Le filtre glomérulaire - Cours PDF

LE FILTRE GLOMÉRULAIRE INTRODUCTION Nous allons nous intéresser au filtre glomérulaire, à sa structure, à ses fonctions et à son implication dans le phénomène de protéinurie. I. Rappels histologiques Sur la coupe transversale d’un glomérule de rat en coloration PAS, on observe:...

LE FILTRE GLOMÉRULAIRE INTRODUCTION Nous allons nous intéresser au filtre glomérulaire, à sa structure, à ses fonctions et à son implication dans le phénomène de protéinurie. I. Rappels histologiques Sur la coupe transversale d’un glomérule de rat en coloration PAS, on observe: - le floculus (en rouge) - la chambre urinaire, située autour du floculus, elle contient l’urine primitive - le feuillet pariétal de la capsule de Bowman, en bordure Sur le glomérule en lui-même, on retrouve: - la macula densa : c’est un replis du tubule contourné distal qui se blottit le long du glomérule entre 2 artérioles. Elle se situe à la base du glomérule. - l'épine mésangiale : c’est un assemblage de cellules mésangiales autour desquelles viennent s’entourer les capillaires glomérulaires. - les podocytes : ils bordent les capillaires glomérulaires. Ils sont caractérisés par une image en croissant à l’extérieur du capillaire avec un gros noyau et une cytosol rose. Sur cette image en microscopie électronique, on observe les trois couches du filtre glomérulaire (la cellule endothéliale fenêtrée, la membrane basale, et un podocyte avec ses pédicelles). II. Structure et rôle du filtre glomérulaire A l’intérieur du capillaire glomérulaire, le sang traverse les trois couches du filtre glomérulaire, à savoir: - la cellule endothéliale largement fenêtrée (bordée par un riche et épais glycocalyx chargé électro négativement). La fenestration représente environ 25% de la surface capillaire glomérulaire. - la membrane basale, composée de laminine et de collagène IV. - les pédicelles (en vert) Environ 20% du plasma qui traverse les capillaires glomérulaires est ultrafiltré pour former l’urine primitive. Entre les pédicelles, il existe un réseau de maillage protéique longitudinal et perpendiculaire à l’axe des pédicelles constitué de protéines comme la néphrine, la podocine et Neph 1. 1 Lorsque l’une de ces protéines est mutée, la permsélectivité du filtre glomérulaire est altérée et il y a une fuite protéique importante comme notamment d’albumine. C’est le cas par exemple lors d’une mutation inactivante de la néphrine au cours du syndrome néphrotique finnois. L’ultrafiltrat du plasma donne donc naissance à l’urine primitive qui contient peu de colloïdes (< 100 mg/L). Les molécules fortement liées aux protéines seront donc peu filtrées. L’ultrafiltrat ne contient pas de cellules donc pas d’hématies. En fonction de l’équilibre de Gibbs Donnan, il y a plus de protéines dans le secteur plasmatique que dans l’urine primitive, il y aura alors une redistribution des charges électriques de part et d’autre de la membrane avec plus d’anions (x1.05) et moins de cations (x0.95) du côté de l’urine primitive. III. La perméabilité glomérulaire La perméabilité glomérulaire est avant tout définie par la porosité membranaire. Le filtre glomérulaire comporte des éléments qui déterminent largement sa perméabilité. C’est un rôle dédié à la slit membrane tendue entre les pédicelles des podocytes réalisant un effet de tamis moléculaire. La structure longitudinale des assemblages moléculaires crée une fente très fine qui détermine la sélectivité de la perméabilité moléculaire aux grosses molécules. Ces molécules sont filtrées en fonction de leur taille, leur forme (les molécules longues passent plus facilement que les rondes), leur charge électrique (comme l’assemblage est électronégatif, les molécules négatives sont mises en répulsion alors que les positives passeront plus facilement à travers ce filtre glomérulaire). Sur l’expérience de droite, on a administré chez des rats des ficolls de charges électriques et de tailles moléculaires variables. Pour un poids moléculaire donné, les ficolls cationiques ont un coefficient de tamisage plus élevé que les ficolls anioniques. Ces dernières années, une attention a été portée au rôle du glycocalyx endothéliale dans la permsélectivité. Ce glycocalyx est épais et lorsqu’il est endommagé, une protéinurie peut être déclenchée. Comme il est chargé négativement cela à abouti à une théorie : il existerait un effet de répulsion électromagnétique lié au déplacement des molécules protéiques électronégatives à la surface de l’endothélium. Plus le débit sanguin est fort, plus le frottement des charges négatives de l’albumine le long du glycocalyx électronégatif va créer une force de répulsion électromagnétique (= force de Laplace). Ce phénomène pourrait expliquer le phénomène de protéinurie orthostatique observé parfois chez le sujet sain jeune. En effet, la diminution du débit sanguin en position debout va ralentir fortement le flux de perfusion rénale, cela diminue la force de répulsion électromagnétique. Si le glycocalyx n’est pas tout à fait mature, cela pourrait expliquer le passage de quelques molécules d’albumine supplémentaires par rapport à la valeur physiologique et l’apparition temporaire d’une albuminurie en position debout qui disparaît aussitôt en position couchée. 2 Ce qui est important à retenir est que la première protéine à n’être pratiquement pas filtrée au niveau du filtre glomérulaire est l’albumine. Pour rappel, c’est une protéine de 66.5 kDa, son rayon de stock stein est de 35.5 Å et son coefficient de tamisage est de 0.001% ce qui explique que l’on en retrouve très peu dans l’urine. IV. Protéinurie 1) Devenir des protéines filtrées Finalement, très peu de ces protéines seront éliminées par les voies urinaires car la plupart seront capturées au niveau du tubule proximal par un système de récepteur membranaire scavenger (système constitué de la cubuline + mégaline). Ainsi, 6g d’albumine filtrés sont capturés par ce complexe en 24h. Les protéines captées par le système cubuline/mégaline sont ensuite internalisées à l’intérieur de la cellule tubulaire proximale puis fusionnent avec un lysosome et sont dégradées pour libérer des acides aminés qui seront réabsorbés pour éviter le gaspillage. → Finalement, sur 6g d'albumine filtrés par 24 heures dans nos urines, moins de 30 mg seront éliminés dans les urines. Dans l’insuffisance rénale chronique, avec atteinte glomérulaire et protéinurie abondante, le phénomène de réabsorption, par le système cubuline/mégaline, est de plus en plus important au fur et à mesure que la fuite protéique glomérulaire augmente. L’augmentation de production lysosomale et de dégradation des vésicules d’endocytose finit par générer un stress cellulaire épithéliale important qui va générer une dégradation progressive de l’état cellulaire tubulo-interstitiel. Cette fibrose semble contribuer à l’évolution de la maladie rénale chronique induite par la protéinurie glomérulaire. 2) Dépistage des protéinuries a) Fonctionnement de la bandelette urinaire L’outil le plus simple pour dépister une protéinurie est la bandelette urinaire. On trempe une bandelette dans l’urine, on l’égoutte délicatement et on attend le temps indiqué sur la notice d’utilisation (ce temps varie en fonction de ce que l’on souhaite étudier). Sur cet exemple, selon la quantité de protéines présentes dans l’urine, on observe un verdissement progressif de la bandelette. Il s’agit d’une réaction colorimétrique. Cette couleur peut poser problème car la dyschromatopsie au vert est assez fréquente dans la population. Aujourd’hui, il est recommandé d’utiliser les bandelettes urinaires avec des appareils de lecture qui ont l’avantage d’imprimer le résultat. Les bandelettes urinaires sont des outils de dépistage et sont susceptibles de générer des faux positifs en particulier si le recueil urinaire a été fait dans un flacon contenant un désinfectant de la famille ammonium quaternaire ou si elles 3 ont été prélevées longtemps avant et laissées à l’air en présence d’une population bactérienne urinaire. L'alcalinisation progressive des urines qui en résulte peut générer un faux positif. Inversement, il existe des faux négatifs. Le plus classique est la présence de chaînes légères dans les urines qui, si on dose les protéines, seront détectées mais si on ne fait qu’une bandelette ne sont pas bien dépistées par la réaction colorimétrique qui reconnaît essentiellement l’albumine. → les protéinuries chaînes légères peuvent échapper au dépistage d’une bandelette ! b) Interprétation Ce tableau représente la semi-quantification de la protéinurie vue par une bandelette. Dès l’instant où l’on dépiste des traces, il faut suspecter une protéinurie. Cependant, ces traces peuvent être détectées sur des urines très concentrées du matin alors qu’il n’y a pas de protéinurie pathologique (la valeur est faible mais l’effet de concentration fausse le résultat). Par contre, dès qu’il y a une croix de protéinurie, il y a de fortes chances que le patient en soit réellement porteur. Il faudra alors faire un dosage de ces protéines pour confirmer et quantifier la protéinurie. 