Physiologie rénale: Structure et Fonction

Physiologie Rénale

• Le rein est un organe rétropéritonéal d'environ 140g, ressemblant à une graine de haricot, et est essentiel à la vie.
• Sur une coupe, le rein se distingue en deux zones : une zone rouge foncée (médullaire) et une zone claire (corticale).
• La fonction principale du néphron est de débarrasser le plasma des substances indésirables.

Structure Microscopique du Rein

• Le cortex rénal contient les corpuscules de Malpighi (avec les capsules de Bowman) et les parties initiales des tubules proximaux.
• Les anses de Henlé s'étendent à différentes distances dans la médullaire rénale, avant de se terminer dans les tubules distaux.
• Les tubules distaux se terminent dans les tubules collecteurs de la médullaire, qui se dirigent vers le bassinet, puis l'uretère, et enfin la vessie.
• L'urine s'écoule de la vessie vers l'extérieur par l'urètre pendant la miction.
• Le néphron, unité fonctionnelle du rein, comprend :
  • Un glomérule irrigué par l'artériole afférente.
  • L'espace de Bowman, où le liquide filtré se collecte.
  • Un tubule rénal comprenant les tubules proximal et distal, l'anse de Henlé, et le tubule cortical.
• Le tubule rénal a un segment proximal, l'anse de Henle et un segment distal.
• L'anse de Henlé a des particularités de distribution entre la médullaire et le cortex rénal.
• Le tubule distal a des parties proximales et distales.
• Le passage du liquide à travers les tubules permet au rein d'éliminer les déchets et de préserver les éléments essentiels à l'organisme.
• Un quart du débit cardiaque irrigue le rein pour assurer une épuration rapide.
• L'artère interlobaire alimente le rein, se divisant en branches interlobulaires qui se terminent dans les capsules de Bowman en tant qu'artérioles afférentes.
• Le rein assure notamment l'équilibre hydrique et électrolytique, la régulation de la pression artérielle via le système rénine-angiotensine-aldostérone, la production d'érythropoïétine et l'activation de la vitamine D, ainsi que des fonctions métaboliques comme la glycogénolyse.

Formation de l'Urine

• Les mécanismes fondamentaux par lesquels le néphron épure le plasma incluent la filtration glomérulaire et les transferts tubulaires (réabsorption, excrétion et sécrétion).

Filtration Glomérulaire

• La filtration glomérulaire crée l'urine primitive, un ultrafiltrat plasmatique presque identique au plasma, mais sans protéines.
• L'ultrafiltrat résulte du passage du sang de l'artériole afférente à travers le glomérule et la capsule de Bowman.
• La membrane glomérulaire se compose de trois couches : l'endothélium, la membrane basale et l'épithélium.
• L'endothélium capillaire contient des pores perméables de 50 à 100 nm.
• La membrane basale est formée de fibres de mycopolysaccharides.
• La couche épithéliale présente des expansions digitiformes appelées pédicelles, laissant des fentes de 5 nm pour le passage du filtrat.
• Les mécanismes de la filtration glomérulaire sont :
  • La diffusion : le glomérule filtre sélectivement selon la taille des molécules (PM). Le cytochrome C (PM 12 000 da), la catalase bovine (PM 240 000 da) et la ferritine (PM 640 000 da) sont utilisés comme traceurs.
  • La pression capillaire détermine la perméabilité, avec diffusion par les pores et les fentes.
  • La vitesse de diffusion est inversement proportionnelle au PM de la substance.
• L'uniline (polymère de fructose, PM 5000 da) est une substance de choix pour l'étude de la filtration glomérulaire.
• Les forces qui régissent la filtration glomérulaire incluent :
  • La pression hydrostatique capillaire (Ph = 75 mmHg), due à l'éjection sanguine par le cœur.
  • La pression oncotique dans le glomérule (Пc = 30 mmHg), due aux protéines ne traversant pas le filtre.
  • La pression hydrostatique dans la capsule de Bowman (PT = 10 mmHg).
  • La pression oncotique de la capsule (Пт ≈ 0 mmHg), due à l'absence de protéines.
• La pression de filtration glomérulaire (Pf) se calcule par : Pf = Ph - (πc + Pt).

