Moelle osseuse

Lamoelle osseuseest untissusitué au centre desos. Elle existe sous deux formes : la moelle osseuse rouge, où les cellules du sang sont produites (l'hématopoïèse), et la moelle osseuse jaune, surtout composée de graisse.
La moelle osseuse rouge produit tous les différents types de cellules du sang : lesglobules rouges(nécessaires au transport de l'oxygène des poumons vers les cellules et du dioxyde de carbone des cellules vers les poumons), lesglobules blancs(les cellules qui protègent le corps des substances étrangères :défenses immunitaires) et lesplaquettes(des fragments de cellules qui s'accumulent lors d'une blessure pour arrêter une hémorragie afin de coaguler le sang).
Lesossont composés d'unesubstance compactese trouvant à l’extérieur de l'os, et d'unesubstance spongieusese trouvant à l’intérieur de l'os. Cette substance spongieuse ressemble à une éponge rigide et réserve des cavités plus ou moins grandes entre la substance osseuse (lestrabécules). Ces cavités sont remplies par une matière appelée moelle osseuse.
Les cavités osseuses sont tapissées de cellules qui construisent les os (lesostéoblastes), et de cellules, moins nombreuses, qui détruisent les os (lesostéoclastes). Cette activité de construction et destruction osseuse est permanente à tous les stades de la vie et est nécessaire à la solidité des os. Les cavités sont remplies par un gel fibreux, lamatrice extracellulaire, qui soutient les différents composants de la moelle osseuse. Cette matrice contient un réseau de petites artères et veines (lescapillaires), des cellules de soutien (lesfibroblastes), des cellules nerveuses, des cellules de graisses (lesadipocytes), des cellules sanguines à différents stades de maturation (les celluleshématopoïétiques), et de laréticuline, uneprotéinede soutien similaire aucollagène. De plus, descellules stromales(en)sont aussi présentes; ces cellules semblent jouer un rôle important dans la formation des cellules sanguines.
Il y a deux types de moelle osseuse:
Le sang arrive à la moelle osseuse par unvaisseau sanguinqui entre dans l'os au milieu de celui-ci. Ce vaisseau se ramifie de plus en plus et après avoir drainé l'os arrive dans la moelle osseuse par des petits vaisseaux, lescapillaires. La paroi de ceux-ci (l'endothélium) est constituée de cellules plates entre lesquelles lescellules sanguinesarrivées à maturation passent dans le sang.
La masse totale de la moelle osseuse est supérieure à celle dufoie, ce dernier ayant une masse de 1,5 à 2kg. La masse osseuse jaune représente 50 % à 70 % de la masse osseuse chez un humain de 25 ans. Mais cette proportion n'est pas fixe, elle augmente avec l'âge, laménopause, l'abus d’alcoolet les maladies, par exemple ; mais peut aussi diminuer en faisant plus de sport ou en étant exposé au froid.
Lesnouveau-nésn'ont que de la moelle osseuse rouge. À l'âge adulte, la moelle osseuse rouge ne se trouve que dans les vertèbres, les côtes, les clavicules, le sternum, les os du bassin et du crâne, et dans les extrémités les plus proches du tronc des fémurs et des humérus. La moelle osseuse rouge est fortement vasculariséecar les celluleshématopoïétiquesy produisent les cellules sanguines.
La moelle osseuse jaune est principalement composée d'adipocytes(cellules graisseuses). Chez l'humain adulte, elle représente environ 10 % de la masse totale de graisse dans le corps. Ces adipocytes sont différents des cellules graisseuses dans les autres parties du corps et ont un rôle important dans la régulation de l'équilibre naturel interne du corps, l'homéostasie.
Le sang est composé d'un liquide, leplasma sanguin, qui transporte les cellules sanguines et d'autres matériaux, comme desprotéines, des nutriments, des gaz et d'autres substances. Chez la femme 42 %, chez l'homme 45 %, du sang est constitué de cellules sanguines dont 99 % est composé de globules rouges, lesérythrocytes. Les autres cellules sont les globules blancs, lesleucocytes, qui existent en 5 variantes (lesneutrophiles, leséosinophiles, lesbasophiles, lesmonocyteset leslymphocytes), et lesplaquettes sanguines, qui ne sont pas des cellules à proprement parler, mais des fragments cellulaires.