3) Quantification des protéinuries Historiquement, on recueillait les urines des 24h puis on dosait la protéinurie. Le tout était exprimé sur 24h. Cependant, on s’est rendu compte que la fréquence des recueils urinaires incomplets posait problème. Des études épidémiologiques ont montré que pour prédire l’évolution de la maladie rénale chronique et les risques cardio-vasculaire, le recueil d’une urine spot du matin était plus fiable sous réserve que la valeur de protéinurie dosée soit corrigée pour l’effet de dilution (si le patient a bu beaucoup ou pas). Pour cela, on dose la créatininurie (produits de catabolisme de la créatinine endogène dont la production est constante chez le sujet à jeun). Si le sujet a beaucoup bu, les urines sont diluées mais la créatininurie et la protéinurie sont toutes deux également diluées. Ainsi, le ratio des deux reste valide. Aujourd’hui, on utilise la première urine du matin qui permet de s’affranchir des éventuelles protéinuries orthostatiques chez le sujet jeune. Ici, on peut retrouver l’interprétation du ratio protéinurie sur créatininurie : On parle de syndrome néphrotique au-delà de 3,5 g de protéinurie par gramme de créatininurie. Il existe une zone intermédiaire entre la valeur physiologique et pathologique (entre 200 et 300 mg/g). Une albuminurie (augmentation du passage d’albumine à travers le filtre glomérulaire) peut générer ces valeurs intermédiaires, il faut donc être prudent lorsque l’on observe ces valeurs et les revérifier. 4 Une autre mesure possible est celle de l'albuminurie seule, assez faisable aujourd’hui en routine. Ici encore, on fait un ratio albuminurie/créatininurie, la valeur physiologique est extrêmement faible (moins de 30 mg/g de créatininurie) et on parle de microalbuminurie pour une valeur compris entre 30 et 300 mg/g de créatininurie, au delà il ne s’agit pas d'une macro-albuminurie (terme un peu obsolète) mais tout simplement d’une protéinurie car c’est la définition de la protéinurie pathologique. Il existe un certain nombre de limites à cette mesure mais elle reste aujourd’hui celle recommandée et la plus facile à mettre en œuvre : - Premièrement la creatinurie est plus faible chez la femme, les personnes agées, ou les personnes qui ont une forte réduction de masse musculaire. Il convient donc de s’en méfier puisque le ratio protéinurie/créatininurie sera artificiellement majoré. Inversement, chez l’homme de forte masse musculaire et chez le mangeur de viande, le débit urinaire de créatinine tendra a augmenté et le ratio tendra artificiellement à diminuer minorant un peu la protéinurie. Ces modulations sont assez faibles et ne posent en général pas de problèmes pratiques. - Une autre particularité, c’est que doser l’albuminurie seule plutôt que la protéinurie risque de faire négliger une protéinurie qui n’est pas faite d’albumine comme par exemple les protéinuries tubulaires. Et dans toutes les circonstances où on a raison de redouter une protéinurie tubulaire il faut savoir doser la protéinurie ainsi que l’albuminurie de manière à faire le ratio des deux. - Par ailleurs, il faut aussi se méfier des protéinuries orthostatiques qui sont des protéinuries de type glomérulaire avec un passage d’albumine dû à la position debout chez le sujet jeune. Elles ne sont en soit pas pathologiques, il existe des manœuvres qui permettent de s’affranchir de l’artefact de la protéinurie orthostatique. Doser une urine spot (première urine du matin) est à coup sûr (si la personne est restée couchée pendant toute la nuit) un bon moyen de s’en affranchir. - Enfin il faut tenir compte des rares protéinuries faites de chaînes légères, on la voit dans les hyperyglobuminurie au cours de syndrome inflammatoire (une réponse de type anticorps prononcée) elles n’ont pas de valeurs pathologiques quant à la filtration glomérulaire, elles ne sont que l’indicateur d’une augmentation forte de y globulines. 4) Mécanisme des protéinuries On retrouve deux mécanismes : - Soit le filtre glomérulaire devient anormalement perméable il y a alors passages de molécules qui normalement ne passent pas comme l’albumine ou d’autres molécules plus grosses. 5  - Soit le tubule contourné proximal qui normalement réabsorbe les protéines qui ont fuit à travers le glomérule ne fait plus son travail et laisse passer des petites protéines puisque la filtration glomérulaire en amont est normale. L’anomalie de permsélectivité qui définit la protéinurie glomérulaire est caractérisée par une protéinurie avant tout composée d’albumine et un débit de 300 mg/g de créatininurie ou 3,5 g/24h. C’est typiquement la protéinurie qu’on observe dans les néphropathies diabétiques ou la néphropathie hypertensive et aussi dans un nombre important de glomérulonéphrites. La protéinurie tubulaire, dûe à un défaut de réabsorption tubulaire proximale des protéines est composée de petites protéines (aussi un peu plus d’albumine que la normale mais pas beaucoup). Le débit de protéines est généralement inférieur à 2g/24h (ne fait pas la différence avec une protéinurie glomérulaire modérée. Donc on peut quand on a entre 300mg et 2g avoir aussi bien à faire à l’une qu'à l’autre). L’archétype de la protéinurie tubulaire c’est ce qu’on appelle le Syndrome de Fanconi et ses formes médicamenteuses où le tubule proximal souffre, où le débit d’énergie dans le tubule proximal diminue fortement, ne permettant plus la récupération, par le complexe megaline/tubuline, des protéines filtrées et donc génère leur fuite dans les urines. Pour distinguer les deux la méthode est simple et repose sur le dosage et de la protéinurie et de l’albuminurie et sur le rapport des deux. En fait il faut s'assurer d’abord qu’il y ait vraiment une protéinurie (c'est-à-dire un débit protéine urinaire > 300 mg/g de créatininurie) et après cette confirmation, il faut faire un ratio de l’albuminurie/protéinurie. → Si c’est supérieur à 50% on aura une anomalie de permsélectivité et donc une protéinurie glomérulaire. → Si c’est inférieur à 50% on aura un défaut de réabsorption tubulaire des petites protéines donc une protéinurie tubulaire. Cette méthode fonctionne extrêmement bien et permet de distinguer facilement, beaucoup plus plus qu’une électrophorèse des protéines urinaires (toujours difficile à interpréter) à quels mécanismes de protéinurie nous avons à faire. 