Mesure de la Filtration Glomérulaire (FG)

• Basée sur le volume de plasma épuré par le rein par unité de temps, défini comme la clearance.
• Une substance indicatrice doit avoir un faible PM, être non ionisée, non toxique, et ne pas être réabsorbée, sécrétée ou produite par le rein.
• L'inuline est la substance de choix pour mesurer la FG.

Clearance

• Clearance = (Concentration urinaire de la substance (mg/ml) x Débit urinaire (ml/min)) / Concentration plasmatique de la substance (mg/ml).
• La clearance de l'inuline est d'environ 125 ml/min et représente le débit de filtration glomérulaire.
• La créatinine est une substance endogène alternative, mais son utilisation doit être limitée aux fonctions de filtration stables.
• DFG = Kf x Pf, où Kf est le coefficient d'ultrafiltration, fonction de la surface et de la perméabilité hydraulique des capillaires.

Facteurs Modifiant la FG

• Intégrité du filtre glomérulaire
• Le débit sanguin rénal : plus il est élevé, plus la FG augmente.
• Une vasoconstriction de l'artériole afférente diminue la FG, tandis qu'une vasoconstriction de l'artériole efférente l'augmente.
• La stimulation sympathique diminue aussi la FG.
• L'âge diminue la FG de 0,5% tous les 10 ans et le sexe.
• Chez l'homme la FG est de FG= 130 ± 15 ml/mn/1, 73 m²
• Chez la femme la FG= 120 ° 15 ml/mn/1, 73m²
• Durant la grossesse la FG augmente de 30 environ pour atteindre 150 ml/mn/1,73m².

Transferts Tubulaires

• En moyenne, 125 ml/min de liquide sont filtrés, soit 180 litres/24h, dont 178 litres sont réabsorbés et 2 litres éliminés comme urine.
• La réabsorption tubulaire maintient l'équilibre hydroélectrolytique et acido-basique de l'organisme.
• L'urine définitive ne contient pas de glucose ou d'acides aminés réabsorbés, et a un pH acide dû à la réabsorption des bicarbonates et à la sécrétion des ions H+.

Types de Transferts Tubulaires

• Réabsorption, excrétion et sécrétion.
• Le transport actif se fait contre un gradient de concentration, consomme de l'ATP, et peut être saturable, comme la réabsorption totale du glucose.
• Le taux maximum de transport (TM) dépend de la capacité du transporteur et des enzymes disponibles.
• Le seuil de transport (ST) est la concentration plasmatique en dessous de laquelle une substance n'apparaît pas dans l'urine.
• Une diminution du TM indique une fonction tubulaire défaillante.
• Le transport passif suit un gradient de concentration, sans consommation d'énergie, et est limité par les concentrations dans le liquide interstitiel et le tubule rénal.
• Un gradient osmotique créé par le transport actif du sodium entraîne le passage de l'eau.
• Un gradient électrochimique conduit au passage passif du chlore jusqu'à l'équilibre membranaire.
• La diffusion piégée implique la liaison d'ions H+ avec des substances toxiques, empêchant leur retour dans les cellules.
• Les méthodes d'étude expérimentales incluent la microperfusion, la microponction, et la technique du stop-flot.
• La clearance tubulaire mesure le volume plasmatique débarrassé d'une substance par le rein par unité de temps, ajusté à la surface corporelle.
• La clearance de réabsorption se produit lorsque la clearance d'une substance est inférieure à celle de l'inuline, indiquant une réabsorption.
• La clearance de sécrétion se produit lorsque la clearance d'une substance est supérieure à celle de l'inuline, indiquant une sécrétion.

