TD 4: NEPHROCYTES - Exam Paper PDF

Livret 4 : Néphrocytes 1 TD 4 : NEPHROCYTES Préambule : Objectifs : Connaître les principales fonctions métaboliques des néphrocytes : -...

Livret 4 : Néphrocytes 1 TD 4 : NEPHROCYTES Préambule : Objectifs : Connaître les principales fonctions métaboliques des néphrocytes : - Elimination de composés devenus polaires endogènes et exogènes - Réabsorption de petites molécules organiques (oses, acides -aminés) - Contrôle de la volémie et des équilibres hydro-électrolytique et acido-basiques - Fonction endocrinienne (synthèse de l’érythropoiétine). Pré requis : cours magistraux / polys sur la réaction biochimique, le glucose, l’acétylCoA et le métabolisme azoté, les ligands, régulation des métabolismes glucidique et lipidique, circulation des lipides, régulation du pH sanguin. Exercice 1 : Néphrocytes et fonction glomérulaire Texte………………………………………….………………………………………………2 Corrigé………………………………………….…………………………………………… 4 Exercice 2 : Néphrocytes et réabsorption Texte………………………………………….………………………………………………12 Corrigé………………………………………….…………………………………………… 14 Exercice 3 : Néphrocytes et pH sanguin Texte………………………………………….…………………………………………....…21 Corrigé………………………………………….………………………………………....… 22 filtrat sang éliminat déchets Rein par urine néphron unitéstructurale antérioleafférente efférente Capsulede Bowm EPIEEà glomérule caflecteur mai 4 confuscule afin Réabsorpt Sécrét Livret 4 : Néphrocytes 2 EXERCICE 1 : NEPHROCYTES ET FONCTION GLOMERULAIRE Difficulté : moyenne Question 1 : Eléments structuraux de la MBG (Membrane Basale Glomérulaire). La fonction glomérulaire du néphron est assurée par les relations physiques établies entre le glomérule sanguin délimité par la membrane basale correspondante (MBG) et les cellules de la capsule de Bowman. Outre le collagène de type IV, le Perlécan est un des constituants fondamentaux de la MBG. 1.1. A quelle famille de composés endogènes, le Perlécan appartient-il ? Rappelez son organisation structurale générale. 1.2. Au sein de ce composé, quel(s) est(sont) le(s) glycosaminoglycanne(s) présent(s) ? Donnez-en la(es) structure(s) correspondante(s). Au total, quelle est la charge globale portée par le Perlécan ? 1.3.1. Donnez les étapes de la formation de D glucuronate puis de L iduronate à partir de glucose. 1.3.2. Donnez les étapes de la formation de N Ac D glucusamine à partir de glucose. 1.3.3. Rappelez la réaction générale conduisant à la formation d’une liaison osidique. Indiquez les réactions correspondantes mises en jeu lors de la formation des héparans sulfates et des héparines 1.3.4. Précisez les mécanismes de sulfatation : formation du donneur de sulfates, réactions de sulfatations. Indiquez les réactions correspondantes mises en jeu lors de la formation des héparans sulfates et des héparines. Question 2 : Filtration des protéines : 2.1.1. Quels sont les mécanismes de filtration glomérulaire ? 2.1.2. Une protéine de 80 kD chargée négativement est-elle normalement filtrée ? Une protéine d’environ 20 kD chargée négativement est-elle normalement filtrée ? Une protéine d’environ 20 kD chargée positivement est-elle normalement filtrée ? Justifiez vos réponses. 2.1.3. La protéinurie (concentration urinaire des protéines) est-elle physiologiquement nulle ? 2.2.1. Dans le cas de lésions musculaires, quelle protéine peut-elle être libérée en grande quantité dans la circulation générale ? Peut-il y avoir une protéinurie associée ? Justifiez votre réponse. 2.2.2. Dans le cas de lésions du filtre glomérulaire, peut-on observer une protéinurie massive ? Justifiez votre réponse. 2.2.3. Dans le cas de lésions du tube urinifère et/ou de l’appareil urinaire bas, peut-on observer une protéinurie ? Justifiez votre réponse. Question 3 : Elimination de la créatinine : 3.1. Rappelez l’étape de formation de la créatinine à partir de la créatine phosphate et sa localisation tissulaire. 3.2. Sachant que la créatinine est filtrée par le glomérule rénal, mais n’est ni réabsorbé ni sécrété par le tube urinifère, quels sont les facteurs de variations possibles de la créatininémie ? Quel est l’intérêt du dosage de la créatininémie (concentration plasmatique de créatinine) dans le cadre d’une exploration de la fonction rénale ? Question 4 : Elimination de l’urée : 4.1. Rappelez la structure et le PM de l’urée. Dans quel organe cette molécule est-elle synthétisée ? 4.2. Les anglosaxons utilisent le BUN (Blood Urea Nitrogen). Donnez la relation liant le BUN et l’urémie. Convertissez une urémie de 0.36g/L en BUN (mg/L) puis convertissez un BUN de 420 mg/L en urémie exprimée en mmol/L et en g/L. Livret 4 : Néphrocytes 3 4.3. Sachant que l’urée est filtrée par le glomérule et réabsorbée partiellement (environ 1/3), quels sont les facteurs de variations possibles de l’urémie ? Quel est l’intérêt du dosage de l’urémie (concentration plasmatique d’urée) dans le cadre d’une exploration de la fonction rénale ? 