6  FILTRATION GLOMÉRULAIRE Abréviations : Débit de filtration glomérulaire (DFG) Filtration glomérulaire (FG) Capillaire glomérulaire (CG) Chambre urinaire (CU) Le coefficient d'ultrafiltration (KF) Pression d’ultrafiltration (PUF) Pression hydraulique capillaire glomérulaire (PCG) Pression chambre urinaire (PCU) Pression oncotique capillaire glomérulaire (πCG) I. Filtration glomérulaire : base des fonctions rénales La filtration glomérulaire est la base des fonctions rénales. C’est l’étape tout à fait initiale et déterminante de la formation des urines : c’est la formation d’un ultrafiltrat à partir du réseau capillaire glomérulaire. Cette étape est une étape sinéquanone qui va déterminer tous les phénomènes d’aval, tels que les transferts tubulaires, la réabsorption et l’excrétion voire la sécrétion de substances supplémentaires. Elle détermine tous ces échanges. Si elle n’a pas lieu, ces échanges ne pourront pas avoir lieu, elle est donc considérée comme l’étape essentielle de la fonction rénale. En conséquence, monsieur Homer Smith, il y a plus de 60 ans, a décidé qu’il était légitime de considérer la mesure du débit de filtration glomérulaire (DFG) comme le meilleur index global de l’état de fonctionnement rénal autant chez le sujet sain que je le sujet malade. Ainsi, pour le physiologiste, le terme de fonction rénale au singulier est déroutant car il n’y a pas une, mais des dizaines de fonctions rénales mais pour le praticien, le terme de fonction rénale au singulier désigne sans ambivalence le débit de filtration glomérulaire (DFG). Et il s’y substitue comme étant le déterminant clé de l'état fonctionnel rénale comme nous avons vu puisque Homer Smith l’a défini comme la condition sinéquanone de la fonction rénale. II. Quelques chiffres… Le DFG est un phénomène massif. Chaque jour nos reins filtrent entre 140 et 180 litres d’urine primitive, ce qui est colossal car c’est 16 fois la totalité de notre volume extra cellulaire ce qui veut dire que nous filtrons le VEC 1 fois toutes les 80 minutes. De la même façon si on se réfère au secteur plasmatique nous le filtrons 1 fois toutes les 25 min soit environ 58 fois par jour. La proportion du filtrat, qui finalement va être excrétée, est extrêmement faible. Si cet ultra filtrat est excrété de façon massive nous ne pourrions pas survivre plus de quelques minutes, en réalité, nous allons réabsorber 99% voire plus de ce qui a été filtré. Et ainsi, par exemple, pour le volume d’urine, la diurèse (c’est-à-dire la quantité d’urine finale excrétée) est de l’ordre de 1,5 L soit inférieur à 1% du volume de fluide filtré. 1 De même le tri sélectif effectué à l'échelon tubulaire est quelque chose d’important et de massif avec en particulier une réabsorption tubulaire de sodium qui est colossale puisque elle représente presque 10% de la consommation d'énergie chez un sujet en état basal. Cette réabsorption de Na+ correspond à la réabsorption d’1,1 kg de NaCl par jour, d’environ 410 g de bicarbonate (qui ont été filtrés et qui vont être réabsorbés, on ne les retrouvera donc pas dans les urines) et enfin d’environ 150g de glucose, qui profitant de la réabsorption concomitante du sodium, seront réabsorbés au niveau du tubule proximal. III. Principes du débit de filtration glomérulaire On retrouve dans ce schéma de base, l'artériole afférente en haut qui représente les entrées. Il y a un capillaire glomérulaire, simplifié, car il s’agit en réalité d’une distribution hélicoïdale entouré sur les épines mésangiales. Enfin, l'artériole efférente en bas qui représente les sorties. On retrouve la chambre urinaire et le début du tubule proximal. Ce qui va déterminer la filtration glomérulaire (FG) c’est la pression résiduelle, la pression nette qui s’exerce dans le capillaire glomérulaire (CG) et qui tend à faire sortir le fluide vers la chambre urinaire (CU). C'est la pression d'ultrafiltration. C’est un phénomène passif qui dépend en fait des mêmes déterminants de la filtration transcapillaire c’est-à-dire des forces de Starling. Si l’on regarde d’un peu plus près les déterminants physiques du DFG : DFG = coefficient de filtration (KF) x pression d’ultrafiltration (PUF) PUF = différence entre le delta des pressions hydrostatique et delta des pressions oncotiques de part et d’autre du FG. Rappel et remarque : Les pressions oncotiques s'opposent au phénomène de filtration contrairement aux pressions hydrauliques qui tendent à favoriser ce phénomène. Ici la pression oncotique de la chambre urinaire (CU) peut être considérée sensiblement proche de 0 car la quantité de colloïde présente dans l’urine ultra filtrée est tout à fait négligeable par rapport à la quantité plasmatique. 2 Le coefficient d'ultrafiltration (Kf) dépend à la fois de la perméabilité hydraulique du FG (100 fois plus élevée que celle des autres capillaires) et de la surface de filtration membranaire (représente plusieurs m2). Les propriétés de la membrane de FG et le tonus des cellules mésangiales, qui peut faire varier la surface de filtration, sont un déterminant régulateur du coefficient de filtration. Cependant Kf n’est pas le principal déterminant de la régulation du DFG mais il peut contribuer à en moduler l’amplitude. Puf est le déterminant principal du DFG dont le principal acteur (c’est à dire que sa régulation hémodynamique est cruciale) est en fait la Pcg. Cette pression est fortement régulée par les variations de tonus artériolaire afférentes et efférentes qui déterminent l’hémodynamique rénale. Pcu peut en situation pathologique augmenter lorsqu'il y a un obstacle sur les voies urinaires hautes ou basses générant ainsi une forte opposition à la Pcg. Celle-ci peut réduire à néant la filtration voire un arrêt total lorsque l’obstacle est complet. Le coefficient d'ultrafiltration (Kf) dépend de la surface du filtre glomérulaire et cette surface peut varier en fonction de l’état de relaxation ou de contraction des cellules mésangiales. Avec une relaxation, Kf va tendre à augmenter car la surface augmente et donc le DFG augmente, inversement si les cellules mésangiales se contractent. La pression hydraulique capillaire glomérulaire (Pcg) dépend du jeu des résistances artériolaires efférentes et afférentes. Lorsque les résistances artériolaires afférentes diminuent seules et les efférentes ne changent pas, il y aura une augmentation de la pression au niveau de la CU donc augmentation du DFG. De la même façon, si 3 les résistances artériolaire efférentes augmentent seules et les afférentes ne changent pas alors il y aura une augmentation de Puf donc une augmentation de DFG. La pression chambre urinaire (Pcu) peut varier si une obstruction empêche l'écoulement. Normalement elle a une valeur assez stable mais si il y a le moindre obstacle, comme un cristal intratubulaire ou une lithiase qui s’est bloquée à la jonction pyélo-calicielle provoquant une obstruction des voies urinaires haute ou encore un adénome de la prostate qui crée un globe urinaire puis un blocage qui va remonter en amont dans les voies urinaires bassses, elle va alors augmenter. Lorsque Pcu augmente alors DFG diminue. La pression oncotique capillaire glomérulaire (πcg) joue un rôle normalement assez marginal mais qui peut, en situation particulière, déterminer des variations sensibles du DFG. Première circonstance quand la protidémie augmente fortement alors πcg augmente fortement dès l'entrée du CG, et la filtration s'arrêtera plus vite donc DFG tendra à diminuer. Autre exemple, fonctionnel celui-ci, lorsque le débit sanguin rénal diminue, l'ultrafiltrat va atteindre plus vite l'équilibre entre pression hydraulique et oncotique. Cette augmentation artéfactuelle de la pression oncotique générera de la même façon une atteinte de la pression d'équilibre et donc l'arrêt de la FG avant la fin du trajet CG (donc une diminution proportionnelle du DFG). 4  FILTRATION GLOMÉRULAIRE : UNE RÉGULATION PRINCIPALEMENT HÉMODYNAMIQUE Abréviations DFG : Débit de Filtration Glomérulaire DSR : Débit Sanguin Rénal FF : Fraction de Filtration mmHg : millimètres de mercure PUF : Pression d’ultrafiltration PSA : Pression sanguine artérielle I. Le Débit Sanguin Rénal (DSR) 1) Définition et variations du DSR Le débit sanguin rénal est quelque chose d’impressionnant : chez un sujet au repos, il représente 1 L/min, soit 20% du débit cardiaque pour une masse tissulaire qui représente seulement 0,5% du poids du corps. Cela représente une vascularisation colossale (c’est ⅓ de plus que la vascularisation du cerveau et le débit sanguin rénal est 4 fois plus important que le débit sanguin cardiaque). Avec un tel débit, il ne s’agit pas simplement d’apporter de l’oxygène à l’organe mais également de lui permettre de fonctionner. En effet, le débit sanguin rénal est beaucoup plus fonctionnel que nourricier, les réserves étant très largement suffisantes pour oxygéner le rein même lorsque le débit a sensiblement diminué. Le rein est un organe qui consomme énormément : environ 10% du métabolisme basal est consommé par le rein. C’est un métabolisme oxydatif non négligeable qui est destiné essentiellement à faire fonctionner les pompes Na/K ATPases tout au long du tubule rénal afin de réabsorber le sodium (principale “molécule” filtrée). La désaturation artério-veineuse du rein est faible, elle ne représente que 1,7%, ce qui est inférieur à la plupart des autres tissus mais lorsque le débit sanguin rénal diminue, au cours de circonstances physiologiques ou pathologiques, la désaturation et le débit de filtration glomérulaire (qui est directement déterminé par l’importance du débit sanguin rénal) vont évoluer en parallèle. Lorsque le débit sanguin rénal est compris entre : - 500 et 1000 mL/min, la désaturation artérioveineuse reste stable mais le débit de filtration glomérulaire diminue progressivement, diminuant ainsi les contraintes de fonctionnement du rein. - 200 et 500 mL/min, la désaturation artério veineuse augmente progressivement, le débit de filtration glomérulaire a quasiment cessé d’exister et le rein est en état d’équilibre mais n’assure plus sa fonction de filtration. - est en-dessous de 200 mL/min, c’est à dire ⅕ du débit sanguin rénal, la désaturation artérioveineuse atteint son maximum, il n’y a plus assez d’oxygène pour assurer le fonctionnement minimal du rein et préserver les cellules, des signes d’ischémie apparaissent. 