetase UROgene decarboxylase COPROgene oxydase PROTOgene oxydase Ferrochélatase Fer 2+ Succinyl CoA ALA Porphyrie de Doss PDG Porphyrie aigue NV Intermittent (PAI) UROgène I Maladie de Günther UROgène III Porphyrie cutanée C Tardive (PCT) COPROgène Coproporphyrie NV+C PROTOgène Porphyrie variégata NV+C PROTOine Protoporphyrie HEME Utilisé par Cytochrome P450 1

2 Mitochondria PORPHYRIAS GLYCINE + SuccinylCoA ALA synthase 3p21/Xp11.21 δ-aminolevulinic acid(ala) ALA dehydratase 9q34 Porphobilinogen(PBG) PBG deaminase 11q23 hydroxymethylbilane Uroporphyrinogen III cosynthase 10q26 uroporphyrinogen III Uroporphyrinogen decarboxylase 1q34 coprophyrinogene III Coproporphyrinogen oxidase 9 Protoporphyrinogene IX Protoporphyrinogen protoporphyrin IX oxidase 1q14 Ferrochelatase Heme 18q21.3 ALA-dehydratase Deficiency porphyria Acute intermittent porphyria Congenital erythropoietic porphyria Prophyria cutanea tarda Herediatary coproporphyria Variegate porphyria Agent Orange Erythropoietic protoporphyria Chr9q PA : diagnostic génétique Recherche chez le cas index Porphyrie aigue intermittente Porphyrie de Doss (AR) Chr 11q * Population blanche d'afrique du sud Chr3q Enquête familiale Arbre généalogique Dépistage des sujets porteurs Diagnostic prénatal Copropophyrie héréditaire Porphyrie variegata* Chr1q porphyria cutanea tarda - porphyrie chronique - foie et tissus erythroides - deficience en uroporphyrinogène décarboxylase - souvent pas de symptomes avant ans expression clinique determinée par plusieurs facteurs: - surcharge en Fe hepatique - exposition au soleil - hepatitis B ou C - HIV symptomes comprennent: - boursouflures et eruptions cutanées - urine rouge-brun en lumière naturelle, ou rose-rouge en UV 2

3 Acute hepatic porphyrias - porphyrie aigue intermittente (hydroxymethylbilane synthase) - coproporphyrie héréditaire (coprophyrinogen oxidase) - variagate porphyrie (protoporphyrinogen oxidase) -symptomes similires - attaques aïgues et douleureuses de nature gastrointestinales, neurologiques/psychologiques, cardiovasculaires -souvent augmentée - par médicaments, barbituriques, infections, jeûnes, alcool - activateurs du système p450 - utilise le heme, - augmente ALA synthase, augmente les métabolites pathologiques erythropoietic porphyrias - porphyrie congenitale erythropoietique (uroporphyrinogen III synthase) - protoporphyrie erythropoietique (ferrochelatase) symptomes : - boursouflures et eruptions cutanées dans l enfance - cirrhose hépatique cholestatique et déficit hépatique progressif Traitement -soutien medical contre la douleur et vomissements - hemine: diminue synthèse de ALA synthase - éviter la lumière du soleil et certains médicaments, drogues, etc., Roi George III - Mad King George The Madness of Inbreeding Crises aigues de douleurs abdominales et confusion mentale - sans doute porphyrie - avec complications en raison de tous les médicaments que les médecins lui administraient vampires et loups-garous? - on pense que ce sont des porphyries mal interprétées au moyen-age - photosensibilité, sang rouge (aussi dents) hypertrichosis George III : fortes douleurs abdominales, confusion mentale, urine sombre. 3

4 Porphyries acquises - hexochlorobenzene comme fongicide en Turquie en 1950s - des milliers d enfants ont mangé du pain de blé traité - ont développé une porphyria cutanea tarda due à l inhibition de la uroporphyrinogène décarboxylase -due à une hypertrichosis - monkey children Porphyries acquises Empoisonnement au plomb - inhibition de ferrochelatase, ALA dehydratase - désplace le Zn +2 sur le site actif de l enzyme enfants - troubles du development - baisse de IQ - hyperactivité - insomnie - nombreux autres problèmes de santé adultes - fortes douleurs abdominales - confusion mentale - nombreux autres symptomes HCI = heme controlled inhibitor Heme stimulates hemoglobin synthesis in reticulocytes Reduced initiation of translation 4