4.4. On établit le rapport [Urée]urine / [urée]plasma pour tenir compte de la réabsorption partielle. Que peut-on déduire d’une diminution de ce rapport (< 10) ? Question 5 : Clairances glomérulaires : 5.1. Sachant que la clairance d’une substance X correspond au volume de plasma épuré de la substance X par unité de temps, proposez une formule de la clairance de X. 5.2. Soit le GFR (Glomerular Filtration Rate). Comment varie la clairance de X en fonction du GFR si X est filtrée, non réabsorbée et non sécrétée ? Donnez un exemple d’une telle molécule. Que devient la clairance de X lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Que devient la clairance de X lors de lésions tubulaires ? 5.3. Comment varie la clairance de X en fonction du GFR si est filtrée, réabsorbée au moins partiellement et non sécrétée ? Donnez un exemple d’une telle molécule. Que devient la clairance de X lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Que devient la clairance de X lors de lésions tubulaires ? 5.4. Comment varie la clairance de X en fonction du GFR si est filtrée, non réabsorbée et sécrétée ? Donnez un exemple d’une telle molécule. Que devient la clairance de X lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Que devient la clairance de X lors de lésions tubulaires ?  Livret 4 : Néphrocytes 4 EXERCICE 1 : NEPHROCYTES ET FONCTION GLOMERULAIRE : Question 1 : Eléments structuraux de la MBG (Membrane Basale Glomérulaire). La fonction glomérulaire du néphron est assurée par les relations physiques établies entre le glomérule sanguin délimité par la membrane basale correspondante (MBG) et les cellules de la capsule de Bowman. Outre le collagène de type IV, le Perlécan est un des constituants fondamentaux de la MBG. 1.1. A quelle famille de composés endogènes, le Perlécan appartient-il ? Rappelez son organisation structurale générale. Perlécan : PROTEOGLYCANNE (95% oses et dérivés) = Core protéine (+/- glycosylée) + n Glycosaminoglycannes Glycosaminoglycannes de type héparans sulfates / héparines : PROTEOGLYCANNE MEMBRANAIRE 1.2. Au sein de ce composé, quel(s) est(sont) le(s) glycosaminoglycanne(s) présent(s) ? Donnez-en la(es) structure(s) correspondante(s). Au total, quelle est la charge globale portée par le Perlécan ? Glycosaminoglycannes : n x [acide (uronique) – Hexosamine](1 – 4) Héparans sulfates / Héparines :  Hexosamine : Glucosamine (N Glc) N acétylée  Liaison osidique intra-unité : 1 – 4  Acide uronique : D glucuronate et/ou L iduronate (épimère en 5)  Sulfates : au moins en positions 3 et 6 de la N Glc CH2O – SO3- COO- CH2O – SO3- COO- O O O O O – SO3- O – SO3- O O O NH – CO – CH3 NH – CO – CH3 (1 – 4) D Glucuronate (1 – 4) N Ac D Glc (1 – 4) HEPARANS SULFATES  D Glucuronate (50%) L Iduronate (50%)  Pas de sulfate sur l’acide uronique CH2O – SO3- CH2O – SO3- O O O O O – SO3- COO- O O – SO3- COO- O O NH – CO – CH3 O – SO3- NH – CO – CH3 O – SO3- (1 – 4) L Iduronate (1 – 4) N Ac D Glc (1 – 4) HEPARINES  D Glucuronate (33%) L Iduronate (66%)  Sulfate en 2’ sur le L Iduronate → Les plus sulfatés erlécan avec GAG prytéfglycaf detype partiea a héparansulfatehéparine acideuronique 1 4 NHescosamine 29FF.EE eS Sulfateen2 IeTate en3ou6 1 4 xp Cashépanun sulfate Organisatᵒ de polyanion héparine GAGle anioniqueet sulfaté attire eau Intâpulsiondes anions Bannièreanionique Format liaison osidique R Ô À B EupP or UJP UDP glucuronate UDP idunonate HK I 1 P P 78 2D UDPgle glcATP ÀDP glcGP glc UTP IP UDPglucuron B 5 pfft épine 6P UDP N glo GENENT Ey UDPIdman NFruGP I Ngloop Ngle1P UTP dérivéoseavecamineen 2 00 1 hespfgm.jo detransfoen2 addit éliminat sensible à attachemucléophile carbonyle cétone en 2 passepar  Livret 4 : Néphrocytes 5 Présence des groupements carboxylates et sulfates : charge globale négative Etirement des chaines (les charges de même signe se repoussent) : création d’une barrière anionique membranaire 1.3.1. Donnez les étapes de la formation de D glucuronate puis de L iduronate à partir de glucose. Hexokinase Isomérase UMP Transférase Glucose Glucose 6 P Glucose 1 P UDP Glucose 2 NADP+ ATP ADP UTP PPi 2 Déshydrogénases 2 NADPH UDP Glucuronate 5 Epimérase UDP Iduronate Formes activées en C1 1.3.2. Donnez les étapes de la formation de N Ac D glucusamine à partir de glucose. Hexokinase Isomérase Glucose Glucose 6 P Glucosamine (N Glc) 6P N Glc 1P UTP ATP ADP Isomérase Isomérase