2) Une distribution hétérogène du DSR La caractéristique la plus marquante du débit sanguin rénal est sa distribution hétérogène. Pratiquement 100% (plutôt 95%) du sang se distribue dans le cortex. Dans cette zone, le sang assure l’apport en oxygène et le débit de fluide nécessaires à la filtration glomérulaire. 90% du sang arrivé dans le cortex rénal repart vers les efférences veineuses et 10% vascularise la médullaire. 1 La distribution médullaire est elle-même hétérogène. 8% du débit sanguin initial est destiné à la médullaire externe, fortement consommatrice d’oxygène en raison de la présence des branches de Henlé, avec une forte activité Na/K ATPase et 2% est destiné à la papille. La zone médullaire est donc particulièrement fragile, car à bas débit, avec un risque d'hypoxie important. Le débit sanguin rénal étant initialement fonctionnel, lorsqu’il diminue brutalement, le cortex est relativement bien protégé des dommages ischémiques. Seule la médullaire (externe ++) est relativement fragilisée. Pour donner un ordre d’idée, le débit sanguin rénal dans le cortex rénal représente pratiquement cent fois celui mesuré dans un muscle strié au repos. C’est donc un débit colossal qui rend le rein relativement résistant aux circonstances hémodynamiques instables. II. Pressions hydrostatiques vasculaires rénales Si on représente les pressions hydrostatiques vasculaires au niveau du rein (chez le chien), la pression sanguine artérielle moyenne à l’arrivée au niveau de l’ostium de l’artère rénale est de l’ordre de 100 mmHg. Le sang rencontre une première zone de forte résistance à l'écoulement, représentée par les artérioles musculeuses des artérioles afférentes. Ces artérioles provoquent une diminution sensible de la pression : à leur sortie, la pression moyenne est de l’ordre de 60 mmHg. Cette pression irriguant le réseau capillaire glomérulaire est environ 3 fois plus importante que la pression régnant dans les autres capillaires. A la sortie du capillaire glomérulaire, le sang rejoint l'artériole efférente et retrouve à nouveau une zone de résistance à l'écoulement avec une baisse au niveau d'une quarantaine de mmHg, ramenant la pression hydraulique finale au niveau du capillaire péritubulaire aux valeurs classiques qu'on retrouve dans l’organisme, soit à peine 20 mmHg. Le capillaire glomérulaire est un capillaire de très haute pression, presque trois fois plus que partout ailleurs dans l'organisme. Il est donc à la fois zone de fragilité en cas d'agression vasculaire, mais aussi une zone témoin très précoce. En d'autres termes, toutes les agressions vasculaires importantes comme l’atteinte rénovasculaire du diabète ou l'hypertension artérielle, vont endommager très rapidement le capillaire glomérulaire, entraînant un dommage du filtre glomérulaire et une apparition précoce d'une protéinurie. L’apparition d'une souffrance rénale sous forme d’une protéinurie glomérulaire est souvent un marqueur de dommages vasculaires en cours, quand ne se manifeste pas, bien sûr, une inflammation du glomérule (=glomérulonéphrite). 2 III. Déterminants de la Pression de Filtration A gauche, on voit le régime de pression en fonction des différents déterminants physiques de l’équation de Starling. A droite, figurent les pressions mesurées dans les différents segments pour chacun de ces paramètres. /!\ Il s’agit d’observations faites chez le chien et secondairement extrapolées chez l'humain. Cela a son importance car il semble que chez l'humain ce n’est pas tout à fait comme chez le chien concernant l’évolution de pression d’ultrafiltration. Dans cette circonstance, on a une pression qui tend à faire sortir le fluide hors du capillaire glomérulaire, c’est la pression hydraulique capillaire glomérulaire (pCG, grande flèche rouge). Elle diminue très progressivement tout le long du trajet capillaire (représenté en bas du diagramme, avec l’entrée à la partie gauche et sortie à la partie droite indiquée comme “fin”). Au fur et à mesure que le fluide sort du capillaire glomérulaire, la concentration protéique augmente et la pression oncotique capillaire glomérulaire augmente, c’est la grosse flèche bleue dont la partie supérieure augmente pour rejoindre la pression capillaire glomérulaire. Il s’ajoute à cette pression oncotique glomérulaire, qui s'oppose à la filtration glomérulaire, la pression hydraulique de la chambre urinaire (pCU). Elle est constante, d’environ 10 mmHg, et ne joue pas de rôle dans la régulation de la filtration glomérulaire. C'est l’augmentation progressive de la pression oncotique et la baisse progressive de la pression capillaire glomérulaire qui jouent un rôle dans la régulation de la filtration. L’aire sous la courbe (partie hachurée du diagramme), représentée par la différence entre la somme pCU et pCG d’un côté et la pression capillaire glomérulaire de l’autre, définit la pression d’ultrafiltration (PUF). Chez le chien, la filtration glomérulaire semble s'arrêter avant la fin du capillaire glomérulaire parce que la pression oncotique glomérulaire augmente assez rapidement et rejoint la pression hydraulique capillaire glomérulaire mais en s’y opposant, générant un arrêt de la filtration (PUF devient égale à 0). Chez l’humain ça ne paraît pas être le cas car il semble que jusqu'au bout du capillaire glomérulaire, la pression d’ultrafiltration reste positive, favorisant les flux de plasma hors du capillaire glomérulaire. Le chien a donc une certaine réserve fonctionnelle que l’homme n’a pas. IV. Variations de pressions capillaires et DFG Ce schéma est une représentation simplifiée des déterminants de la régulation hémodynamique de la filtration glomérulaire. A la partie gauche il y a la pompe cardiaque, ensuite il y a les vaisseaux résistants et en particulier l’artériole afférente, puis le réseau capillaire glomérulaire perméable et enfin l’artériole efférente, les vaisseaux en aval étant de faible résistance et jouant un rôle mineur. Ce sont les variations de résistances artériolaires afférentes et efférentes qui déterminent les variations de pression d’ultrafiltration et de débit sanguin rénal. 3 Pour résumer de façon schématique, la somme des résistances artériolaires afférentes et efférentes détermine la résistance à l’écoulement au niveau du rein et donc le débit sanguin rénal et le débit plasmatique rénal. Inversement, à l’échelle de chaque glomérule, le différentiel entre les résistances efférentes et afférentes déterminera l’état de la pression hydraulique capillaire glomérulaire donc de l’état de la pression d’ultrafiltration et donc de l’état du débit de filtration glomérulaire. Lorsque l’artériole afférente se vasodilate, la résistance diminue, augmentant le delta résistance et augmentant la pression d’ultrafiltration et le débit de filtration glomérulaire. V. Variations de résistances artériolaires périglomérulaires Ce grand tableau résume l’ensemble des informations énoncées précédemment. La somme des résistances détermine le Débit Sanguin Rénal (DSR) Le delta des résistances (efférentes-afférentes) détermine la pression d’ultrafiltration (PUF) qui elle-même détermine le DFG La fraction de plasma filtrée peut varier lorsque la pression d’ultrafiltration et le DSR varient, c’est calculable en faisant le ratio du débit de filtration glomérulaire sur le débit plasmatique rénal. A l'état normal, il y a donc des résistances artériolaires afférentes et efférentes. La somme des résistances, le DSR et la PUF sont stables. La fraction de filtration (FF) représente environ 20% du plasma qui traverse les capillaires glomérulaires. En cas de relaxation afférente, c’est à dire que l’état des résistances afférentes est diminué, la somme des résistances diminue, le DSR tend à augmenter, la pression d’ultrafiltration augmente, le DFG augmente et comme ces augmentations seront en proportions équivalente, la fraction filtrée reste stable. En cas de contraction efférente, la somme des résistances est augmentée, donc le DSR diminue. Comme la résistance à l’écoulement augmente, le différentiel de résistance augmente, donc le DFG augmente. La fraction de filtration est également augmentée puisque DFG augmente, mais pas DPR. On observe cette situation dans le cas de défaillance de perfusion rénale. (les autres lignes du tableau ne sont pas expliquées en détail mais elles sont à savoir/comprendre) 4 VI. L’hémodynamique rénale 1) Actions des facteurs vasoactifs sur le tonus péri-glomérulaire Dans ce tableau sont représentés les principaux médiateurs qui sont impliqués dans la régulation du tonus artériolaire afférent et efférent. 