Transferts Tubulaires PDF

Transferts tubulaires I. Concept de la réabsorption et de la sécrétion Ici on a un néphron avec une partie en croissant qui est le glomérule suivi par le système tubaire. En haut et en rouge, il y a le réseau capillaire glomérulaire qui ensuite devient les vaisseaux capillaires péri-tubulair...

Transferts tubulaires I. Concept de la réabsorption et de la sécrétion Ici on a un néphron avec une partie en croissant qui est le glomérule suivi par le système tubaire. En haut et en rouge, il y a le réseau capillaire glomérulaire qui ensuite devient les vaisseaux capillaires péri-tubulaires et qui va être mis en jeu lors de la réabsorption. La filtration, c’est le passage du fluide capillaire glomérulaire vers la chambre urinaire. La réabsorption, c’est lorsque le produit dans la lumière urinaire, c’est à dire la lumière du tubule dont l’urine primitive est l’urine en cours de formation, va être ramenée dans le secteur interstitiel puis dans le secteur vasculaire péri-tubaire. Et finalement ce qui n’est pas réabsorbé mais qui a été filtré sera alors éliminé, on parlera d’excrétion. Le phénomène de sécrétion correspond au transfert d’une substance à partir des capillaires péri-tubulaires vers la lumière du tubule, c'est-à-dire vers l’urine. Ceci se fait par phénomène de sécrétion épithéliale qui va de l’interstitium vers la lumière urinaire. Cela va s’ajouter éventuellement à ce qui a été filtré si la substance est filtrée au niveau glomérulaire. Ce qu’il faut comprendre c’est que les phénomène de réabsorption et de sécrétion sont des processus très important quantitativement mais aussi fonctionnellement qui modifient la composition et le volume de l’urine à partir de l'ultrafiltrat initial (= urine primitive). L’urine définitive est très loin de l'ultrafiltrat primitif ceci est dû aux phénomènes de réabsorption et de sécrétion, qui peuvent être éventuellement couplés à différents segments du néphron. II. Principes du transport trans-épithélial Page 1 sur 9 A l’échelle moléculaire, on distingue deux grandes catégories de transport : passifs et actifs. Les transferts passifs se font dans le sens du gradient électrochimique. Ils répondent aux phénomènes de diffusion simple et de diffusion facilitée avec une molécule protéique de transport. Ex diffusion simple : O2, CO2, molécules lipophiles. Ex diffusion facilitée : ions, urée, eau, glucose, acides aminés. Les transferts actifs vont se faire contre un gradient électrochimique, donc requièrent une dépense énergétique : ○ → soit directement, par transport actif primaire parce que le système transport est muni d’une activité ATPasique et va consommer de l’ATP directement pour transporter la molécule. Ex: Na-K ATPase qui transporte 3 Na en sortie et 2 K en entrée dans le cytosol. ○ soit secondaire ou tertiaire (la différence entre eux étant le sens final du substrat transporté), il s’agit d’un couple généralement avec un transport sodium. La rentrée cellulaire de sodium générant la rentrée parallèle d’une molécule de glucose (via GLT), ou la sortie d’une autre molécule (typiquement l’antiport Na-H+). Il existe aussi d’autres types de transports pour des structures plus lourdes : → L’endocytose : c’est un phénomène qui consiste à capter à la surface du côté apical des cellules épithéliales une substance d’assez grosse taille (classiquement une petite protéine avec le système mégaline-cubiline) puis à assurer l’endocytose du complexe de la structure opsonisée et des protéines scavenger qui ont captées cette substance. L’ensemble fusionnant avec un lysosome, libérant les acides aminés qui ont été absorbés. → La transcytose : qui correspond au transport d’anticorps qui peuvent être amenés du pôle apical de la cellule vers le pôle basolatéral par opsonisation puis transfert via une vésicule puis sécrétion au pôle basolatéral des cellules. III. Voies de transport trans-épithélial Page 2 sur 9 On peut les distinguer en deux catégories : → la voie transcellulaire : ce qui suppose que la molécule transportée entre via un transporteur dans le cytosol depuis la lumière urinaire et qu’elle ressort via l’interstitium pour aller vers le capillaire péritubulaire. → la voie para-cellulaire : la molécule va passer entre deux cellules à travers les jonctions serrés (qui sont d’autant plus lâches qu’on est à la partie initiale du néphron et d’autant plus serrées qu’on est à la partie terminale du trajet néphronique). Le transport se fera par gradient de concentration et gradient de charge favorable pour passer, sous réserve de la perméabilité des jonctions serrées, de la lumière urinaire vers l’interstitium. Dans certains cas, si les concentrations ou les pressions sont défavorables, il peut y avoir un reflux dans l’autre sens. Les déterminants de la réabsorption passive sont : - pour le passage trans-épithélial essentiellement le gradient osmotique. - pour le passage trans-capillaire, la pression osmotique plasmatique et la pression hydrostatique interstitielle. 