UMP Transférase Amino Transférase PPi Fructose 6 P Fructosimine (N Fru) 6P UDP N Glc NH3 H2O O 1.3.3. Rappelez la réaction générale conduisant à la formation d’une liaison osidique. Indiquez les réactions correspondantes mises en jeu lors de la formation des héparans sulfates et des héparines Osyl transférase UDP Ose (dérivé) Ose (dérivé) – OR ROH UDP CAS DES HEPARANS SULFATES / HEPARINES Osyl transférase UDP Uronate Uronyl (1 – 4) O N Glc Liaison osidique INTRA-UNITE HO (4) N Glc UDP N Glc transférase UDP N Glc N Glc (1 – 4) O Uronate Liaison osidique INTER-UNITE HO (4) Uronate UDP  Livret 4 : Néphrocytes 6 1.3.4. Précisez les mécanismes de sulfatation : formation du donneur de sulfates, réactions de sulfatations. Indiquez les réactions correspondantes mises en jeu lors de la formation des héparans sulfates et des héparines. Donneur de Sulfate : 3’ Phospho-Adénosine 5’ PhosphoSulfate (PAPS) - O3S – -O3P – OH25’C O Anhydride Adénine 3’ ADP ROH ATP 2- O 3P – O RO –SO3- - O3S – -O3P – OH25’C Kinase Sulfotransférase O Ester sulfurique 2- Adénine O3P – OH25’C 3’ O Adénine 3’ HO PPi 2- O3P – O Sulfotransférase 3’ Phospho-Adénosine 5’ Phosphate (PAP) SO42- H 2O ATP Alanine Phosphatase Hydrolase Pi 2- H2 O O3P – OH25’C O Oxydase Adénine 3’ (O2, NADPH, P450) Cystéine HO AMP CAS DES HEPARANS SULFATES / HEPARINES Sulfotransférase Héparan / « Héparine » Héparans Sulfates / Héparine HO en 4 NGlc HO en 6 NGlc PAPS PAP HO en 2’ Iduronate Question 2 : Filtration des protéines : 2.1.1. Quels sont les mécanismes de filtration glomérulaire ? La filtration glomérulaire permet le passage de différentes molécules du plasma vers l’intérieur de la capsule de Bowman (ou chambre primitive) ; les structures cytologiques mises en jeu sont les cellules endothéliales de l’artériole afférente, la membrane basale glomérulaire chargée négativement (barrière anionique) et les pédicelles des cellules épithéliales de la capsule. Pour être filtrées par le glomérule, les molécules doivent avoir une taille inférieure à ≈ 70 kD (limite : albumine et hémoglobine), être plutôt hydrosolubles ou avoir un caractère polaire pour être hydratées, et plutôt chargées positivement (pour ne pas être repoussées par la barrière anionique). Ainsi, la plupart des protéines plasmatiques ne peuvent pas traverser cette barrière histologique et la composition de l’urine primitive est voisine de celle du plasma dépourvu de protéines.  Phospho Phospho Sulfate Donneur sulfate 3 AI.EE baseazotée JIA ÉÉ at TES ester Solf ÉL B a f 0 3 S ADP PAP Sulfotf Phosphatase anhydride mixte AMP 5 hosphatase en hydrolyse phosphaester Mme basale Podocytes pou passage capillairesfenestré asse molécule 70 kDa hémoglobine 4 17 08km albumine IFG Phydrostatdscapillaire Poncatique Phydrostatdscapsule Bowman 50min49 m̂ plasma 1 mmHg 30mmHg 10 mmHg 70 plasma capsuledeBowman innéversible car positivestrict filtrat  Livret 4 : Néphrocytes 7 La pression de filtration glomérulaire (PFG) est donnée par la relation : PFG = PCG – (POCG + PCB) où PCG est la pression hydrostatique dans le capillaire glomérulaire résultante directement de l’activité cardiaque (50 mmHg), POCG est la pression oncotique exercée par les protéines restées dans le capillaire glomérulaire (30 mmHg) et PCB est la pression hydrostatique dans la capsule de Bowman (10 mmHg). On a donc PFG = 10 mmHg > 0 mmHg : transferts des molécules à sens unique du plasma vers l’urine primitive. Remarque : Dans le cas d’une défaillance cardiaque, le mécanisme de filtration glomérulaire est altéré. 2.1.2. Une protéine de 80 kD chargée négativement est-elle normalement filtrée ? Une protéine d’environ 20 kD chargée négativement est-elle normalement filtrée ? Une protéine d’environ 20 kD chargée positivement est-elle normalement filtrée ? Justifiez vos réponses. Protéine de 80 kD : trop grosse (> 70 kD) et repoussée (chargée négativement et trop volumineuse pour être complètement hydratée) : normalement, elle n’est pas filtrée et donc absente de l’urine primitive. Protéines de 20 kD : petites (< 70 kD) et elles peuvent donc passer le filtre glomérulaire surtout si elles sont complètement hydratées. Néanmoins, la présence de charges négatives peut ralentir le mécanisme de filtration puisque la molécule sera partiellement repoussée par le perlécan mais pas complètement puisqu’il y a des possibilités d’hydratation représentées par la présence de charges électriques. 