2) Conditions altérant l’hémodynamique rénale Dans ce premier tableau, sont indiqués les médicaments modulant le DSR et le DFG. IEC : Inhibiteurs de l’Enzyme de Conversion, bloquent donc la synthèse de l’angiotensine II. L’artériole efférente se relaxe plus que l’artériole afférente. Ce qui entraîne la diminution de PUF et donc du DFG. Les AINS (anti-inflammatoires non stéroïdiens) sont redoutables en termes d’impact rénal car ils inhibent la synthèse de PGI2 et PGE2, diminuant l’effet relaxant de ces 2 médiateurs paracrines aux niveaux artériolaires afférent et efférent. La conséquence est une diminution du DSR par augmentation de la somme des résistances. On observe également un effondrement du DFG et une PUF qui tend à chuter. CsA (Ciclosporine A) et FK506 : inhibiteurs de calcineurine utilisés dans la transplantation rénale. Ils recrutent des systèmes comme les endothélines, modulant les prostaglandines (vasoconstrictives). Ils conduisent à une baisse du DSR, DFG et FF (Fraction de Filtration). Pour les produits de contraste iodés, la FF reste stable car le DSR et le DFG diminuent en parallèle. Dans le tableau suivant, sont figurés les circonstances médicales physiopathologiques altérant l’hémodynamique rénale. 5 L’exemple le plus classique est le choc hémorragique à sa phase initiale : la principale conséquence est une redistribution du débit sanguin du cortex vers la médullaire avec un ajustement des résistances, habituellement la médullaire possède un débit moindre et est particulièrement fragilisée dans ce cas. L’atteinte rénale du diabète (=néphropathie diabétique) au stade initial génère une relaxation artériolaire afférente prédominante, avec une augmentation du DSR, DFG et FF. L’obésité génère sensiblement les mêmes effets. Dans l’insuffisance rénale sévère, on observe une diminution du DSR, de plus en plus importante au fur et à mesure que la masse rénale diminue. Les résistances vasculaires commencent à augmenter. Le DFG diminue globalement un peu moins vite que diminue le DSR, donc la FF tend à augmenter. Lorsque la FF devient importante, elle exerce des contraintes mécaniques très importantes sur les capillaires glomérulaires restants, ce qui est considéré comme un des mécanismes d'auto aggravation de la maladie rénale chronique au stade d’insuffisance rénale avancée. 6  AUTORÉGULATION DE LA FILTRATION GLOMÉRULAIRE Dans cette leçon, nous allons parler de l'autorégulation du débit sanguin rénal et du débit de filtration glomérulaire qui réalise un système de protection hémodynamique et un contrôle-qualité du travail de filtration glomérulaire. Cette autorégulation a été découverte lorsque des chercheurs ont travaillé sur des reins isolés, soit à partir d’isolation in vivo (en dénervant le rein), soit à partir d’extraction du bloc rénal et de la perfusion hors du rein avec des liquides physiologiques de manière à étudier le fonctionnement du rein une fois déconnecté de toutes influences circulante et neurovégétative. Ces travaux ont très vite montré que lorsqu'on fait varier la pression de perfusion d’un rein isolé, le débit de filtration glomérulaire varie et s'adapte et les résistances vasculaires s'adaptent, réalisant une autorégulation indépendante de toute autre influence. Il ne faut pas imaginer à partir de ça que le rein fonctionne indépendamment du reste de l’organisme, sur cette autorégulation vont se superposer des influences extérieures qui vont moduler l’efficience de l’autorégulation et qui assurent le maintien d’un fonctionnement en conditions optimales même lorsque l’environnement biologique n’est pas optimal, ce qui peut survenir physiologiquement par exemple lors de l’exercice physique. I. Autorégulation du DSR et du DFG Sur cette diapo est représentée la relation qu’il y a entre les variations de pressions sanguines artérielles (donc théoriquement du débit sanguin rénal), l’ajustement de ce DSR et du DFG. C'est ce qui permet de comprendre les mécanismes d'autorégulation et l’efficience de ce phénomène qui est protecteur de la perfusion rénale et de la fonction de filtration glomérulaire. Légende : - en haut : débit sanguin rénal (DSR) - au milieu : débit de filtration glomérulaire (DFG) - en bas : état des résistances artériolaires afférentes (RA) et efférentes (RE) - axe des abscisses : variations de pression sanguine artérielle On va distinguer deux grandes possibilités de variations : augmentation de la PSA au-delà des valeurs habituelles, ou diminution au-dessous. ❖ Lorsque la PSA dépasse 90 mmHg, jusqu'à 180 mmHg (= bande bleue) : Au fur et à mesure que la PSA augmente et que le débit sanguin qui arrive au niveau du rein tend à augmenter, la résistance artériolaire afférente augmente, s’opposant à l’écoulement du sang et empêchant l'augmentation importante du débit sanguin rénal qui ne fait qu'augmenter très progressivement. Parallèlement, cette augmentation de résistance va générer le maintien quasiment à l’état stable du DFG. ❖ Lorsqu’on a une baisse modérée de la PSA, entre 50 mmHg et 90 mmHg (= bande jaune) : On observe une relaxation progressive de l’artériole afférente au fur et à mesure que la PSA diminue et que le débit sanguin rénal tend à diminuer, et cet ajustement afférent (très peu de modifications efférentes) va augmenter la 7 fraction filtrée et permettre le maintien, pendant un temps relativement prolongé, du DFG qui reste sensiblement stable. ❖ Lorsqu’on a une baisse extrême de la PSA, au-dessous de 50 mmHg (= bande rouge) : Le débit sanguin rénal s’effondre, les résistances artériolaires afférentes sont au minimum et les efférentes à leur maximum mais malgré cet ajustement, il n’y a plus assez de débit sanguin pour permettre une filtration glomérulaire (on parle ici de bas débit rénal). Cet effondrement du débit sanguin glomérulaire (alors que le rein n’a plus assez de débit sanguin rénal pour apporter une quantité d’oxygène suffisante et que la désaturation artérioveineuse atteint son maximum) réalise un phénomène protecteur. En effet, s’il n’y a plus de filtration glomérulaire, il n’y a plus de sodium réabsorbé donc la grosse partie de consommation d’oxygène du cortex rénal va être supprimé, et c’est cet effet qui est intéressant car il va permettre de prolonger l'état fonctionnel rénal en cas de diminution de la PSA, du moins préserver pendant longtemps les capacités de redémarrage rénal. On constate que l’artériole semble s’opposer aux variations de la PSA : - plus la pression artérielle augmente, plus la résistance artériolaire afférente augmente - plus la pression artérielle moyenne diminue, plus l’artériole afférente se relaxe II. Impact du phénomène d’autorégulation sur le DSR S'il n’y avait pas d’autorégulation : - Quand la pression sanguine artérielle augmente, le gradient de pression artériolo-afférent augmenterait, les résistances tendraient à ne pas s’ajuster et on aurait une augmentation du débit sanguin rénal et du débit de filtration glomérulaire. - Quand on a une baisse de pression sanguine artérielle, on aurait une baisse de débit sanguin rénal et une baisse de filtration