Toutes ces cellules sont produites dans la moelle osseuse par les cellules souches hématopoïétiques. Avant la naissance, les cellules sanguines ne sont pas produites dans la moelle osseuse, mais d'abord dans lavésicule vitelline, puis dans lefoie, larateet les tissus lymphatiques, et enfin, depuis le4mois dans la moelle osseuse rouge ; au6mois de grossesse, la production par la moelle osseuse est prédominante. Toutefois, lorsque la production de cellules sanguines doit être stimulée de toute urgence, le foie et la rate peuvent reprendre cette production, même à l'âge adulte. La moelle osseuse jaune peut aussi se retransformer en moelle osseuse rouge en cas de besoin supplémentaire.
Dans la moelle osseuse rouge, en moyenne, 18 % des cellules présentes sont des globules rouges en formation et presque 80 % sont des globules blancs en formation ou matures.
Les cellules souches hématopoïétiques produisent tous les types de cellules sanguines. Ces cellules sont peu nombreuses, ne représentant qu'une cellule sur 10 000 à 15 000 cellules de la moelle osseuse. Elles peuvent aussi s’échapper dans le sang, mais ne représentent dans ce cas qu'une cellule sur 100 000 cellules sanguines. Des protéines spécifiques, dépendantes des besoins, vont inciter ces cellules à se diviser et à produire les différentes cellules sanguines. De plus, elle se divisent aussi afin de se reproduire et ainsi garantir la production continue de cellules sanguines.
Les cellules souches hématopoïétiques se divisent dans un premier temps en deux types de cellules différentes, lescellules myéloïdes progénitricesqui vont donner les cellules rouges, les cellules blanches et les plaquettes, et lescellules lymphoïdes progénitricesqui vont donner les lymphocytes. Quand les cellules sanguines arrivent à maturation, elles sont libérées dans le sang. Ces progéniteurs peuvent produire beaucoup de cellules, mais seulement pendant un temps limité après leur création. On estime qu'il faut entre 15 et 20 jours pour que les cellules sanguines viennent à maturation, mais cette durée peut varier selon les besoins.
Dépendant de leurs localisations, les cellules souches hématopoïétiques ou les cellules progénitrices vont se spécialiser différemment. Ces localisations, lesniches de cellules souches(en), sont définies par les cellules environnantes comme les adipocytes, les ostéoblastes, les vaisseaux sanguins, les cellules stromales.
Les globules rouges sont des cellules aplaties responsables du transport de l'oxygène(O2) despoumonsvers les cellules et d'une grande partie dugaz carboniquedes cellules vers les poumons. Chaque millimètre cube (mm) de sang contient cinq millions de globules rouges. Ces cellules n'ont ninoyauxni autresorganiteset sont essentiellement des sacs remplis de molécules d'hémoglobine. Elles ont une durée de vie d'environ quatre mois, et sont remplacées par deux à trois millions de nouveaux globules rouges chaque seconde. Larateélimine les globules rouges trop vieux.
Les globules rouges sont produits dans la moelle osseuse en différentes étapes et c'est à la dernière étape que les globules rouges sont libérés dans le sang. La moelle osseuse est stimulée par des protéines spécifiques, lesérythropoïétines(EPO), produites dans lesreinslorsqu'il y a un manque d'O2. Chaque globule rouge contient plus de 250 millions de molécules d'hémoglobine qui chacune contiennent quatreatomesdefer. La moelle osseuse, le foie et la rate peuvent stocker le fer sous forme deferritineou d'hémosidérine. Quand l'érythropoïétine stimule la fabrication de globules rouges, les atomes de fer sont liés à une protéine de transport, latransferrine, pour être acheminés vers la moelle osseuse par le sang pour que de nouveau globules rouges puissent être créés.
Les globules rouges en formation s'agglutinent autour d'un macrophage et forment ainsi des îlots d'érythroblastes. Ces îlots sont proches des capillaires. Les cellules les plus proches du macrophage sont les moins matures. Le macrophage absorbe les cellules défectueuses et enlève aussi les noyaux des globules rouges avant qu'elles ne gagnent les vaisseaux sanguins.
Le rôle des globules blancs est de nous protéger contre des substances étrangères à notre corps (bactéries, virus, champignons, ,etc.) en les détruisant. Ils éliminent aussi les cellules anormales, par exemplecancéreuses, et nettoient l'organisme de cellules usées et de débris de tissus. Il y a beaucoup moins de globules blancs que de globules rouges dans le sang, chaque mmen contient environ 7 000. Les globules blancs utilisent le sang seulement comme moyen de transport, à destination ils quittent celui-ci par les capillaires, les plus petits vaisseaux sanguins, en se faufilant entre les cellules de la paroi des vaisseaux. La durée de vie des globules blancs granuleux se compte en jours, voire en heures.