2.1.3. La protéinurie (concentration urinaire des protéines) est-elle physiologiquement nulle ? Par conséquent, si l’on ne considère que le mécanisme de filtration glomérulaire, de petites protéines (< 70 kD) hydrosolubles d’origine plasmatique sont présentes dans l’urine primitive. Dans la plupart des espèces animales exceptées chez les rongeurs, et chez les individus sains, ces protéines plasmatiques, si elles restent en concentration modérée, sont réabsorbées par le tube urinifère par des mécanismes saturables de diffusion facilitée de manière pratiquement totale. De plus, différentes protéines d’origine tubulaire (exemples : protéine de Tamm-Horsfall ou uromoduline / IgA sécrétoires) sont régulièrement sécrétées et se retrouvent dans les urines à des concentrations variables suivant les espèces (en particulier chez les rongeurs). En conclusion, la protéinurie, physiologiquement, n’est pas rigoureusement nulle (existence de petites protéines plasmatiques pas complètement réabsorbées et sécrétion de protéines spécifiques par le tube urinifère) mais elle demeure pratiquement indétectable par les méthodes utilisées dans la plupart des espèces animales sauf chez les rongeurs. 2.2.1. Dans le cas de lésions musculaires, quelle protéine peut-elle être libérée en grande quantité dans la circulation générale ? Peut-il y avoir une protéinurie associée ? Justifiez votre réponse. Lors de lésions musculaires, la myoglobine (petite protéine hydrosoluble de 17 kD) est libérée massivement dans le torrent circulatoire. Vu ses caractéristiques physiques, les nombreuses molécules de myoglobine sont filtrées par les glomérules rénaux et ne peuvent être complètement réabsorbées par les tubes urinifères (saturation des mécanismes de transport). On observe donc une protéinurie, assez modérée (réabsorption d’une partie des molécules de myoglobine) et qualifiée de sélective (la protéinurie est due à la seule présence des molécules de myoglobine, les protéines urinaires sont caractérisées par le même poids moléculaire). Il s’agit d’une protéinurie PREGLOMERULAIRE (les glomérules ne présentent pas de lésions). Remarque : De la même manière, lors de désordres lymphoprolifératifs associés à des productions exagérées d’immunoglobulines, ces dernières sont dissociées en chaines légères (20 kD) et lourdes. Les chaines légères sont largement filtrées par les glomérules rénaux et non réabsorbées en totalité et déterminent aussi l’apparition d’une protéinurie préglomérulaire. Les chaines légères des immunoglobulines retrouvées dans les urines sont appelées protéines de Bence-Jones. Prot 90 kDa peut passé chargée perlécan dégage Prat 20kDa peutpasser chargée enrobée eau Vafinirpar passerlentement Prot 20kDa chargée ralentissement filtrat passe vite LïmiEpâma notéinurie physiologiquement nulle réabsorpt dstube urinifère hydrolysée pourrécup a La faible quasiindétectable sèche bandelette YET Inépectro réfractométrie détectable EEEEE.EE ave Patéinurie poil EtEEnhmEntE.IE im1 9eus glomérulaire si lésion glomérule et non sélective ttpoidsmoléculaire PEETIEmagie Albuminurie 50 desProts dsunime intact préglomérulaire glomérule sélective petitpoids protéinurie modérée moléculaire ĉ lamyoglobine postglomérulaire myoglobinurie myoglabinémie lié tube urinifère auxionsmux appareilunimainebas protéinurie modérée issueprotdsd mon Cas pbTCP sélective toutpoids moléculaireAfbjrimyzigfaible ralentitécoulementparformat bouchon congl.MEIndnunie scarprotprendforme si tIEndaurie lésion glomérule forcément cas inflammat infect crime bactérienneetinflammatoire protd'origine sélective Modérée cardilut par diurèse mon albuminurie faible bactériunie leucocytonie dépittransformé cancer vessiechez fumeur  Livret 4 : Néphrocytes 8 2.2.2. Dans le cas de lésions du filtre glomérulaire, peut-on observer une protéinurie massive ? Justifiez votre réponse. Lors de lésions glomérulaires intenses, les structures de filtration sont altérées et laissent passer des molécules de plus de 70 kD en plus des protéines de plus faible poids moléculaire. Dans l’urine primitive, on aura donc la présence de toutes les protéines plasmatiques. En l’absence de lésions tubulaires associées, les petites protéines sont toujours réabsorbées mais partiellement. Au total, dans les urines définitives, on retrouvera les protéines plasmatiques avec l’albumine majoritaire, des protéines de haut poids moléculaires relativement abondantes et des protéines de faibles poids moléculaires n’ayant pas été réabsorbées. On a une protéinurie massive et non sélective (hétérogénéité des poids moléculaires des protéines présentes). Il s’agit d’une PROTEINURIE GLOMERULAIRE. Lors de lésions glomérulaires modérées, les structures de filtration glomérulaires faiblement altérées permettent une filtration augmentée des protéines plasmatiques de poids moléculaires voisins de 70 kD (albumine) mais s’opposent encore au passage des plus grosses protéines. Etant donné que les petites protéines sont toujours réabsorbées au moins partiellement en absence de lésions tubulaires associées, et que les grosses protéines ne sont pas encore passées, on observe une protéinurie assez modérée, relativement sélective car caractérisée par la présence majoritaire de l’albumine (plus de 80%). Il s’agit d’un second type de PROTEINURIE GLOMERULAIRE. 