glomérulaire. Le rein se retrouverait soumis aux moindres variations hémodynamiques systémiques avec des conséquences de fonctionnement qui ne seraient pas favorables. Ce que fait l’autorégulation, c’est diminuer l’impact des variations hémodynamiques systémiques, permettant un maintien des débits sanguin rénal et de filtration glomérulaire stables. C’est donc un phénomène de stabilisation des fonctions de perfusions rénales et de filtration glomérulaire aussi longtemps que l'équilibre hémodynamique le permet. III. Déterminants du phénomène d’autorégulation Il y a globalement deux grands déterminants, qui représentent à eux deux plus de 75% du phénomène d’autorégulation. Le premier phénomène est un mécanisme de type réflexe myogène, également appelé réflexe de Bayliss. Lorsque la pression dans la paroi des artérioles afférentes tend à augmenter, l'étirement de ces parois génère une réponse contractile réflexe, l’étirement des fibres 8 musculaires lisses de cette zone génère l'ouverture de canaux calciques qui dans les cellules musculaires lisses provoque une contraction. On a le phénomène inverse si la pression sanguine diminue. Le deuxième mécanisme de régulation est ce que l’on appelle le rétrocontrôle tubulo-glomérulaire (FBTG), il correspond à la détection par l'appareil juxta glomérulaire de la qualité de l’ultrafiltrat dans la partie distale du néphron au niveau du tubule contourné distal qui renvoie une de ses circonvolutions se blottir entre l’artériole afférente et l’artériole efférente, avec un contact particulier sur l’artériole afférente dans la zone de la macula densa. Ce qui va être perçu c’est que le flux de chlorure de sodium et tout particulièrement de chlore qui va déclencher une signalisation du tubule vers les vaisseaux artériolaires et en particulier l’afférente. Au-delà de ce phénomène d’autorégulation qui est observé sur un rein isolé donc indépendamment de toute interférence avec les systèmes endocrines et nerveux, s'ajoutent des facteurs d’ajustement endocrines et neurovégétatifs. Ces facteurs d’ajustement sont : - le niveau d’activité du SN orthosympatique (qui innerve richement le rein), - le système rénine-angiotensine 2, - la production intra-rénale de monoxyde d’azote qui est à la fois un médiateur au niveau du rétrocontrôle tubulo-glomérulaire, mais aussi globalement un modulateur de l’intensité de ces deux réponses aux variations de débit sanguin et de pression artérielle. IV. Exemple : Mise en jeu du FBTG par une augmentation du DSR Sur cette image, on voit la séquence fonctionnelle qui va provoquer un ajustement du DFG en fonction des variations de DSR. Ce phénomène a lieu à l'échelon de chaque néphron, c’est un ajustement néphron par néphron même si le recrutement d'un grand nombre de néphrons va générer un signal modulateur qui va diffuser dans son environnement et qui va tendre à étendre l'amplitude de la réponse vasculaire rénale aux messagers qui sont émis. 9 Le phénomène initial (n°1) c’est l’augmentation du débit sanguin rénal dans l’artériole afférente. La conséquence de ce phénomène initial (n°2) est que ça tend à augmenter le DFG du néphron, ce qu’on appelle le DFG-NS (SNGFR en anglais). Cette augmentation de DFG va produire une augmentation de la quantité de chlorure de sodium filtré. Au niveau du tubule contourné distal (n°3), le débit de fluide en particulier le débit de chlorure de sodium sera plus important. Comme le débit sera plus important, les cellules de la macula densa vont capter les chlorures de sodium et rendre à l’environnement, c’est à dire la lumière du tubule, une partie de sodium mais vont garder une concentration de chlore, qui va augmenter au prorata de la quantité de chlorure de sodium présente dans la lumière tubulaire. Cette augmentation de chlore va générer une dépolarisation membranaire et une signalisation (n°4) dont on ne connaît pas le détail des mécanismes mais qui semble recruter un système de type adénosine triphosphate et/ou adénosine simple avec recrutement des récepteurs pour ces deux molécules, et un effet de modulation sur la relaxation et/ou sur la contraction artériolaire afférente. Dans notre cas, la conséquence serait une vasoconstriction partielle de l’artériole afférente (n°5) qui va permettre d’ajuster et de ramener à sa valeur initiale optimale, la quantité de filtrat produite et donc de diminuer la quantité de chlorure de sodium filtrée. Des deux mécanismes, c’est le plus finement régulable mais aussi le plus complexe, et aujourd’hui le moins bien compris. 10  STANDARDISATION Pourquoi standardise-t-on le DFG par 1,73m² ? Le DFG chez l'homme et la femme entre 20 et 30 ans est entre 90 et 140, mais en quelle unité ? I. En mL/min Jean : 25 ans, 95kg, 1,95m donc la surface corporelle SC = 2,25m² et le DFG = 170mL/min → il est théoriquement en hyperfiltration. Mais en réalité ses reins fonctionnent normalement. Lucie : 25 ans, 45kg, 1,48m dont la SC = 1,36m² et le DFG = 75mL/min → elle est théoriquement en hypofiltration. Mais en réalité sa filtration rénale est normale. Si on considère le DFG en mL/min, la valeur normale est en réalité comprise entre 60 et 180 mL/min. Leurs valeurs sont donc normales. Fred : 25 ans, 100kg, 1,85m, SC = 2,25m², DFG = 80mL/min → valeur normale. II. En mL/min/1,73m² On fait la conversion pour les trois patients (cf formule): - Jean : DFG = 130 mL/min/1,73m² → fonction rénale normale. - Lucie : DFG = 95 mL/min/1,73m² → fonction rénale normale. - Fred : DFG = 60 mL/min/1,73m² → altération de fonction rénale aux limites de l'insuffisance rénale (selon les normes). Standardiser la fonction rénale évite de commettre des erreurs de normation : surévaluer ou sous-évaluer par rapport à une norme. Avec la standardisation à la surface corporelle : l'intervalle de confiance des normales est plus étroit, on identifie donc plus facilement des sujets qui s’éloignent de la normale vers le haut ou vers le bas. Cette façon de faire permet en particulier de ne pas sous-estimer la fonction rénale de sujets de petit gabarit et de ne pas mésestimer une altération de la fonction rénale chez un sujet de grand gabarit. 11  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  Capsule 7 Bilan hydrique Margot MORALES Pr TACK Ronéo n°5 Léa MUCKE BILAN HYDRIQUE Dans cette première vidéo sur l’homéostasie hydrique nous allons nous concentrer sur le bilan hydrique et le principe de sa régulation. Objectifs pédagogiques abordés : R501. Citer les quatres zones d'échange hydrique avec le milieu extérieur. R502. Décrire le bilan hydrique (entrées et sorties) chez l’adulte sain, connaître les limites des variations physiologiques et la notion de pertes insensibles. I. Zones et amplitude des échanges d’eau Sur cette image sont représentées les différentes zones d’échange de l’eau avec l'environnement : - On retrouve en haut les poumons qui est une zone d’échange via le flux d’air bronchique. - En rouge, la surface cutanée qui borde toute notre limite corporelle avec des glandes sudoripares capables d’un efflux relativement important d’eau. - A droite il y a le rein et à gauche le tube digestif avec l’entrée (cavité buccale, estomac et la zone d’absorption principale qui est l’intestin) et la sortie avec l’émission de selles. Si on considère maintenant les échanges d’eau : 1) Flux respiratoire Le premier échange qu’on prendra en compte c’est l’échange par le flux respiratoire. Nous perdons en permanence de la vapeur d’eau. Ça dépend bien sûr du niveau d’hygrométrie de l'environnement, de sa température et surtout de notre activité physique. Cette perte d’eau représente 300 à 700 mL/j. Page 1 sur 8  2) Échanges cutanés La deuxième zone d'échange a lieu au niveau cutané. Bien que notre surface cutanée soit relativement hermétique, qu'elle nous protège d’un excédent d’échange trop rapide d’eau avec l'environnement, il y a une perte d’eau permanente par dessiccation progressive de la surface cutanée qui représente 300 à 400 mL / jour en fonction de l’environnement thermique et de notre surface corporelle. Bien sûr, la surface cutanée est aussi une zone de thermolyse c'est-à-dire d’élimination des excédents thermique, dans ce cadre il y aura sudation puis vaporisation de la sueur : c’est le phénomène de transpiration. Et la perte d’eau peut osciller entre 200 mL pour une activité faible et un milieu tempéré jusqu’à plus de 5 L par 24 heures. 