5 Dans Erythrocyte, la synthèse de heme est regulatée au niveau des enzymes ferrochelatase* and porphobilinogen deaminase** TOXICITE au Plomb * ** Symptomes Irritibilité Lethargie insommnie maux de tête faible appetit douleurs abdominales (+ vomissements) Constipation Pathophysoiologie le Pb se lie sur de nombreux groupes sulfhydryl Inhibe de multiples reactions enzymatiques, en particulier celles de la biosynthesis du heme (PBG synthase & ferrochelatase) principal symptome d intoxication au Pb: élévation de 5-ALA sans augmentation concomitante de PBG BIOCHIMIE DU SANG 1. Métabolisme de l erythrocyte 2. Production et élimination d éléments cellulaires 3. Metabolisme et Transport du Fe 4. Composants du Plasma (structure & fonction): bilirubine - dégradation du hème 5

6 Extravascular Haemolysis Voies extravasculaires de Destruction de Globules Rouges (foie, moelle, & rate) Phagocytose & Lyse Hemoglobin Globine Heme Bilirubin Amino acides Fe 2+ pool d Amino acide Recycled Excreted Caractéristiques de l hemolyse intravasculaire : Haemoglobinemie (haptoglobine et haemopexine épuisés). Methemoglobinemie Hemoglobinurie. Hemosiderinurie. Caractéristiques d une dégradation accrue d erythrocytes : bilirubinemie non-conjuguée. Urobilinogenurie Haptoglobine diminuée Durée de vie GR 120 jours L HEMOLYSE PHYSIOLOGIQUE causes principales de la mort : diminution des activités enzymatiques provoquant ralentissement de la glycolyse et déficit en ATP, et diminution de la plasticité, incapacité à lutter contre l oxydation, et l hyper-hydratation Hémolyse extravasculaire = 90% capture des hématies âgées par Macrophages lieux: moelle osseuse, foie, rate marqueur hyper-hémolyse: augmentation de la Bilirubine non conjuguée (N < 10 mg/l) Hémolyse intravasculaire = 10% marqueur hyper-hémolyse: diminution de l Haptoglobine (N= 0,5-2,5 g/l) Autre marqueur : diminution de l Hémopexine (N=0,5-1,15 g/l) 6

7 Hémolyse physiologique BLOOD CELLS Hemoglobin Heme Globin O 2 CO Biliverdin IXα Heme oxygenase NADPH Biliverdin reductase Stercobilin excreted in feces Urobilinogen formed by bacteria INTESTINE reabsorbed into blood via bile duct to intestines Bilirubin diglucuronide (water-soluble) Urobilin excreted in urine KIDNEY NADP + Bilirubin (water-insoluble) via blood to the liver 2 UDP-glucuronic acid Bilirubin (water-insoluble) Catabolism of hemoglobin LIVER Terminologie Bilirubine libre ou non conjuguée = bilirubine indirecte= bilirubine liée et non liée Bilirubine conjuguée= bilirubine directe Bilirubine intra-erythrocytaire = bilirubine contenue dans le GR, elle explore la liaison albumine bilirubine en évaluant l affinité cellulaire pour la bilirubine, c est un reflet de la bilirubine non-liée (BNL, fraction neurotoxique de la bilirubine) Heme Degradation HEME NADPH Fe +3 BILIVERDINE NADPH NADP + BILIRUBINE BILIRUBINE diglucuronide Catabolisme du Heme O 2 (ouvre le noyau porphyrin) NADP + BILE 7

8 Traitement de Hemoglobin libre (Intravasculaire) Dégradation du hème Buts: 1. Scavenge iron 2. Empêcher des pertes majeures de Fe 3. Complexer le heme libre (très toxique) Haptoglobine : le complex hemoglobin-haptoglobin est rapidement métabolisé par le foie et la rate, formant un complexe Fe-globiune et bilirubine. Empêche une perte de Fe dans l urine. Hemopexine: lie heme libre. Le complexe heme-hemopexin est capté par le foie et le Fe est stoqué par la ferritine Methemalbumine: complexe le heme oxidé et albumin. Dégradation du Hème L essentiel du hème est d origine erythrocytaire (85%) - le rest provient de turnover de cytochromes, p450s, erythrocytes immature GR dure 120 jours, degradé par système reticuloendothelial (RE) Formation de Bilirubine RE : heme oxygenase microsomale - requiert NAPDH, O2 - hydroxyle le pont methenyl - Fe +2 oxidé en Fe +3-2ème reaction clive le noyau - CO libéré avec Fe +3 produit biliverdin = pigment vert réduit en bilirubine (rouge-orange) = pigments de bile Dégradation du Heme Capture de bilirubine par le foie hydrophobe - transporté par l albumine - des médicaments anioniques peuvent displacer la bilirubin, dommages du SNC chez le nourisson (salicylates) lie des protéines intracellulaires dans le foie - ligandin formation de bilirubine diglucuronide conjugation de 2 molecules de glucuronate - augmente solubilité - bilirubin glucuronyltransferase - l acide UDP-glucuronique est le doneur - la bilirubine conjuguée lie aussi l albumine, mais très faiblement 8