1) La voie transcellulaire Elle répond le plus souvent (surtout au niveau du tubule proximal) à une séquence d’évènements. 1. Présence d’un transport actif transépithélial du sodium avec un système d’entrées qui peut être couplé en transport actif secondaire ou tertiaire. Au pôle basolatéral il y a également une pompe Na/K ATPase qui va assurer l’extrusion du sodium qui est rentré dans le cytosol à partir de la lumière urinaire. 2. Transport isoélectrique d’un anion (ex Cl) qui va passer le plus souvent par voie paracellulaire. 3. Il y a un effet de gradient osmotique avec un mouvement transepithelial d’eau. La charge osmotique a été déplacée par le transport transcellulaire, puis par équilibration de la pression osmotique (les milieux étant sensiblement isotonique dans les segments proximaux du néphron) on obtient un passage massif d’eau par voie paracellulaire. 4. L'augmentation de fluide interstitiel va générer une augmentation de pression hydrostatique interstitielle et la pression oncotique capillaire est globalement élevée en sortir du glomérule. Ces deux éléments favorisent le transfert de l’interstitium vers le capillaire glomérulaire, c'est-à- dire la réabsorption vers les réseaux sanguins du contenu de l’urine. Page 3 sur 9  2) La voie paracellulaire Elle s’adresse essentiellement aux substances qui sont pas ou peu réabsorbées par voie trans-épithéliale (K, Ça, Mg, Cl, Urée,…). Le système va être parallèle à la voie trans-épithéliale, qui va générer une augmentation de la concentration des substances qui n’ont pas été transportées par voie trans-épithéliale. Cet effet de gradient, plus un voltage favorable, va provoquer un passage inter-épithélial à travers les jonctions serrées, si elles sont perméables pour la substance. Ces molécules rejoindront l’interstitium puis le capillaire péritubulaire. Cette perméabilité partielle des jonctions serrées est potentiellement réciproque (le passage peut se faire dans un sens ou dans l’autre en fonction du gradient). C’est le cas par exemple avec le sodium : la concentration de sodium s’accumule dans l’interstitium parce que le drainage capillaire péritubulaire devient insuffisant : il y aura un phénomène de reflux du sodium de l’interstitium vers la chambre urinaire. L’eau suit le mouvement par voie paracellulaire. C’est ce qu’on appelle le phénomène de back leak qui va limiter la réabsorption tubulaire. En effet, plus cette réabsorption active est importante, plus le fluide s’écoule dans l’interstitium (surtout si le débit sanguin péri-tubulaire est insuffisant). IV. Zones de résorption active / passive Globalement la réabsorption tubulaire proximale est un phénomène qui est prédominant, massif et qui fait appel à un puissant transport actif : environ 2/3 du sodium est réabsorbé dans le tubule proximal. C’est un transport actif trans-épithélial qui va générer des flux parallèles d’anions et d’eau. La deuxième zone de transports actifs très importante est la branche ascendante large de l’anse de Henlé (qui est dans la médullaire externe ++). Elle est responsable de 25% de la réabsorption du sodium avec un transport parallèle d’anion mais une imperméabilité relative aux fluides ce qui générera une diminution de la concentration osmotique dans la lumière tubulaire. Les petites flèches mauves tout au long du tube correspondent au transport passif de différentes substances en fonction du gradient de concentration. Page 4 sur 9  V. Quantification des transferts tubulaires On peut mathématiquement assez simplement représenter les transferts tubulaires. Ça ne donne pas les détails des lieu et des systèmes de transports mais si on fait un bilan métabolique, ça permet de comprendre si une substance est globalement sécrétée ou plutôt réabsorbée et d’avoir une idée de l’amplitude de la réabsorption ou de la sécrétion. On va calculer la réabsorption tubulaire (RT) et la sécrétion fractionnelle (EF). Elles sont toujours