3) Echanges digestifs A gauche, nous avons le tube digestif, c’est une source d’entrée de fluides mais aussi potentiellement une source de sortie (physiologiquement faible). La zone d’entrée par l’eau de boisson et par l’eau alimentaire représente un apport qui va de 600 mL à plus de 10 L par jour en fonction du comportement de consommation hydrique. La perte digestive basse (dans les selles) est comprise entre 100 et 200 mL / jour pouvant atteindre des valeurs beaucoup plus élevées, plus de 6 litres en situation pathologique comme la diarrhée cholériforme. 4) Excrétion urinaire A droite nous avons l'excrétion urinaire, on verra que c’est elle qui va ajuster le bilan hydrique. Elle représente un minimum de 400 mL / jour (parce que nous ne pouvons pas éliminer les déchets excrétés par le rein sous forme de poudre) et un volume de diurèse qui peut dépasser 12 Litres par jour en fonction des quantités de substances à excréter et des quantités de fluides à éliminer. II. Exemple de bilan hydrique normal 1) Equilibre gains-dépenses Considérons maintenant un bilan hydrique normal. Ici il s’agit du bilan hydrique d’une jeune femme sédentaire de 50 kg. Rappel : le bilan nutritionnel représente la différence entre les entrées et les sorties, ou les gains et les pertes dans notre cas: ⇒ Bilan = entrées - pertes = gains - pertes. Page 2 sur 8 Dans la colonne des gains il y a : - La production d’eau endogène par le cycle de Krebs qui représente ici environ 300 mL par jour - L’apport d’eau alimentaire est de 600 mL par jour. - L’eau de boisson environ 1,5 L par jour (en moyenne) Concernant les pertes, elles sont de 2 types : - Les pertes insensibles qui sont certes partiellement ajustables mais faiblement régulables. Il s’agit des pertes : Respiratoire : 0,3 L / jour La transpiration : 0,2 L / jour (sujet sédentaire en milieu tempéré) Les selles : 0,1 L / jour - Les pertes hautement régulables : L’excrétion urinaire d’eau : 1,5 L / jour Ainsi les gains et les pertes sont équivalents, le bilan d’eau est donc nul. 2) Déséquilibre gains - pertes Lorsque ce bilan d’eau n’est pas nul, qu’il y a une différence entre gains et pertes, ce déséquilibre va être perçu par le cerveau, en particulier le plancher du 3ème ventricule où il existe des osmorécepteurs. Cela aboutira à une réponse adaptative de l’organisme. 3) Excédent d’eau S’il s’agit, par exemple, d’un excédent d’eau, cela freinera la sécrétion d’hormone anti diurétique (ADH) produite par les noyaux supraoptique et paraventriculaire de l’hypothalamus et libérée au niveau de la post hypophyse. La diminution de la sécrétion d’ADH va aboutir à une diminution de la réabsorption rénale d’eau, une augmentation du volume d’urine et finalement l'élimination de l’excédent d’eau. 4) Défaut d’hydratation compensé par le rein Si une situation inverse survient avec un défaut d’hydratation, il y aura augmentation de la production d’ADH, augmentation de la réabsorption rénale d’eau avec diminution du volume d’urines. On a vu que le volume d'urine pouvait diminuer en fonction du volume de déchets jusqu’à 0,4 - 0,5 L / jour. Page 3 sur 8  5) Défaut d’hydratation non compensé par le rein Si dans le cas de l’insuffisance d’hydratation, l’épargne hydrique rénale n’est plus suffisante, l’organisme va ajuster le bilan hydrique en modulant la soif. Dans le cas présent, le déficit d’apport hydrique entraîne un déséquilibre entre gains et pertes, le bilan tend à être négatif ce qui va susciter une augmentation sensible de la soif et donc de la consommation d’eau. C'est une perception très puissante qui va générer une modification du comportement du sujet, destinée à capter dans son environnement un fluide et à l’ingérer. ⇒ Finalement, ces deux phénomènes d’ajustement, sécrétion d’ADH et soif, permettront de maintenir autant que possible un équilibre entre gains et pertes de manière à ce que le bilan soit en général nul. III. Exemples d’ajustement du bilan hydrique 1) Exemple d’un sportif : journée d’entrainement classique Il y a une production d’eau endogène relativement importante car le sportif va augmenter son cycle de Krebs dans la mesure où il produit beaucoup d’énergie. Il mange (large hydratation par les aliments), et boit beaucoup d’eau. Parallèlement, ses pertes respiratoires ont augmenté parce que son activité physique est plus intense. Sa perspiration n’a pas sensiblement changé (mais sa surface corporelle est plus grande que la femme de toute à l’heure), de même pour les selles qui n’ont pas changé. Ce qui va changer c’est la transpiration et la sudation à cause de la thermolyse (rendue nécessaire par l’excédent de production thermique dans le cadre de l’activité physique d'entraînement). Ici, elle représente une perte d’eau de 3,2 L / jour. Si on fait la somme de tous ces éléments de pertes évoqués au-dessus, on obtient un total de 4,5 litres. Finalement, dans le cas d’un sportif, le rein est capable de réduire au minimum l’excrétion urinaire d’eau à 0,5 L d’urines. Et si on ajuste parallèlement la prise de boisson, à la fin de la journée on aura gardé l’équilibre entre les gains et les pertes c’est-à-dire 5 Litres, grâce à une boisson de 3,4 Litres et une réduction du volume urinaire qui compensent la perte par la sueur. Page 4 sur 8  2) Patient potomane Ici on voit le bilan hydrique d’un patient atteint de potomanie, il s’agit d’un trouble du comportement sévère caractérisé par la prise compulsive d’eau qui peut être massive et aboutit à une sur-hydratation notable de l’organisme. Dans ce cas-là, la prise de boisson est augmentée à 4 litres par jour. Cette prise de boisson associée une production d’eau endogène de 0,4 L/jour et une prise alimentaire qui correspond à un apport d’eau de 0,6 L/jour correspondent à un total de gains de 5 Litres. Les pertes respiratoires, perspiratoires, la transpiration et les selles étant celles d’un sujet sédentaire (pertes insensibles = 1 L). Il y aura un excédent de 3,8 L d’eau que l’excrétion rénale va ajuster parfaitement en augmentant le volume des urines, de manière à ce que le total des pertes soit égal au total des gains et que le bilan hydrique soit nul. IV. Maintien du bilan hydrique et ses limites On est parfois aux limites des capacités d’ajustement. 1) Sujet dans le coma, occlusion intestinale, en réanimation Ici on a le cas d’un sujet dans le coma et en occlusion intestinale lors d’un séjour en réanimation. Ce sujet ne mange plus, il y a une production d’eau endogène de 0,4 L dûe à son métabolisme basal. Il y a les perfusions mises en place par les médecins réanimateurs avec des solutés éventuellement nutritionnels et des solutés médicamenteux. Tout cela va représenter, dans le cas choisi, des gains de 3 litres. Page 5 sur 8 Sachant que les pertes respiratoires, perspiratoires et transpiratoires sont à peu près inchangées, et qu’il n’y a pas de transit donc pas de selles, il faudra que le rein ajuste en excrétant de telle manière à ce que les pertes soient égales aux gains c’est-à-dire de 1,9 litres dans les 24 heures. 2) Même sujet, isolé chez lui, dans le coma depuis 48 heures Si maintenant on prend le même sujet mais qui est tombé dans le coma seul chez lui, isolé, sans assistance médicale, depuis 48 heures. Le sujet va continuer à avoir des pertes insensibles (respiratoires, perspiratoires, transpiratoires), il n’y a pas de selles car il est en occlusion intestinale et il produit un volume minimal d’urines de 0,5 litres. Ainsi, la somme de ses pertes est égale à 1,6 litres. De l’autre côté sa production endogène persiste car le métabolisme basal et le cycle de Krebs continuent de fonctionner. Ce qui représente seulement 0,4 L. Ainsi il nous reste un bilan négatif de 1,2 L. Ce qui veut dire que le patient va perdre 1,2 kg par 24 heures avec un risque de déshydratation intracellulaire majeur au bout de quelques jours. V. Causes de rupture de l’équilibre du bilan hydrique Le bilan hydrique peut être rompu dans les deux sens : soit par un excédent de fluides (bilan positif), soit par un défaut d’apport (bilan négatif). 