Il y a cinq sortes de globules blancs qui sont classés selon leur apparence au microscope :
Tous les globules blancs granuleux et les monocytes sont uniquement produits dans la moelle osseuse où ils maturent en passant par plusieurs phases ; leurs productions sont stimulées par des protéines appropriées.
Les ruptures de petits vaisseaux (artérioles, capillaires et veinules) sont assez fréquentes et sont réparées facilement par les cellules des parois de ces vaisseaux. Quand une blessure apparaît dans des plus grands vaisseaux,un processus en trois phasesse met en place pour arrêter le saignement :
Les plaquettes non seulement forment le clou plaquettaire, mais incitent aussi les vaisseaux à se contracter et le sang à coaguler.
Les plaquettes ne sont pas des cellules, mais des fragments de grandes cellules appeléesmégacaryocytesproduites en trois phases par les cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse. Les plaquettes, d'une grandeur de 0,002 à 0,004mm, sont formées par un peu decytoplasmeet demembrane. Un mégacaryocyte, de 0,05 à 0,1mm, produit de 2 000 à 3 000 plaquettes dont un tiers environ est stocké dans la rate pour être mis à disposition lors d'une rupture de vaisseau. Le sang contient entre 150 000 et 350 000 plaquettes par mm; elles survivent environ 10 jours et sont recyclées par la rate et le foie. Lathrombopoïétinesecrétée par le foie régule la production des plaquettes dans la moelle osseuse.
Chez les mammifères et les oiseaux, la production des cellules sanguines (globules rouges, globules blancs etthrombocytesou plaquettes), se fait, comme chez l'être humain, dans la moelle osseuse, où se trouvent les cellules souches hématopoïétiques. Le rein et la rate produisent les cellules sanguines chez les amphibiens et les poissons osseux. Chez les poissons inférieurs, les cellules souches hématopoïétiques se trouvent dans le sang.
Les globules rouges des mammifères ont la forme d'un disque avec un creux central et sont dépourvu de noyaux. Chez la plupart des vertébrés, ces cellules sont plus grandes, ont une forme ovoïde et possèdent un noyau. La production des globules rouges est contrôlée par l'érythropoïétine produite par les reins chez les mammifères et probablement chez d'autres vertébrés.
Les mammifères produisent des plaquettes qui sont des fragments de cellules. Les autres vertébrés produisent des cellules entières, les thrombocytes, qui circulent dans le sang en attendant une blessure et se fragmentent à ce moment pour aider à la coagulation du sang.
La rate élimine les globules rouges âgés et peut aussi en stocker, ainsi que des globules blancs et des plaquettes pour les mettre à disposition si nécessaire.
Pendant longtemps, on a supposé que la migration de la production des cellules du sang dans les os fût une adaptation à la vie terrestre, afin de protéger ce processus vital des dégâts possible par lerayonnement UVet les variations de température. Après une analyse minutieuse des os des membres et de l'existence de cavités internes, il est supposé que les premiers animaux permettant hématopoïèse dans la moelle osseuse seraient leseymouriaet lediscosauriscusqui vivaient il y a environ 280 million d'années, pendant le Permien inférieur.
Quand le sang n'arrive plus à transporter le dioxygène nécessaire, on parle d'anémie. Cette condition peut être due à un manque ou une anomalie des cellules rouges ou de l'hémoglobine. Il existe plus de 400 types d'anémieset l'OMS estime qu'un quart de la population mondiale en souffre, les enfants en âge préscolaire et les femmes dans les pays en voie de développement en sont particulièrement atteint.
Les différentes causes d’anémies peuvent être regroupées dans les catégories suivantes:
Le sang peut contenir plus de cellules rouges que la normale ; de manière passagère lors d'unedéshydratationpar exemple, ou de manière chronique pour les fumeurs, car chez eux l'hémoglobine ne transporte plus aussi efficacement le dioxygène, ou chez les personnes vivant en altitude. La polycythémie vraie est un désordre de la moelle osseuse se caractérisant par une surproduction de globules rouges ; cette situation conduit à une augmentation significative de la viscosité du sang qui est néfaste pour les organes, pouvant produire descaillots sanguins, desinfarctuset desaccidents vasculaire cérébraux.
Lors d'une leucémie, il y a une surproduction de cellules anormales à différents stades de maturation des globules blancs. Dans ce cas, les globules blancs ne peuvent plus remplir leur rôle de manière normale. Ces cellules anormales envahissent la moelle osseuse et les autres cellules ne peuvent plus produire de globules rouges ou de plaquettes. Les malades meurent souvent à cause d'infections graves ou par hémorragies.