2.2.3. Dans le cas de lésions du tube urinifère et/ou de l’appareil urinaire bas, peut-on observer une protéinurie ? Justifiez votre réponse. Il existe plusieurs types de PROTEINURIES POST-GLOMERULAIRES liées à des lésions postérieures aux glomérules rénaux. Dans le cas de lésions tubulaires affectant une portion spécifique du tube urinifère, on peut observer une protéinurie relativement faible et sélective (correspondant à la libération dans les urines de(s) protéine(s) spécifiquement synthétisées par la portion lésée du tube urinifère). Dans le cas de lésions tubulaires étendues, on aura un défaut de réabsorption des petites protéines d’origine plasmatique ayant été filtrées par les glomérules entrainant une protéinurie modérée peu sélective (poids moléculaires < 70 kD) et/ou la présence dans les urines de protéines d’origine cellulaire de poids moléculaires hétérogènes issues de la destruction des néphrocytes tubulaires à l’origine d’une protéinurie modérée non sélective. Dans ce dernier cas, on aura aussi la présence de cylindres dans les urines (cylindrurie) dus à la précipitation des protéines dans le tube urinifère en raison de son étroitesse. Dans le cas de lésions de l’appareil urinaire bas (uretère, vessie, urèthre), le plus souvent liées à des foyers infectieux et/ou inflammatoires, on note la présence de protéines d’origine bactérienne et/ou inflammatoire dans les urines définitives responsables d’une protéinurie modérée et non sélective. Lors de lésions de l’appareil urinaire bas, on n’observe pas de cylindrurie. En général, les protéinuries post-glomérulaires restent modérées, sont peu ou pas sélectives, rarement sélectives mais se différencient des protéinuries glomérulaires par le fait que l’albuminurie reste faible. Remarque : Il convient toujours de vérifier que la protéinurie ne résulte pas de lésions de l’appareil génital mâle ou femelle. Question 3 : Elimination de la créatinine : 3.1. Rappelez l’étape de formation de la créatinine à partir de la créatine phosphate et sa localisation tissulaire.  Livret 4 : Néphrocytes 9 CH3 CH3 N N H2C C –– NH+ – PO32- H 2C C –– NH Spontanée MUSCLES O –– C NH2 O –– C NH O- Créatine P Pi Créatinine 3.2. Sachant que la créatinine est filtrée par le glomérule rénal, mais n’est ni réabsorbé ni sécrété par le tube urinifère, quels sont les facteurs de variations possibles de la créatininémie ? Quel est l’intérêt du dosage de la créatininémie (concentration plasmatique de créatinine) dans le cadre d’une exploration de la fonction rénale ? MUSCLES Apports Pertes [Créatinine]pl Créatinémie : reflet de l’équilibre entre les apports (endogènes et exogènes) et les pertes rénales liées à la filtration glomérulaire. En dehors de la période post-prandiale, la créatininémie est stable et la quantité éliminée dans les urines quotidiennement dépend directement de la filtration glomérulaire. Augmentation de la créatininémie : développement important de la musculature, apports carnés importants, défaut de filtration glomérulaire. Diminution de la créatininémie : amyotrophie. Créatinémie : marqueur précoce et sensible de la filtration glomérulaire. Question 4 : Elimination de l’urée : 4.1. Rappelez la structure et le PM de l’urée. Dans quel organe cette molécule est-elle synthétisée ? O –– C – NH2 Uréogénèse : Foie (cycle de l’urée) Poids moléculaire (PM) : PM = 12 + 16 + 2 x 14 + 4 x 1 = 60 Daltons NH2 Urée  Livret 4 : Néphrocytes 10 4.2. Les anglosaxons utilisent le BUN (Blood Urea Nitrogen). Donnez la relation liant le BUN et l’urémie. Convertissez une urémie de 0.36g/L en BUN (mg/L) puis convertissez un BUN de 420 mg/L en urémie exprimée en mmol/L et en g/L. Blood Urea Nitrogen (BUN) : Concentration plasmatique des atomes d’azote constitutifs de l’urée (mg/L). Sachant que dans 1 mmol (ou 60 mg) d’urée, les atomes d’azote (BUN) représentent 28 mg, on a donc la relation suivante entre l’urémie et le BUN : BUN (mg/L) = 28 x [Urée]pl (mmol/L) Exemple 1 : [Urée]pl (mmol/L) = 360 / 60 = 6 BUN (mg/L) = 28 x 6 = 168 mg/L Exemple 2 : BUN (mg/L) = 420 = 28 x 15 mg/L [Urée]pl (mmol/L) = 420 / 28 = 15 [Urée]pl (mg/L) = 420 x 60 / 28 = 900 soit 0.9 g/L 4.3. Sachant que l’urée est filtrée par