La partie liquide du sang, le plasma, est une solution complexe contenant plus de 90 % d’eau. L’eau du plasma est librement échangeable avec celle des cellules du corps et des autres liquides extracellulaires et est disponible pour maintenir l’état normal d’hydratation de tous les tissus. L’eau, le plus grand constituant du corps, est essentielle à l’existence de chaque cellule vivante.
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Le principal soluté du plasma est un groupe hétérogène de protéines constituant environ 7 % du plasma en poids. La principale différence entre le plasma et le liquide extracellulaire des tissus est la forte teneur en protéines du plasma. Les protéines plasmatiques exercent un effet osmotique par lequel l’eau tend à se déplacer des autres liquides extracellulaires vers le plasma. Lorsque les protéines alimentaires sont digérées dans le tractus gastro-intestinal, les acides aminés individuels sont libérés des chaînes polypeptidiques et sont absorbés. Les acides aminés sont transportés par le plasma vers toutes les parties du corps, où ils sont absorbés par les cellules et assemblés de manière spécifique pour former des protéines de différents types. Ces protéines plasmatiques sont libérées dans le sang par les cellules dans lesquelles elles ont été synthétisées. Une grande partie des protéines du plasma est produite dans le foie.
La principale protéine plasmatique est la sérum albumine, une molécule relativement petite, dont la principale fonction est de retenir l’eau dans le sang par son effet osmotique. La quantité de sérum-albumine dans le sang est un facteur déterminant du volume total du plasma. La déplétion de la sérumalbumine permet au liquide de quitter la circulation et de s’accumuler, provoquant un gonflement des tissus mous (œdème). L’albumine sérique se lie à certaines autres substances qui sont transportées dans le plasma et sert ainsi de protéine de transport non spécifique. La bilirubine, par exemple, est liée à la sérum-albumine lors de son passage dans le sang. La sérum-albumine possède des propriétés physiques qui permettent de la séparer des autres protéines plasmatiques qui, en tant que groupe, sont appelées globulines. En fait, les globulines constituent un ensemble hétérogène de protéines de structure et de fonction très variables, dont seules quelques-unes seront mentionnées ici. Les immunoglobulines, ou anticorps, sont produites en réponse à une substance étrangère spécifique, ou antigène. Par exemple, l’administration d’un vaccin contre la polio, qui est fabriqué à partir d’un poliovirus tué ou atténué (affaibli), est suivie de l’apparition dans le plasma d’anticorps qui réagissent avec le poliovirus et préviennent efficacement l’apparition de la maladie. Les anticorps peuvent être induits par de nombreuses substances étrangères en plus des micro-organismes ; les immunoglobulines sont impliquées dans certaines réactions d’hypersensibilité et allergiques. D’autres protéines plasmatiques sont concernées par la coagulation du sang.
De nombreuses protéines sont impliquées de manière très spécifique dans la fonction de transport du sang. Les lipides sanguins sont incorporés dans des molécules protéiques sous forme de lipoprotéines, substances importantes pour le transport des lipides. Le fer et le cuivre sont transportés dans le plasma par des protéines uniques de liaison aux métaux (respectivement la transferrine et la céruloplasmine). La vitamine B12, un nutriment essentiel, est liée à une protéine porteuse spécifique. Bien que l’hémoglobine ne soit pas normalement libérée dans le plasma, une protéine de liaison à l’hémoglobine (haptoglobine) est disponible pour transporter l’hémoglobine vers le système réticulo-endothélial en cas d’hémolyse (dégradation) des globules rouges. Le taux sérique d’haptoglobine est élevé lors d’une inflammation et de certaines autres conditions ; il est abaissé dans les maladies hémolytiques et certains types de maladies du foie.