Réabsorption Tubulaire du Sodium et de l'Eau

• Le sodium, ultra filtrable, est réabsorbé pour maintenir l'homéostasie du milieu intérieur.
• Au niveau du tubule proximal (TCP), 75% du sodium filtré est réabsorbé activement.
• Le transport passif du sodium de la lumière tubulaire vers la cellule rénale est favorisé par un gradient électrique et osmotique.
• Un cotransport Na+/glucose (ou acides aminés) facilite le passage du sodium, suivi d'un transport actif du Na+ via la pompe Na+/K+ ATPase.
• Le sodium diffuse ensuite vers le capillaire péritubulaire et rejoint le sang.
• La diffusion du sodium vers le capillaire péritubulaire est vers le sang par la suite.
• La branche descendante de l'anse de Henlé est perméable à l'eau et au sodium, tandis que la branche ascendante n'est perméable qu'au sodium.
• L'urine devient concentrée en descendant et diluée en montant, car le sodium sortant de la branche ascendante est réabsorbé et attire l'eau de la branche descendante.
• Un triple transport Na+/K+/2Cl- intervient au niveau apical de la cellule tubulaire, permettant la réabsorption.
• Les mouvements de sodium et d'eau créent un contre-courant amplificateur.
• L'anse de Henle est à l'origine d'un mécanisme de concentration-dilution de l'urine.
• Au niveau du tubule distal (TCD), les chémorécepteurs de la macula densa détectent les variations de NaCl et stimulent le système rénine-angiotensine-aldostérone.

Aldosterone

• L'aldostérone, sécrétée par les surrénales, stimule la réabsorption distale de sodium via des cotransporteurs Na+/Cl-.

ADH

• Au niveau du tubule collecteur, la réabsorption d'eau est régulée par l'ADH (hormone antidiurétique), synthétisée dans l'hypothalamus et sécrétée en réponse à l'élévation de l'osmolarité sanguine.
• L'ADH agit par l'intermédiaire de l'AMPc, activant les aquaporines tubulaires et rétablissant l'osmolarité.

Clearance Osmolaire et de l'Eau Libre

• La clearance osmolaire est le volume d'urine iso-osmolaire par rapport au plasma.
• La clearance de l'eau libre est le volume d'eau éliminé au-delà de ce qui est nécessaire pour maintenir l'iso-osmolarité.
• Une clearance de l'eau libre positive indique un manque d'ADH ou un diabète insipide (central ou néphrogénique).
• Une clearance de l'eau libre négative indique une sécrétion d'ADH ou une restriction hydrique.

Réabsorption du Glucose

• Le glucose, essentiel énergétiquement, est totalement filtré et obligatoirement réabsorbé.
• Si la glycémie dépasse 1 g/l, le néphron recrute des transporteurs spécifiques.
• Le seuil rénal du glucose (SRG) se situe entre 1,60 g/l et 1,80 g/l. et lorsque la valeur du seuil renal du glucose est superieur à 1,80 g/l le glucose apparait encore plus dans les urines.
• A glycémie de3,5g/l le transport maximum du glucose est atteint
• Le TMg est de 350 mg/min.
• La réabsorption se fait au niveau du TCP, via un cotransport Na+/glucose sur le pôle apical (SGLUT2).
• Le glucose est ensuite transporté via GLUT2 sur le côté basal.

Réabsorption des Acides Aminés

• Les acides aminés, de faible poids moléculaire, sont filtrés à un taux de 01 mg/mn puis réabsorbés au niveau du TCP, par un mécanisme similaire à celui du glucose.
• Le TM des acides aminés varie selon l'acide aminé.

Transport de l'Acide Urique

• Environ 700 mg d'acide urique sont produits quotidiennement, dont 60-70% sont éliminés dans l'urine.
• 250 mg sont réabsorbés activement par le TCP via un mécanisme enzymatique.
• La colchicine, un uricoéliminateur, bloque les transporteurs enzymatiques favorisant l'excrétion de l'acide urique.

Transport des Phosphates

• Les phosphates (PO4¯¯¯) sont presque totalement réabsorbés, jouant un rôle crucial dans l'équilibre acido-basique.
• 85-95% des phosphates sont réabsorbés activement au niveau du TCP
• LM des phosphates entre 4 et 5 mg / mn.