le glomérule et réabsorbée partiellement (environ 1/3), quels sont les facteurs de variations possibles de l’urémie ? Quel est l’intérêt du dosage de l’urémie (concentration plasmatique d’urée) dans le cadre d’une exploration de la fonction rénale ? FOIE Apports Pertes [Urée]pl Urémie : reflet de l’équilibre entre les apports (endogènes et exogènes) et les pertes rénales liées à la filtration glomérulaire. La réabsorption tubulaire partielle de l’urée mettant en jeu des phénomènes de diffusion passive et de récupération de l’eau varie en intensité en fonction de la diurèse (volume d’urines éliminées par 24 heures) et elle constitue donc des apports endogènes variables et fluctuants. Augmentation de l’urémie : défaut de filtration glomérulaire. Diminution de l’urémie : Insuffisance hépatique sévère, défaut de réabsorption tubulaire. Urémie :  Marqueur tardif et peu sensible de la filtration glomérulaire (75% des néphrons détruits).  Valeur pronostique 4.4. On établit le rapport [Urée]urine / [urée]plasma pour tenir compte de la réabsorption partielle. Que peut-on déduire d’une diminution de ce rapport (< 10) ? Le rapport [Urée]urine / [Urée]plasma diminue et devient < 10 lorsque soit [Urée]urine diminue, soit [Urée]plasma augmente, soit les 2, ce qui dans tous les cas, met en évidence un défaut de filtration glomérulaire de l’urée plasmatique. Une diminution de ce rapport met en évidence un défaut de filtration glomérulaire indépendamment des possibilités tubulaires de réabsorption.  Les marqueurs La créatinine di ᵗ créatine créatininedsmuscle ATP apportscarmés o G plan musculature FG Mime MarqueurFGsensible es indivamyotrophic CI MEIPJEEEETTIalorsque altérée L'urée 1 AM Foie TE puréepl 0 1 I PM 600 113 FG réfuaire Mime marqueurpeusensibletardif 775 néphrons lésés urémie néphronslésés UnéeJunie uréepl 10 FG EIE 210 azote unétiqueds sang Blood Mea Nitrogen mg l urémie L BUN 28 mg l JIMMY 20 mmolIL 560 mg l  Livret 4 : Néphrocytes 11 Question 5 : Clairances glomérulaires : 5.1. Sachant que la clairance d’une substance X correspond au volume de plasma épuré de la substance X par unité de temps, proposez une formule de la clairance de X. La clairance glomérulaire d’une substance X correspond à un débit de disparition de X dans le plasma grâce à son transfert dans les urines. On a donc la formule suivante : ClX = Vplasma/t x [X] urine/[X] plasma où ClX : Clairance de X, Vplasma/t : Volume de plasma épuré par unité de temps, [X] urine : concentration urinaire de X et [X] plasma : concentration plasmatique de X. 5.2. Soit le GFR (Glomerular Filtration Rate). Comment varie la clairance de X en fonction du GFR si X est filtrée, non réabsorbée et non sécrétée ? Donnez un exemple d’une telle molécule. Que devient la clairance de X lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Que devient la clairance de X lors de lésions tubulaires ? Le GFR correspond au débit de filtration glomérulaire et est donc mesuré par la clairance d’une substance X qui est directement filtrée par les glomérules rénaux et qui n’est ni réabsorbée ni sécrétée. Pour X filtrée, non réabsorbée et non sécrétée, on a donc Cl X = GFR. Exemple : créatinine Lors d’un défaut de filtration glomérulaire, le GFR diminue et la clairance de X diminue ([X]plasma augmente et [X]urine diminue). Lors de lésions tubulaires, puisque X n’est ni réabsorbée ni sécrétée, la clairance de X n’est pas affectée. 5.3. Comment varie la clairance de X en fonction du GFR si est filtrée, réabsorbée au moins partiellement et non sécrétée ? Donnez un exemple d’une telle molécule. Que devient la clairance de X lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Que devient la clairance de X lors de lésions tubulaires ? Pour X filtrée, réabsorbée au moins partiellement et non sécrétée, on a donc ClX < GFR (puisque [X]urine diminue par rapport à une substance seulement filtrée) Exemples : urée, électrolytes, glucose (comme il est réabsorbé en totalité, Clglucose = 0 !!!) Lors d’un défaut de filtration glomérulaire, le GFR diminue et la clairance de X diminue ([X]plasma augmente et [X]urine diminue). Lors de lésions tubulaires, puisque X n’est plus correctement réabsorbée, la clairance de X augmente ([X]urine augmente). 