Les lipides sont présents dans le plasma en suspension et en solution. La concentration de lipides dans le plasma varie, notamment en fonction des repas, mais ne dépasse généralement pas 1 gramme pour 100 millilitres. La fraction la plus importante est constituée de phospholipides, molécules complexes contenant de l’acide phosphorique et une base azotée en plus des acides gras et du glycérol. Les triglycérides, ou graisses simples, sont des molécules composées uniquement d’acides gras et de glycérol. Les acides gras libres, moins concentrés que les triglycérides, sont responsables d’un transport beaucoup plus important de graisses. Parmi les autres lipides, on trouve le cholestérol, qui représente une fraction importante des lipides plasmatiques totaux. Ces substances existent dans le plasma combinées à des protéines de plusieurs types sous forme de lipoprotéines. Les plus grosses particules lipidiques du sang sont connues sous le nom de chylomicrons et sont constituées en grande partie de triglycérides ; après avoir été absorbées par l’intestin, elles passent par les canaux lymphatiques et entrent dans la circulation sanguine par le canal lymphatique thoracique. Les autres lipides plasmatiques proviennent des aliments ou pénètrent dans le plasma à partir de sites tissulaires.
Certains constituants plasmatiques sont présents dans le plasma en faible concentration mais ont un taux de renouvellement élevé et une grande importance physiologique. Parmi ceux-ci figure le glucose, ou sucre sanguin. Le glucose est absorbé par le tractus gastro-intestinal ou peut être libéré dans la circulation par le foie. Il fournit une source d’énergie aux cellules des tissus et constitue la seule source pour certaines d’entre elles, notamment les globules rouges. Le glucose est conservé et utilisé et n’est pas excrété. Les acides aminés sont également transportés si rapidement que leur taux plasmatique reste faible, bien qu’ils soient nécessaires à toute synthèse protéique dans l’organisme. L’urée, un produit final du métabolisme des protéines, est rapidement excrétée par les reins. D’autres déchets azotés – l’acide urique et la créatinine – sont éliminés de la même façon.
Plusieurs matériaux inorganiques sont des constituants essentiels du plasma, et chacun a des attributs fonctionnels particuliers. Le cation prédominant (ion chargé positivement) du plasma est le sodium, un ion présent dans les cellules à une concentration beaucoup plus faible. En raison de l’effet du sodium sur la pression osmotique et les mouvements des liquides, la quantité de sodium dans l’organisme est un facteur déterminant du volume total de liquide extracellulaire. La quantité de sodium dans le plasma est contrôlée par les reins sous l’influence de l’hormone aldostérone, qui est sécrétée par la glande surrénale. Si le sodium alimentaire dépasse les besoins, l’excès est excrété par les reins. Le potassium, le principal cation intracellulaire, est présent dans le plasma à une concentration beaucoup plus faible que le sodium. L’excrétion rénale du potassium est influencée par l’aldostérone, qui entraîne une rétention de sodium et une perte de potassium. Le calcium dans le plasma est en partie lié aux protéines et en partie ionisé. Sa concentration est sous le contrôle de deux hormones : l’hormone parathyroïdienne, qui fait monter son taux, et la calcitonine, qui le fait baisser. Le magnésium, comme le potassium, est un cation principalement intracellulaire et se trouve dans le plasma en faible concentration. Les variations de la concentration de ces cations peuvent avoir des effets profonds sur le système nerveux, les muscles et le cœur, effets normalement prévenus par des mécanismes de régulation précis. Le fer, le cuivre et le zinc sont nécessaires à l’état de traces pour la synthèse d’enzymes essentielles ; il faut en outre beaucoup plus de fer pour la production d’hémoglobine et de myoglobine, le pigment qui fixe l’oxygène dans les muscles. Ces métaux sont présents dans le plasma en faibles concentrations. Le principal anion (ion chargé négativement) du plasma est le chlorure ; le chlorure de sodium est son principal sel. Le bicarbonate participe au transport du dioxyde de carbone et à la régulation du pH. Le phosphate a également un effet tampon sur le pH du sang et est vital pour les réactions chimiques des cellules et pour le métabolisme du calcium. L’iodure est transporté dans le plasma à l’état de traces ; il est avidement absorbé par la glande thyroïde, qui l’incorpore dans l’hormone thyroïdienne.
Les hormones de toutes les glandes endocrines sont sécrétées dans le plasma et transportées vers leurs organes cibles, les organes sur lesquels elles exercent leurs effets. Les taux plasmatiques de ces agents reflètent souvent l’activité fonctionnelle des glandes qui les sécrètent ; dans certains cas, des mesures sont possibles bien que les concentrations soient extrêmement faibles. Parmi les nombreux autres constituants du plasma figurent de nombreuses enzymes. Certaines d’entre elles semblent simplement s’être échappées des cellules tissulaires et n’ont aucune signification fonctionnelle dans le sang.