Les protéines représentent la part organique la plus abondante du plasma, avec une concentration normale de l'ordre de 60 à 80 grammes par litre. L'électrophorèse permet de les séparer en plusieurs fractions : l'albumine, les globulines alpha-1, alpha-2, bêta et gamma, ainsi que le fibrinogène qui migre entre les bêta et gamma globulines. L'albumine, synthétisée exclusivement par le foie, est la protéine majoritaire. Elle remplit une fonction osmotique capitale en maintenant la pression oncotique du plasma, ce qui retient l'eau à l'intérieur du compartiment vasculaire et conditionne la répartition des liquides entre le sang et les tissus interstitiels. Une baisse de l'albuminémie, comme on l'observe dans la cirrhose hépatique, le syndrome néphrotique ou la dénutrition sévère, se traduit cliniquement par des oedèmes. Par ailleurs, l'albumine assume un rôle de transporteur universel, capable de fixer et de véhiculer des acides gras libres, la bilirubine non conjuguée, de nombreux médicaments, des hormones thyroïdiennes et stéroïdiennes ainsi que des ions comme le calcium.

Les globulines forment un groupe hétérogène tant par leur origine que par leurs fonctions. Parmi elles, les alpha-1 et alpha-2 globulines comprennent des inhibiteurs de protéases comme l'alpha-1-antitrypsine, des protéines de la phase aiguë de l'inflammation telles que la protéine C réactive et l'haptoglobine, ou encore la céruloplasmine qui transporte le cuivre. Les bêta-globulines incluent la transferrine, responsable du transport du fer, le complément, les lipoprotéines de basse densité et le fibrinogène. Les gamma-globulines, quant à elles, sont essentiellement constituées des immunoglobulines, anticorps sécrétés par les plasmocytes issus de la différenciation des lymphocytes B. Ces immunoglobulines, réparties en cinq classes principales (IgG, IgA, IgM, IgE, IgD), sont les piliers de l'immunité humorale, reconnaissant avec une extrême spécificité les antigènes étrangers pour les neutraliser ou en faciliter l'élimination. Une élévation polyclonale des gamma-globulines signe une stimulation antigénique chronique, alors qu'un pic monoclonal évoque une gammapathie, bénigne ou maligne comme le myélome multiple.

Les électrolytes dissous dans le plasma comprennent le sodium, le potassium, le calcium, le magnésium, le chlore, les bicarbonates et les phosphates. Le sodium et le chlore, majoritaires dans le secteur extracellulaire, gouvernent l'osmolalité et le volume liquidien. Le potassium, principal cation intracellulaire, n'est présent qu'en faible concentration plasmatique mais des variations même minimes de sa valeur peuvent entraîner des troubles graves du rythme cardiaque. Le calcium ionisé participe à la coagulation, à la contraction musculaire et à la transmission nerveuse. Le système bicarbonate-acide carbonique, couplé à l'hémoglobine et aux protéines, confère au plasma un pouvoir tampon qui maintient le pH sanguin dans une étroite fourchette de 7,35 à 7,45, condition indispensable au fonctionnement enzymatique de l'organisme. Le plasma véhicule également les gaz respiratoires : une faible partie de l'oxygène y est dissoute, tandis que le dioxyde de carbone y circule sous forme dissoute, combinée à l'eau pour former de l'acide carbonique, ou lié aux protéines.

Sur le plan nutritionnel, le plasma transporte les produits de la digestion absorbés au niveau intestinal, qu'il s'agisse du glucose, principale source énergétique cellulaire, des acides aminés issus de l'hydrolyse des protéines alimentaires, ou des lipides organisés en lipoprotéines de différentes densités, chylomicrons, VLDL, LDL et HDL. Les déchets du métabolisme cellulaire, comme l'urée, la créatinine et l'acide urique, sont collectés par le plasma puis éliminés par les reins. Les hormones, sécrétées par les glandes endocrines, y sont diluées à des concentrations infimes et voyagent soit librement soit liées à des protéines de transport, avant d'atteindre leurs organes cibles.

La coagulation est une autre fonction vitale tributaire du plasma. Le fibrinogène, glycoprotéine soluble produite par le foie, est le précurseur de la fibrine. Lorsqu'une brèche vasculaire survient, la cascade enzymatique de la coagulation, mettant en jeu une série de facteurs plasmatiques numérotés de I à XIII, aboutit à la transformation du fibrinogène en un réseau insoluble de fibrine qui emprisonne les plaquettes et les globules rouges pour former le caillot. Le plasma contient en outre des inhibiteurs physiologiques de la coagulation, comme l'antithrombine III et la protéine C, empêchant la thrombose excessive. En clinique, la distinction entre plasma et sérum revêt une importance diagnostique : le plasma est obtenu à partir d'un échantillon sanguin prélevé sur un anticoagulant, qui préserve les facteurs de coagulation, alors que le sérum est le liquide surnageant après coagulation complète, dépourvu de fibrinogène et des facteurs consommés.

Le plasma possède des propriétés rhéologiques qui influencent directement l'écoulement sanguin et la perfusion des tissus. Sa viscosité, bien que modeste comparée à celle du sang total, dépend étroitement de la concentration en protéines de haut poids moléculaire. Des états d'hyperviscosité plasmatique, rencontrés par exemple lors d'une macroglobulinémie de Waldenström ou d'une hyperfibrinogénémie, peuvent perturber la microcirculation et engendrer des manifestations neurologiques ou cardiovasculaires.

D'un point de vue thérapeutique, le plasma et ses dérivés occupent une place de premier ordre. La transfusion de plasma frais congelé permet de corriger des déficits complexes en facteurs de coagulation, comme lors d'une hémorragie massive ou d'une insuffisance hépatocellulaire aiguë. Grâce aux techniques de fractionnement industriel, on prépare des concentrés d'albumine utilisés en réanimation pour restaurer la volémie, des concentrés d'immunoglobulines polyvalentes employées dans les déficits immunitaires primitifs ou les pathologies auto-immunes, ainsi que des concentrés de facteurs de coagulation spécifiques, facteur VIII ou IX, qui ont transformé le pronostic des hémophiles. Le plasma fait également l'objet de dons, le plus souvent par plasmaphérèse, un procédé qui prélève sélectivement le plasma en restituant au donneur ses éléments figurés. Ce don, utilisé directement ou comme matière première pour les médicaments dérivés du sang, est un pilier de la médecine transfusionnelle.

Au-delà de sa composition biochimique, le plasma sanguin constitue un miroir de l'état physiologique ou pathologique d'un individu. Toute modification de ses constituants peut orienter le diagnostic : une hyperglycémie évoque un diabète, une élévation des transaminases une cytolyse hépatique, un pic monoclonal une hémopathie lymphoïde, une hypocalcémie une tétanie. La recherche clinique s'appuie constamment sur ce liquide biologique pour identifier des biomarqueurs précoces de maladies, évaluer l'efficacité d'un traitement ou surveiller l'évolution d'une pathologie chronique. Le plasma, loin d'être un simple liquide de remplissage, s'affirme ainsi comme un tissu conjonctif fluide hautement spécialisé, orchestrant le transport, la régulation, la défense et la réparation au sein de l'organisme tout entier.