5.4. Comment varie la clairance de X en fonction du GFR si est filtrée, non réabsorbée et sécrétée ? Donnez un exemple d’une telle molécule. Que devient la clairance de X lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Que devient la clairance de X lors de lésions tubulaires ? Pour X filtrée, non réabsorbée et sécrétée, on a donc ClX > GFR (puisque [X]urine augmente par rapport à une substance seulement filtrée) Exemple : acide para-amino-hippurique H2 N CO – H2N – CH2 – COOH Lors d’un défaut de filtration glomérulaire, le GFR diminue et la clairance de X diminue ([X]plasma augmente et [X]urine diminue). Lors de lésions tubulaires, puisque X n’est plus correctement sécrétée, la clairance de X diminue ([X]urine diminue). clairance EFFILE FREEEEEEI.EE Si filtrée mon tabs nonsécrétée Ix 6FR ex créatinine ate sifo lésiontubes Si F R MS Lsi Ix LG FR ex urée gle électrolytes si f6 silésiontubes FG défautfiltrat QEII Si JETEE si lésions tubulaires si F MR S d 6FR ex paaLimatlipponiq M SI DFG Silésiontub Livret 4 : Néphrocytes 12 EXERCICE 2 : NEPHROCYTES ET REABSORPTION : Difficulté : facile à moyenne Question 1 : réabsorption des petites molécules organiques : 1.1. Cas du glucose : 1.1.1. Rappelez la structure et le PM du glucose. Donnez en mmol/L une glycémie de 1.8 g/L. Donnez en g/L une glycémie de 4 mmol/L. 1.1.2. Le glucose est-il filtré par le glomérule rénal ? Est-il réabsorbé ? si oui, précisez les modalités de réabsorption. 1.1.3. Quelles peuvent être les causes d’une glucosurie (présence de glucose dans les urines) ? Comment peut-on différencier ces causes ? 1.2. Cas des urates : 1.2.1. Quelles sont les conséquences d’un excès d’urates dans les urines ? 1.2.2. Citez 2 animaux chez lesquels l’élimination urinaire des urates est élevée. Question 2 : réabsorption obligatoire de l’eau : 2.1. Rappelez l’organisation structurale et fonctionnelle d’un néphron. 2.2. Dans le TCP (tube contourné proximal), quelles sont les molécules qui permettent une réabsorption passive obligatoire de l’eau ? Comment varie l’osmolarité des urines (« tonicité ») par rapport à celle du plasma ? 2.3. Dans la branche descendante de l’anse de Henlé, que devient la « tonicité » des urines ? Pourquoi ? Quelle peut être l’influence de la longueur de l’anse de Henlé sur la « tonicité » des urines ? 2.4. Dans la branche ascendante de l’anse de Henlé, que devient la « tonicité » des urines ? Pourquoi ? Question 3 : réabsorption facultative de l’eau : 3.1. Cas de l’aldostérone : 3.1.1. Quelle glande endocrine assure la biosynthèse d’aldostérone ? L’aldostérone est-elle une hormone polaire ou apolaire ? 3.1.2. Sur quelles portions du néphron l’aldostérone agit-elle ? Quelle(s) est(sont) sa(es) cible(s) moléculaire(s) ? Quels sont les effets de l’aldostérone sur la volémie, la diurèse, les concentrations urinaires et plasmatiques de Na+ et de K+ ? 3.1.3. Quels sont les facteurs déclenchant la production d’aldostérone ? 3.2. Cas de l’hormone anté-diurétique (ADH) : 3.2.1. Quelle glande endocrine assure la biosynthèse d’ADH ? L’ADH est-elle une hormone polaire ou apolaire ? 3.2.2. Sur quelles portions du néphron l’ADH agit-elle ? Quelle(s) est(sont) sa(es) cible(s) moléculaire(s) ? Quels sont les effets de l’ADH sur la volémie, la diurèse, les concentrations urinaires et plasmatiques de Na+ et de K+ ? 3.2.3. Quels sont les facteurs déclenchant la production d’ADH ? Livret 4 : Néphrocytes 13 Question 4 : défauts de réabsorption tubulaire de l’eau : On mesure la densité urinaire (somme des concentrations urinaires des solutés de l’urine) pour apprécier les capacités de réabsorption de l’eau par le néphron. Si la densité urinaire est inférieure aux valeurs usuelles, on en déduit que l’ensemble des néphrons des reins n’assurent plus une récupération correcte des molécules d’eau. 4.1. En fonction des différents éléments évoqués dans les questions précédentes, identifiez 8 causes susceptibles d’entrainer une diminution de la densité urinaire. 4.2. Une diminution de la densité urinaire est-elle systématiquement associée à un syndrome de polyurie-polydipsie (augmentations exagérées de la diurèse et de la soif) ? Question 5 : clairances tubulaires : 5.1. Cas de l’acide para-amino-hippurique (PAH) : Sachant que ce composé est filtré et sécrété, que signifie une diminution de sa clairance ? 5.2. Cas des électrolytes : 5.2.1. Sachant que les électrolytes sont filtrés et réabsorbés, comment varie leur clairance lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? D’un défaut de réabsorption tubulaire ? D’une insuffisance rénale associant défaut de filtration glomérulaire et lésions tubulaires ? 5.2.2. On appelle fraction excrétée en électrolyte (FE), le rapport de la clairance de l’électrolyte sur la clairance de la créatinine endogène. Montrez que FE = [électrolyte]urine X [créatinine]plasma / ([électrolyte]plasma X [créatinine]urine). Comment varie FE lors d’un défaut de filtration glomérulaire ? Lors d’un défaut de réabsorption tubulaire ? Lors d’une insuffisance rénale associant défaut de filtration glomérulaire et lésions tubulaires ?  