9 Degradation du Heme excretion de bilirubine dans la bile transport actif dans la bile -requiert de l energie - susceptible de troubles hépatiques - bilirubine non-conjuguée n est pas excretée formation d urobiline dans l intestin - bilrubine diglucuronide est hydrolysée et reduite par bacteries en urobilinogène - urobilinogene oxidée par bacteries en stercobiline - couleur brune des matières fecales - urobilinogène est en partie reabsorbée dans le sang - cycle enterohépatique de l urobilinogène (capté par le foie et re-excreté dans la bile) - urobilnogène: dans le rein - convertie en urobiline (jaune) ceci donne à l urine sa couleur caractéristique Terminologie Bilirubine libre ou non conjuguée = bilirubine indirecte= bilirubine liée et non liée Bilirubine conjuguée= bilirubine directe Bilirubine intra-erythrocytaire = bilirubine contenue dans le GR, elle explore la liaison albumine bilirubine en évaluant l affinité cellulaire pour la bilirubine, c est un reflet de la BNL ( fraction neurotoxique de la bilirubine) 9

10 Jaunissee (icterus) hyperbilirubinemie - provoque coloration jaune de la peau, ongles et sclerose HYPER-BILIRUBINEMIES concentrations plasmatiques augmentées de bilirubine (> 3 mg/dl) lorsqu il y a déséqulilbre entre production et excretion Cliniquement reconnu comme jaunisse - pas une maladie, mais un symptome de troubles sous-jacents Jaunisse Pré-hépatique (hemolytique) production excessive de bilirubine (supérieure aux capacités de conjuguaison du foie) suite à hémolyse Lyse excessive d érythrocytes souvent dûe à une maladie autoimmune; maladie hemolytique du nouveua-né (incompatibilité Rh- ou ABO-); érythrocytes structurallement anormaaux (Sickle cell disease); ou dégradation extravasculaire concentrations plasmatiques élevées de bilirubins non-conjuguée (concentration normale ~0.5 mg/dl) Jaunisse intra-hépatique Trouble de capture, conjugation, ou secretion ou bilirubine Reflète une dysfonction generalisée du foie (hepatocyte) Dans ce cas, hyperbilirubinemie est normallement accompagnée par d autres troubles des marqueurs biochemiques de la fonction hépatique 10

11 Jaunisse post-hepatique obstruction des voies biliaires Diagnostique de Jaunissee bilirubine plasmatique est conjuguée, les autres metabolites biliaires, p.ex. acides biliaires s accumulent dans le plasma Caracterisée par couleur pâle des selles (absence de bilirubine ou urobiline fécale), et urine sombre (bilirubine conjuguée élevée) En cas de complète obstruction, urobiline absente de l urine Causes de Hyper-bilirubinemie Types de Jaunisses jaunisse hemolytique - le foie peut traiter 3000 mg bilirubine/jour - normalement hemolyse massive produit davantage que ce qui peut être transformé - ne peut être conjugué - excrétion augmentée de bilirubine dans la bile, urobilinogene augmentée dans sang, urine - davantage de bilirubine non-conjuguée dans le sang = jaundice jaunisse obstructive - obstruction des voies biliaires - tumeur ou calculs biliaires - douleurs gastrointestinales - nausées - selles pâles - peut entraîner troubles hépatiques - bilirubine non-conjuguée plus élevée 11