représentées comme des proportions des quantités filtrées, qui dépendent du coup du débit de filtration glomérulaire. On obtient ainsi cette équation : avec Cs = clairance urinaire de la substance ; DFG = débit de filtration glomérulaire = clairance de la créatinine. En simplifiant l’équation, on se rend compte que c’est un produit en croix des concentrations urinaire et plasmatique de la substance et du traceur de filtration glomérulaire, le tout exprimé en pourcentage. La réabsorption c’est tout simplement, 100% - la valeur en pourcentage de la quantité excrété au final. Ce qui permet dans certains cas d’exprimer non pas l’excrétion fractionnelle mais plutôt la réabsorption tubulaire. Par exemple pour les phosphates, on ne parle pas de la l’excrétion fractionnelle des phosphates qui est de 15%, on parle plutôt de la réabsorption tubulaire parce que c’est souvent ce regard qui est jeté vers les fuites rénale de phosphate donc la réabsorption tubulaire des phosphates est d’environ 85%. Et inversement lorsque la quantité excrétée est très faible, souvent on exprime ça en excrétion fractionnelle : par exemple l’excrétion fractionnelle du sodium qui est de 0,5% à 1% de la charge filtrée et celle du calcium qui représente 1 à 2% de la charge filtrée. On peut bien sûr déterminer la quantité de substance réabsorbée en valeur absolue : quantité excrétée = quantité filtrée - quantité réabsorbée avec quantité réabsorbée = quantité filtrée - quantité excrétée Globalement le calcul est assez facile et on peut deviner l’effet du transport trans-tubulaire de la substance (sécrétion et excrétion) et avoir une idée de la normalité ou de la déviation à la normalité de ce type de transfert. Page 5 sur 9  Transferts tubulaires (suite) I. Réabsorption proximale des nutriments D’abord, quelques données générales sur la réabsorption proximale des nutriments (puisque ils représentent l’essentiel des molécules organiques qui vont être réabsorbées, en particulier au niveau du tubule proximal). La majorité des nutriments sont en fait librement filtrés. C’est le cas pour le glucose, les acides aminés, les corps cétoniques (acétone, acéto-acétate, B-hydroxybutyrate), pour le lactate et pour un certain nombre de produits intermédiaires du cycle de Krebs. Toutefois ces substances sont précieuses pour le métabolisme énergétique de l’organisme et les perdre n’est pas logique en termes de fonctionnalités. Ainsi, la majorité de ces substances vont être fortement réabsorbées tout au long du trajet néphronique et particulièrement au niveau du tubule proximal, certaines étant même totalement réabsorbées, devenant quasiment absentes de l’urine définitive. La réabsorption de ces substances organiques va passer le plus souvent au pôle apical des cellules épithéliales tubulaires proximales par un système de co-transport couplé au Na+ ce qui favorise le transport actif des substances. Une fois que la substance est accumulée dans le cytosol de la cellule épithéliale, il n’y a plus qu’à avoir un transporteur passif au pôle baso-latéral. On a à ce moment-là un découplage du transport du Na+ de la substance au niveau basolatéral. Ces transports moléculaires impliquent l’existence d’une molécule protéique transporteur souvent spécifique d’un substrat (comme par exemple les transporteurs de glucose), parfois spécifique d’une famille de substrats (comme par exemple les transporteurs des acides aminés qui transportent globalement les groupes d’acides aminés en fonction de leurs propriétés physico-chimiques ( exemple : les transporteurs des acides aminés dibasiques). Cela suppose bien sûr que ces transporteurs puisqu’ils sont spécifiques soient éventuellement à risque d’être mis en compétition entre les substrats eux-mêmes s’il y a plusieurs substrats pour le transporteur, ou avec d’autres molécules exogènes, par exemple des médicaments. Par ailleurs ces mêmes transporteurs, puisque ce sont des protéines, sont codés par des gènes et des mutations peuvent générer des anomalies de transport. Lorsqu’on a affaire à une mutation inactivante, cela va générer une fuite tubulaire. Exemple type : le diabète rénal : Il s’agit d’une glycosurie qui apparaît sans hyperglycémie (d’où le terme diabète rénal), qui peut être due : - soit à une mutation de SGLT-2, qui est le cotransporteur Na+ / glucose apical des cellules épithéliales proximales. - soit à une mutation de GLUT-2 qui est le transporteur de la zone baso latérale des cellules épithéliales