Une trop grande production de plaquettes, lathrombocytose, ou une production trop faible de plaquette, lathrombopénie, qui peuvent créer soit des caillots de sangs indésirés, soit des saignements qui ne s'arrêtent pas. Ces dysfonctionnements sont la plupart dus à une destruction des plaquettes après leurs créations, mais peuvent aussi être dus à des maladies de la moelle osseuse.
Lors de dysfonctionnements de la production de cellules sanguines, il peut être nécessaire de faire une ponction de la moelle osseuse, c'est-à-dire de recueillir de la moelle osseuse en l’aspirant à l'aide d'une seringue pour en faire un frottis (myélogramme), ou en prélevant une partie avec untrocart, afin d'en analyser la structure.
La ponction est une procédure très douloureuse pour le patient et uneanesthésielocale ou générale est nécessaire. Le patient est placé sur le côté afin d'accéder à l'arrière de la partie supérieure de l'os du bassin, lacrête iliaque. Une incision est faite à la peau et une aiguille est utilisée pour perforer l'os jusqu'à la moelle. Quand l'endroit est atteint, une seringue est attachée à l'aiguille est une aspiration d'environ2mlde la moelle est faite. Si une biopsie est nécessaire (c'est-à-dire, qu'il est nécessaire de conserver la structure de la moelle osseuse), untrocartest inséré à la même place au niveau de la peau, mais à un angle différent dans l'os ; 2cm^3 de moelle osseuse sont normalement prélevés. Les complications sont rares.
Cette procédure est relativement facile à exécuter et peut être pratiquée enambulatoire. L'analyse du prélèvement permet un diagnostic sûr et rapide du dysfonctionnement.
Lors de maladies affectant la production de cellules sanguines, par exemple lors d'une leucémie ou de drépanocytose, une transplantation de cellules souches hématopoïétiques est une option thérapeutique.
Ces cellules peuvent venir par un prélèvementautologue, à savoir du patient lui-même avant le traitement, ou par un donneurallogène, c'est-à dire une autre personne. Quand les cellules viennent du patient lui-même, les problèmes de rejet sont très rares (possible lors demyélomes multiplespar exemple).
Lorsqu'il n'est pas possible de recueillir les propres cellules hématopoïétiques du patient, un donneur compatible est recherché, d'abord au sein de sa famille, puis dans la liste des donneurs potentiels enregistrés. Il est important de trouver un donneur qui a la plus grande compatibilité avec lesantigènes des leucocytes humains(HLA) du patient.
Il est aussi possible d'utiliser des cellules hématopoïétiques de cordons ombilicaux ; ils ont l'avantage de ne pas nécessiter une très haute compatibilité HLA et d'être à disposition rapidement, mais ils s'implantent souvent moins rapidement. Ces cellules sont récupérées juste après la naissance d'un enfant et immédiatement congelées.
La récolte des cellules souches chez une personne peut se faire de deux manières :
Avant de transférer les cellules souches aux patients, il faut complètement éliminer la moelle osseuse malade parchimiothérapieetradiothérapie, et stimuler les défenses immunitaires. Pendant ce traitement, le patient doit être isolé car son système immunitaire est détruit.
Les cellules souches prélevées chez le donneur sont réinjectées dans le sang par perfusion. Elles vont repeupler plus ou moins rapidement la moelle osseuse.
L'augmentation de cellules rouges dans le sang permet d'amener plus d'oxygène aux cellules, en particulier aux cellules musculaires, ce qui permet aux sportifs d'être plus performant. Avant la découverte de l'EPO de synthèse, le dopage se faisait en prélevant du sang du sportif pour y extraire les globules rouges qui étaient congelés puis réinjectés avant une compétition. L'utilisation de l'EPO de synthèse a simplifié cette procédure. Une étude a montré que cette pratique peut augmenter de 7 % à 10 % les performances dans les sports d'endurance.
Une augmentation trop importante de globules rouges épaissit le sang ce qui peut amener à descaillots sanguins, à desinfarctuset à desaccidents vasculaires cérébraux. La prise de doses répétées d'EPO peut aussi provoquer des résistances à l'EPO, causant ainsi une anémie. On pense que l'EPO de synthèse est responsable de la mort d'une vingtaine de coureurs cyclistes européens depuis 1987.
Depuis lesJeux olympiques de Sydneyen 2000, les athlètes sont testés pour identifier la présence d'EPO de synthèse.