12 Types de Jaunisses Jaunisse hepatocellulaire - endommagement du foie (cirrhose ou hepatite) provoque une élévation de bilirubine dans le sang, suite à manque de conjuguaison - bilirubine conjuguée n est pas exportée dans la bile donc diffuse dans le sang - urobilinogene augmentée dans circulation enterohépatique - => urine sombre, selles claires - ASAT & ALAT elevatées - nausées et anorexie Jaunisse du nouveau-né Les prematurés accumulent souvent de la bilirubine Cause: expression tardive de bilirubine glucuronyl-transferase - expression maximum (niveau adulte) à ~ 4 semaines - bilirubine en exces peut provoquer encephalopathie toxique (kernicterus) - traitement. lumière fluorescente bleue - convertit la bilirubine en composé plus polaire - sera excreté dans la bile sans conjugation - syndrome de Crigler-Najjar: deficience de bilirubine glucuronyltransferase Exemples d hyperbilirubinemies Anémie hémolytique Hepatite Calcul biliaire Troubles génétiques du Metabolisme de Bilirubine excess hemolysis Condition syndrome Crigler-Najjar syndrome Gilberts syndrome Dubin-Johnson Déficience Forte déficience en UDP-glucuronyltransferase activité réduite de UDP-glucuronyltransferase transport anormal de bilirubine conjuguée dans le systeme biliaire Bilirubine Bilirubine nonconjuguée Bilirubine nonconjuguée bilirubine conjuguée Tableau clinique Profonde jaunisse Très faible jaunise durant maladie Jaunisse modérée bilirubine non conjuguée (dans le sang) bilirubine conjuguée (libérée dans les canalicules biliaires) bilirubine non conjuguée (dans le sang) bilirubin conjuguée (dans le sang) bilirubine non conjuguée (dans le sang) bilirubin conjuguée (dans le sang) 12

13 Hb hème Globine et fer HEPATOCYTES Cycle de la bilirubine bilirubine liée Ligandines Y & Z Ac glucuronique Glucuronyl Tase Hème oxygénase Bilirubine conjuguée bactéries Biliverdine + CO réductase albumine bilirubine Bilirubine non liée β-glucuronidase Stercobilinogène et urobilinogène Myoglobine Cytochrome catalase Terminologie Bilirubine libre ou non conjuguée = bilirubine indirecte= bilirubine liée et non liée Bilirubine conjuguée= bilirubine directe Bilirubine intra-erythrocytaire = bilirubine contenue dans le GR, elle explore la liaison albumine bilirubine en évaluant l affinité cellulaire pour la bilirubine, c est un reflet de la BNL ( fraction neurotoxique de la bilirubine) Les ictères à bilirubine libre ICTÈRE DU NOUVEAU NE Hémolytique BILIRUBINE LIBRE BILIRUBINE CONJUGUÉE Non hémolytique : ictère simple : ictère au lait de mère : maladie de Gilbert /Crigler-Najjar : Hypothyroïdie ICTERES NON HEMOLYTIQUES Corpusculaire Extra corpusculaire 1 ) anomalie de la membrane: allo-immunisation : ABO et Rh spherocytose infectieux 2 ) anomalies enzymatiques: deficit en G6PD et en PK NB la thalassémie et la drépanocytose n ont pas de révélation néonatale du fait de l importance du contingent d hémoglobine F 13

14 Ictère simple 1- hémolyse physiologique plus importante chez le NN, (masse globulaire plus élevée et durée de vie des GR plus courte. 2- augmentation du taux d hème oxygénase, ( endotoxines bactériennes, stress post hypoxique. 3- immaturité de la glucuronyl Transférase 4- flore bactérienne se fait progressivement après la naissance. 5- protéine Y & Z synthétisée en post natal. 6- medicaments qui se lient à l albumines: caféine, diazépam, furosemide, digoxine, aminosides. ictère au lait de mère Début vers J5 Secondaire à l existence dans le lait d une lipoprotéine lipase, inhibant la glycuroconjugaison par libération excessive d acide gras inhibiteurs compétitifs de la bilirubine Disparition de l ictère à J3 de sevrage, ou après chauffage du lait à 56 C En pratique «on s en fout» enfin on explique à la maman qui est inquiète Maladie de Gilbert Trouble hépatique bénin Syndrome de Gilbert transmissible dans 50% des individus concernés Déficit partiel en glucuronyl transférase Maladie autosomique dominante ictère modéré en période néonatale Faible augmentation de bilirubine non-conjuguée dûe à une baisse de la capacité du foie de conjuguer la bilirubine souvent en corrélation avec une maladie ou un jeûne plus fréquent chez Hommes que chez Femmes début des symptomes dans l adolescence, et entre ans traité par faibles doses de phenobarbital pour stimuler l activité UDP glucuronyl transferase 14