tubulaires proximales. Autre exemple : la cystinurie : Elle est causée par une mutation de l’un des 2 transporteurs de la cystine, SLC3A1 et SLC7A9 (ces deux transporteurs sont apicaux et couplés au Na+). La cystine est un acide aminé peu soluble : s’il n’est pas suffisamment transporté et réabsorbé après avoir été filtré, il va cristalliser dans les urines et donner des lithiases urinaires faites de cystines : c’est la cystinurie. Page 6 sur 9  II. Les transports ont des capacités limitées Les “transports”, ce sont les protéines qui transportent ces substances organiques. Leur nombre à la surface des cellules épithéliales est limité, leur affinité peut varier et c’est pour ça qu’il y a une capacité maximale de transport. Si la quantité de substances présentes dans l’urine dépasse cette capacité maximale de transport, on la retrouvera dans l’urine. La notion de transport maximum aussi appelée Tm correspond au maximum de la capacité par unité de temps de transport de la substance, de la lumière urinaire vers le pôle basolatéral de la cellule. La notion de seuil résulte finalement de la notion de Tm : lorsque la capacité de transport maximale d’une substance est atteinte, s’il y a un excédent de cette substance dans l’urine qui a été filtrée, il ne pourra pas être réabsorbé. Il va passer le long des cellules épithéliales qui sont saturées et on retrouvera la substance dans l’urine s’il n’y a pas de capacité de transport au-dessous de la zone du transporteur. Cela définit le seuil d’excrétion urinaire qui est caractérisé lorsque la substance est normalement totalement réabsorbée (comme le glucose) par l’apparition de sa présence dans les urines (apparition d’une glycosurie dans notre exemple). Le système de transport a une affinité spécifique pour son substrat. Il y a un phénomène de compétition : il y a une possibilité d’inhibition du transport soit par un médicament, soit par une substance toxique exogène qui va entrer en compétition avec le système de transport, le bloquer parce que l’affinité de cette substance exogène sera préférentielle à celle du substrat. Il y a aussi une possibilité de compétition avec les AA : si une grande quantité d’acide aminé de mêmes caractéristiques physico-chimiques arrive sur un nombre de transporteurs limités, les AA de plus forte affinité pour le transporteur seront à peu près réabsorbés alors que les autres commenceront à fuir dans les urines. III. Exemple : Transport maximum du glucose (Tm) et seuil de glycosurie En abscisse du graphique, on a la glycémie représentée en gramme par litre, et en ordonnée, on a le débit urinaire de glucose. Le débit urinaire de glucose, pour la courbe diagonale, correspond à ce qu’il y a dans l’urine primitive, c’est-à-dire à ce que l’on appelle la charge filtrée de glucose : c’est le produit de la concentration plasmatique en glucose par le débit de filtration glomérulaire. Sur la courbe faite avec des points ronds ( celle en rouge), on peut voir la concentration de glucose dans l’urine finale. Au fur et à mesure que la charge filtrée (en pointillé vert) de glucose augmente, la réabsorption (ligne continue verte) évolue en parallèle, donc il n’y a pas de glucose dans les urines (première partie du graphique, à gauche). A un moment donné, la capacité de transport maximum est atteinte (débit d’environ 1,8 mmol/min) : tous les transporteurs sont saturés. Si la charge filtrée continue à augmenter, l’excédent de charge filtré ne pourra plus être réabsorbé : on a atteint le plateau d’absorption (représenté par l'aplatissement de la courbe de réabsorption en vert). Puisqu’on ne réabsorbe plus l’excédent de glucose filtré, il apparaît dans les urines (partie basse du graphique), avec une concentration urinaire qui évolue en parallèle strict de la charge filtrée. L’apparition de la glycosurie (courbe continue fine rouge, en bas) se fait vers 11 à 16 mmol/L (= en gros 2 ou 3 g de concentration plasmatique). Cela se fait de façon très progressive, car il existe une hétérogénéité néphronique : Page 7 sur 9 certains néphrons vont être saturés plus vite que d’autres. On aura donc non pas un seuil unique pour tous les néphrons mais un seuil qui varie en fonction des populations de néphrons : la glycosurie augmente au fur et à mesure que le Tm est atteint sur chaque catégorie de néphrons. IV. Sécrétion active d’ions organiques 1) Les anions organiques Cette liste n’est pas exhaustive, elle est juste indicative d’un certain nombre de