1) Bilan positif 2 possibilités surviennent : soit un excès d’apport mais il faut qu’il soit massif pour dépasser les capacités d’élimination rénale, soit un défaut de capacité d’excrétion. a) Excès d’apport L’excès d’apport peut résulter d’une : ➔ Potomanie : trouble compulsif de la prise hydrique qui est caractérisé le plus souvent par un trouble psychiatrique sous-jacent, avec des prises d’eau massives et rapides qui peuvent être de l’ordre d’1 litre par heure et éventuellement des prises sur 24 heures qui peuvent dépasser des quantités de 6 à 10 litres. Dans ces conditions, l’excès d’apport peut devenir gênant. ➔ Polydipsie : situation plus fréquente, induite par les médicaments comme les neuroleptiques ou induite par le syndrome de Gougerot-Sjögren. Elle se caractérise par une sensation de soif, d'origine buccale le plus souvent, qui va générer une prise d’eau répétée, parfois relativement importante atteignant 6 à 8 litres par 24 heures qui la plupart du temps ne mettra pas en jeu le pronostic vital du sujet parce qu’elle va rester, dans la très grande majorité des cas, en dessous des capacités d’excrétion hydrique. Page 6 sur 8  b) Défaut d’excrétion Le défaut d’excrétion peut résulter d’une : ➔ Insuffisance rénale sévère voire même terminale avec perte de la capacité de dilution puisque le sujet n’émet plus une quantité suffisante d’urines. Si il n’y a pas la prise d’hydratation, le risque est une dilution progressive avec un risque d’accident hypo osmotique. ➔ Antidiurèse inappropriée : il s’agit d’une concentration d’ADH qui n’est pas adaptée aux circonstances osmotiques. En effet, l’hypo-osmolalité doit ralentir la sécrétion d’ADH mais dans ce cas, elle perdure. Cela peut être d'origine tumorale, médicamenteuse ou encore centrale. Elle se caractérise par un défaut de dilution des urines alors que l'osmolalité plasmatique diminue, avec un danger non négligeable pour la santé. 2) Bilan négatif La survenue d’un bilan hydrique négatif est un événement plus fréquent. a) Défaut d’apport ➔ Séjour dans un milieu aride et sans boissons ou chez un sportif de haut niveau exposé à une course d’endurance très prolongée et qui s’hydrate insuffisamment. ➔ Adipsie : non perception de la sensation de soif. On la retrouve chez les personnes âgées, en cas de prise de certains médicaments ou en cas de lésions neurologiques. Elle se caractérise par une perte de la perception de l’hyperosmolalité et donc un défaut d’ajustement du comportement via la prise de boisson, malgré l’augmentation de la pression osmotique plasmatique. b) Pertes digestives, cutanées ou rénales ➔ Pertes digestives : vomissements incoercibles (très abondants), mais bien plus souvent il s’agit d’une diarrhée abondante (cholériforme) : jusqu’à 5-6 Litres d’eau par 24 heures. ➔ Pertes cutanées : relativement peu abondantes : ★ Dans des conditions d'exercice physique en haute température, on peut atteindre jusqu’à 4-5 Litres de pertes par sudation, qui ne sont pas toujours nécessairement compensées par une boisson. Si le sujet n’en a pas les moyens, pas le temps ou pas une perception suffisante de la pression osmotique, le bilan hydrique se négative. ★ Plus rarement l’hyperthermie prolongée peut provoquer une telle déshydratation. Si le sujet n’est pas en situation de prendre une quantité de fluide suffisante pour restaurer ce qui est perdu lors de la dissipation thermique due à l’hyperthermie ou parce qu’il est inconscient, ou parce que son état général est trop dégradé, le bilan hydrique tend à devenir négatif. Page 7 sur 8  ➔ Pertes rénales d’eau surviennent : ★ Lors de la prise de diurétiques. ★ Lorsque le système d’épargne hydrique est altéré (soit par défaut d’ADH, soit par défaut de réponse à l’ADH) c’est ce qu’on appelle les diabètes insipides. Situation où il y aura une fuite d’eau, parfois très abondante qui peut mettre en jeu le pronostic vital si le sujet ne peut plus accéder à l’eau. La diurèse peut atteindre à ce moment-là 6 à 18 litres par 24 heures. 3) Les oedèmes C’est une anomalie de distribution de fluides entre différents secteurs, en particulier entre le secteur plasmatique et le secteur interstitiel. Cette circonstance n’aboutit pas à un bilan positif ou négatif en valeur absolue mais simplement à une modification du stockage de l’eau sans variation osmotique puisque c’est généralement des variations de pressions oncotique ou hydraulique qui vont générer ce flux d’eau. Elle ne rentre donc pas dans les situations qui nous intéressent dans le cas présent. Page 8 sur 8 Pr Ivan TACK Physiologie hormonale Inès Auvré Capsule Ronéo n°12 Matilde Ambonati HOMÉOSTASIE HYDRIQUE : RÉGULATION PAR L’HORMONE ANTIDIURÉTIQUE (ADH) Objectifs : R503. Décrire l’hormone antidiurétique (ADH), son lieu de synthèse, la localisation et les principales actions de ses deux récepteurs. R504. Détailler le mode d’action de l’ADH sur la cellule principale du canal collecteur. R505. Citer les deux principaux déterminants de la sécrétion d’ADH, expliquer leur action régulatrice et leur interaction ainsi que la résultante pratique. I. Caractéristiques de l’ADH L’hormone antidiurétique est un nonapeptide comprenant deux cystines et un pont disulfure entre elles. L’ADH est très proche structurellement de l'ocytocine qui est une neurohormone hypothalamique, sécrétée dans l’hypophyse postérieure. Chez les primates : l’ADH est essentiellement représentée par une arginine en position 8 (du côté N-terminal) : il s’agit d’une Arginine Vasopressine (AVP). Chez les bovidés : cette arginine est remplacée par une lysine, d’où le terme de Lysine Vasopressine (LVP). AVP et LVP désignent donc la même hormone, mais avec une spécificité zoologique. Il existe deux grands types de récepteurs à l’ADH (ou plutôt 3 si l’on veut être exact). Tous les 3 sont des RCPG : Le récepteur V1 (RV1) : deux sous-types qui mettent en jeu la voie PLC/PKC - RV1a de type vasculaire - RV1b au niveau de l’hypophyse antérieure Le récepteur V2 (RV2) : présent au niveau du rein (essentiellement dans le canal collecteur du rein), responsable de l’activation d’une adénylate cyclase membranaire. L’affinité de l’ADH pour le récepteur V2 est supérieure à celle pour le récepteur V1, ce qui est responsable d’une mise en jeu décalée de ces récepteurs. Page 1 sur 6 La demi-vie de l’ADH est brève : 10-15 mins environ, avec une dégradation qui peut avoir lieu dans le sang, au niveau du foie et des reins. La synthèse de l’ADH a lieu essentiellement dans le noyau supra-optique de l’hypothalamus et plus faiblement dans le noyau paraventriculaire. Son stockage se fait lors du processus sécrétoire vers la post-hypophyse dans des granules. Ce stockage est sous forme mature avec la neurophysine II et la copeptine qui sont des fragments N-terminaux de la pré-prohormone en cours de maturation. Le schéma ci-dessous représente un neurone magnocellulaire du noyau supraoptique qui produit la pré-prohormone de l’ADH qui va maturer, libérant un peptide N-terminal initial qui est la copeptine et un peptide N-terminal intermédiaire qui est la neurophysine II. Comme le montre ce graphique, il existe un strict parallèle, puisque la sécrétion doit être équimolaire, entre la concentration circulante d’ADH et la concentration circulante de copeptine. Le problème est que le dosage de l’ADH est extrêmement difficile (basé sur des radio-immuno-essais) avec une fiabilité très mauvaise car la quantité est très faible, qu’il faut l’extraire et que la protéine n’est pas stable. Par conséquent, la copeptine, qui est un produit de dégradation, qui n’est pas connue pour avoir une activité biologique et qui a une durée de vie de 8 à 12h, est beaucoup plus stable, plus concentrée et plus facile à doser. Aujourd’hui, la copeptine tend à s’imposer dans de nombreuses circonstances en remplacement du dosage de l’ADH qui pose un problème majeur de fiabilité. Page 2 sur 6  II. ADH ou AVP ? Dualité de l’ADH L’ADH est une hormone surprenante et ambivalente. En effet, elle possède 2 noms : ADH (Hormone antidiurétique), ou AVP (Arginine Vasopressine) qui correspond à une description historiquement différente, c’est-à-dire que dans le premier cadre elle a été décrite comme une hormone vasopressive et dans l’autre cadre comme une hormone d’épargne hydrique. En fait, il s’agit d’une hormone de dualité, avec 2 types de niveau d’activité en fonction de sa concentration circulante et en fonction de l'activation d’un type de récepteur différent. A faible co