15 Syndromes de Dubin-Johnson et Rotor Trouble de secretion biliaire de bilirubine conjuguée Accompagné d hyperbilirubinemie faible Maladie de Crigler-Najjar Type 1 Déficit complet et létal de la glucuronyl transférase Autosomique récessive Notion de consanguinité Type 2 Déficit partiel en glucuronyl transférase Autosomique dominant à pénétrance variable Syndrome Crigler-Najjar Autosomal recessive très rare < 200 cases dans le monde frequence genique < 1:1000 complete absence de forte reduction de conjuguaison de bilirubine accompagné de severe hyperbilirubinemie non-conjuguée, normalement présente dès la naissance individus présentent un grand risque kernicterus Ictères hémolytiques Condition fatale si l enzyme est completement absent Treatement par phototherapie (10-12 hrs/day) et transplantation hépatique vers 5 ans 15

16 Ictère hémolytique d origine corpusculaire Anomalie constitutionnelle de la membrane des GR Anomalie enzymatique de la membrane des GR Maladie de Minkowski-Chauffard ou sphérocytose héréditaire Transmission autosomique dominante de gravité variable (pas de prédisposition de population) Grande cause d anémie constitutionnelle fréquente dans la population française Maladie de Minkowski Chauffard ou sphérocytose héréditaire Physiopathologie Anomalie protéique membranaire au niveau de la spectrine Perturbation de la fonction ATP ase, avec flux exagéré de Na ds la cellule entraînant une hyper H2O ballonnement de la Cellule sphérocyte (perte de phosphopl membranaire perte de surface microsphérocyte irréversible dense et rigide se déformant mal pour traverser les petits capillaires de la rate (cordons de Billroth) HEMOLYSE ICTERE Autres anomalies constitutionnelles de la membrane des GR Elliptocytose familiale Stomatocytose héréditaire et anomalies d échanges des cations Acanthocytose constitutionnelle 16

17 Déficit en G6PD 1OO millions de porteurs (pourtour méditerranéens, Afrique, Asie) Physiopathologie >130 mutations (g situé sur le Chr X déficit surtout chez les hommes Fonction anormales:instabilité de la molécule qui se dégrade prématurément dans le GR Enzyme déficitaire: modification du site enzymatique - l affinité pour le substrat est réduite Accumulation de peroxyde toxique que la glutathion peroxydase ne pourra éliminer Hémolyse Diagnostic: dosage enzymatique Evolution parfois mortelle Traitement: transfusion et interdire les médicaments oxydants qui augmentent les peroxydes ( APS, sulfamides, chloramphénicol, vit K) Déficit en pyruvate kinase Maladie autosomique récessive Physiopathologie Défaut de régénération de l ATP déficit de la pompe Na et anomales des échanges lipidiques hémolyse chronique avec poussées Diagnostic dosage enzymatique Traitement Transfusion Splénectomie parfois si destruction splénique Incompatibilité ABO Mère O, enfant A ou B Passage d agglutinines irrégulières anti A ou B d origine maternelle dans la circulation fœtale, acquis lors d une transfusion ou d un contact antérieur avec l antigène COMMBS direct souvent (-), présence d agglutinines anti A ou B Incompatibilité Rhésus Mère Rh (-), enfant Rh (+) Physiopathologie Passage trans-placentaire d hématies fœtales porteuse de l Ag D, chez une mère Rh (-) au cours D une grossesse antérieure secondaire à Décollement trophoblastique HRP, FCS, IVG, GEU Prélèvements ovulaires (biopsie de trophoblaste, amniocentèse, PSF) Chirurgie abdo-pelvienne Traumatisme abdominal Ictère hémolytique infectieux Agression directe de l hématie par l agent infectieux Ictère à bilirubine conjuguée Physiopathologie Cholestase= déficit de sécrétion hépatique des acides biliaires Mécanisme Obstacle intra ou extra-hépatique Clinique Selles décolorées, urines foncées, +/- HM Cholestase extra hépatique 17

18 Cholestase extra hépatique Atrésie des voies biliaires 1/ enfants Précocité du diagnostic (échographie) et chirurgie < 6 semaines ou risque d évolution vers la cirrhose (transplantation) Cholestase intra hépatique Syndrome d Alagille ou paucité ductulaire syndromatique Cholestase et syndrome polymalformatif Autosomique dominant (Chr 20) Raréfaction des voies biliaires intra hépatique 10 % évolution vers la cirrhose Infection (E.Coli) foetopathie (rubéole, CMV), postnatal ( EBV, EchoV, Coxsakiie, adenov) Métabolique tyrosinémie, galactosémie, intolérance au fructose Endocrine déficit en cortisol, Hypoplasie congénitale des surrénales) Génétiques: syndrome de Zellweger, mucoviscidose, déficit en α1 antitrypsine Autres: cholangite sclérosante, hypoxie hépatique 18