substances anioniques organiques qui sont sécrétés de façon active par le tubule proximal. On retrouve notamment dans les substances endogènes les sels biliaires, les citrates, les urates, les oxalates, les prostaglandines, l’ascorbat, l’histamine, la guanidine. Il y a aussi un grand nombre de médicaments qui sont sécrétés par les cellules épithéliales proximales comme l’acétazolamide, la furosémide, la pénicilline, les salicylates, les analogues nucléotidiques (traitements antirétroviraux très efficaces mais potentiellement toxiques pour le tubule proximal). Il y a des risques d’interférences entre toutes ces molécules car il n’y a pas un transporteur spécifique pour chaque molécule (seulement quelques dizaines de transporteurs pour les anions organiques). Quand ces molécules arrivent au niveau du pôle basolatéral ou apical des cellules épithéliales proximales, il y a un risque de compétition et donc d’interférences de transport. 2) Les cations organiques Pour les cations organiques qui sont transportés activement au niveau du des cellules épithéliales proximales, c’est-à-dire sécrétés dans la lumière urinaire, on retrouve encore des substances endogènes comme l’acétylcholine, la créatinine (qui est en partie filtrée, mais dont 20% est aussi sécrétée), la dopamine, la noradrénaline, la sérotonine, l’histamine et l’ammonium. On a aussi des drogues qui interfèrent comme l’atropine, l’isoprotérénol, la cimétidine (médicament anti-ulcéreux), la procaïne, la quinine, la morphine, la triméthoprime, et la triamtérène. V. Exemples d’intéractions médicamenteuses avec la sécrétion tubulaire proximale de créatinine Pour évaluer la fonction rénale d’un patient polymédicamenté, on regarde l’interférence entre le transport d’une substance endogène cationique et des substances exogènes. Ici, normalement, la créatinine (à gauche de la figure) traverse au pôle basolatéral des cellules tubulaires Page 8 sur 9 proximales via le transporteur OCT2 et retraverse au pôle apical pour aller vers la lumière urinaire via le transporteur MATE1. Mais il existe des drogues qui interagissent en compétition et qui inhibent la sécrétion de créatinine. On a par exemple le dolutégravir (un antirétroviral) qui bloque OCT2, ou des substances comme la Cimétidine, le Trimethoprim, le Ritonavir et le Cobicistat (tous les deux inhibiteurs de protéases) qui inhibent MATE1 en rentrant en compétition avec la sécrétion de créatinine. Chez ces patients qui prennent ces médicaments, la sécrétion de créatinine est diminuée et donc la concentration plasmatique est augmentée (alors qu' il n’y a pas d’altération de la filtration glomérulaire mais juste un blocage du transport tubulaire ). Piège classique dans l'évaluation de la fonction rénale. VI. Réabsorption tubulaire proximale : de la physiologie à la pathologie… Cette dernière partie est un exemple de ce qu’il se passe lorsque le tubule proximal est mis à mal par une intoxication médicamenteuse ou par une transportopathie génétique. A l’état physiologique : Ce schéma résume le phénomène de réabsorption proximale. A gauche de la figure, on a l’urine primitive dans la lumière tubulaire et à droite les cellules tubulaires proximales dont l’apex est muni de nombreux co transporteurs (Na+/HPO2-4, Na+/AA, Na+/glucose…). Au pôle basolatéral, on a la force motrice principale de la réabsorption tubulaire proximale qui est la pompe Na+, K+ ATPase (elle consomme beaucoup d’ATP produite par les mitochondries des cellules épithéliales proximales). La plupart des substances sont réabsorbées (grosse flèche à gauche qui va vers la droite, vers les cellules), seule une infime partie se retrouve dans l’urine post-proximale. A l’état pathologique : Le syndrome de Fanconi par tubulopathie mitochondriale (analogues nucléotidiques): Le syndrome de Fanconi peut être d’origine génétique ou causé par une toxicité médicamenteuse. Les mitochondries du tubule proximal ne peuvent plus produire assez d’énergie (cercle pointillé en rouge): la pompe NA+/K+ n’a plus assez d’ATP donc elle diminue sa force motrice qui permettait le fonctionnement des protéines de transport. La réabsorption tubulaire des substances filtrées diminue et on retrouve alors ces substances dans les urines créant un diabète (phosphaté, d’acides aminés, de glucose...). Ces fuites tubulaires proximales multiples définissent le Syndrome de Fanconi avec un impact métabolique osseux important et se compliquent d’insuffisance rénale. Page 9 sur 9