Sécrétion Tubulaire

• L'acide para-amino-hippurique (PAH) est utilisé pour étudier la fonction tubulaire rénale.
• Le Tm du PAH se situe entre 75 et 80 mg/mn.
• Le PAH permet de mesurer le débit plasmatique rénal, car il est totalement filtré et éliminé à 91%.
• La clairance du PAH est utilisée pour calculer le débit plasmatique rénal (DPR) et le débit sanguin rénal (DSR), en tenant compte de l'hématocrite.
• Certaines substances endogènes, comme la créatinine, l'urée et l'acide urique, sont éliminées par sécrétion tubulaire.
• De nombreux médicaments sont également éliminés par cette voie.

Rein et Équilibre Acido-Basique

• Le CO2 et l'eau, produits du métabolisme, sont liés aux protons H+.
• L'équation de Henderson-Hasselbalch simplifie l'évaluation des variations du pH: PH = pKa + log([HCO3-] / [CO2]).
• Les variations du pH dépendent des [CO2] et [HCO3-].
• L'organisme maintient un pH normal grâce à trois mécanismes : les systèmes tampons du sang, le poumon et le rein.
• Au plus le pH est acide aux moins il y a de carbonate .
• Le rein est le plus efficace des system qui agissent sur le PH.

Systèmes Tampons

• Les systèmes tampons, intra ou extracellulaires, font parti du système fermé et permettent de maintenir le Ph à l'intervalle physiologique.
• Les systèmes tampons se composent à 53% de bicarbonates (CO2/HCO3¯).
• Et à 47% des tampons non bicarbonatés les TBN représentés par les protéines essentielement l'hémoglobine.

Rôle du Poumon

• Le poumon, système ouvert, élimine le CO2 et permet de réguler le PH lorsque le CO2 dépasse les capacités régulatrices des systèmes tampons.
• Le centre bubaire gère les mouvements mécaniques respiratoires gèrent les variations de la pco2.

Rôle du Rein

• Le rein, le plus efficace, régule le pH en variant le pH urinaire.
• Quatre mécanismes permettent de maintenir un PH de 7,40 ± 0,02 : -Production - sécrétion des ions H+. -Réabsorption des HCO3¯¯ -Mécanisme des phosphates dis sodiques /phosphates mono sodique. -Production et sécrétion des NH3.

Production et la Sécrétion des Ions H+

• Le rein épure des protons H+ produits par la cellule tubulaire à partir d'une respiration cellulaire ainsi que les ions bicarbonates sont réabsorbés.
• Les ions formés sont excretés dans les urines.

Réabsorption Des Bicarbonates Filtrées

• Les HCO3 font partie des systèmes tampons de l’organisme (53%) et doivent être réabsorbées.
• La réabsorption vraie se fait la formation de CO2.
• Elle est influencer par : - le PH acide - l’hypochlorémie.

Mécanisme des Phosphates

• Le mécanisme des phosphate sert support a l'acidité titrable.

Production Et La Sécrétion Du NH3

• L'amnomiac résulte du métabolisme des protides.

Rein et Équilibre Potassique

• Le potassium, minéral intracellulaire, est essentiel à la polarisation membranaire des cellules excitables.
• Seule la fonction rénale peut gérer ce métabolisme, par régulation de l'excrétion au niveau du TCD en fonction de la kaliémie, pH sanguin et chlorémie.
• Les taux de potasium sanguin augmentent en cas d'apport du potassium par l'alimentation.
• La commande hormonale (aldostérone – insuline) joue le rôle régulateur de la sécrétion du K+.

Rein et Équilibre Phosphocalcique

• 60% du calcium plasmatique est filtré pour ce faire seul le calcium ionisé (Ca++) passe à travers la structure histologique.

Les hormones du Rein

• Le PTH augmente la réabsorption tubulaire proximale calcium et la résorption osseuse.
• La vitamine D3 augmente l'absorption intestinale du Calcium.
• La calcitonine diminue la réabsorption tubulaire des phosphates.