Livret 4 : Néphrocytes 14 EXERCICE 2 : NEPHROCYTES ET REABSORPTION : Question 1 : réabsorption des petites molécules organiques : 1.1. Cas du glucose : 1.1.1. Rappelez la structure et le PM du glucose. Donnez en mmol/L une glycémie de 1.8 g/L. Donnez en g/L une glycémie de 4 mmol/L. HC –– O HC –– OH HO –– CH C6O6H12 Poids moléculaire (PM) : PM = 12 x 6 + 16 x 6 + 1 x 12 = 180 Daltons HC –– OH Glycémie (mmol/L) = 1800/180 = 10 mmol/L Glycémie (g/L) = 4 x180/1000 = 0.720 g/L HC –– OH CH2OH D Glucose 1.1.2. Le glucose est-il filtré par le glomérule rénal ? Est-il réabsorbé ? si oui, précisez les modalités de réabsorption. Glucose : polaire et hydrosoluble donc dissous dans le plasma et PM >> [H2CO3]plasmatique => [HCO3- ]plasmatique : réserve alcaline. HCO3- / H2CO3 : principal système tampon du plasma. En conséquence, HCO3- est protonné dans le plasma pour former H2CO3, ce qui permet de compenser un excès de H+ dans le plasma (acidose) et donc de remonter légèrement le pH sanguin. Remarques 1. Tant que [HCO3-]plasmatique reste majoritaire, le système tampon est opérationnel et le pH sanguin peut être corrigé. 2. Un excès de [HCO3-]plasmatique peut entrainer une alcalose métabolique.  Livret 4 : Néphrocytes 23 1.3. Quels sont les facteurs favorisant la réabsorption des HCO3- par le TCP? On s’attachera, en particulier, à analyser les effets des variations de la natrémie, de la chlorémie et de la kaliémie sur la réabsorption des HCO3-. Pour favoriser la réabsorption tubulaire de HCO3-, les réactions survenant dans la lumière tubulaire doivent être déplacées vers la droite ; pour chacune, il est nécessaire d’avoir un excès correspondant de substrats. Réaction 1 : protonation des HCO3- filtrés Cette réaction se trouve favorisée s’il existe un excès de H+ dans les urinaires (pH urinaire acide). Les antiports H+/Na+, H+/Cl- ou H+/K+ seront fonctionnels (récupération des électrolytes et élimination des H+) si la natrémie, la chlorémie ou la kaliémie sont faibles. Ainsi, une baisse de la natrémie, de la chlorémie ou de la kaliémie provoque une acidification des urines et une réabsorption tubulaire accrue des HCO 3-. Cette réaction se trouve défavorisée s’il existe un déficit de H+ dans les urinaires (pH urinaire élevé). Les antiports H+/Na+, H+/Cl- ou H+/K+ ne seront pas fonctionnels (récupération des électrolytes et élimination des H +) si la natrémie, la chlorémie ou la kaliémie sont élevées. Ainsi, une augmentation de la natrémie, de la chlorémie ou de la kaliémie ne provoque ni acidification des urines ni une augmentation de la réabsorption tubulaire des HCO 3-. Il est très important d’analyser conjointement les variations de la natrémie et de la kaliémie ; en effet, lors d’une hyponatrémie couplée à une hyperkaliémie ou à une kaliémie comprise dans les valeurs usuelles, le système rénine / angiotensine / aldostérone est sollicité de façon privilégiée entrainant la réabsorption des ions Na+ et de l’eau et l’excrétion des ions K+ grâce aux antiports Na+/K+ des TCD de telle sorte que les antiports Na+/H+ des TCP restent peu fonctionnels. Dans ce cas, l’élimination urinaire des H + reste faible ainsi que la réabsorption des HCO3-. Réaction 2 : Dissociation de H2CO3 Cette réaction se trouve favorisée si H2CO3 s’accumule dans la lumière tubulaire ; l’accumulation de H2CO3 dans la lumière tubulaire résulte d’une protonation importante des HCO3- (cf. réaction 1), ou de la filtration glomérulaire des H2CO3 présents en grande quantité dans le plasma à l’issue d’une acidose métabolique ou à l’issue d’une acidose respiratoire (accumulation de CO2 ultérieurement hydraté en H2CO3). Cette réaction est limitée si l’anhydrase carbonique est peu exprimée dans la bordure en brosse des néphrocytes à la faveur des lésions membranaires des TCP. 1.1. Quels sont les effets de l’aldostérone sur l’excrétion des protons et la réabsorption des HCO3- par le TCP? 1. Dans les cas d’une hypovolémie (natrémie normale) ou d’une hyponatrémie couplée à une hyperkaliémie ou à une kaliémie comprise dans les valeurs usuelles, le système rénine / angiotensine / aldostérone est sollicité de façon privilégiée entrainant la réabsorption des ions Na+ et de l’eau et l’excrétion des ions K+ grâce aux antiports Na+/K+ des TCD de telle sorte que les antiports Na+/H+ des TCP restent peu fonctionnels. Dans ce cas, l’élimination urinaire des H+ reste faible ainsi que la réabsorption des HCO3-. 2. Cependant, l’aldostérone induit également une expression accrue des antiports Na +/H+ sur l’anse de Henlé (branche ascendante) entrainant une élimination accrue des H+ et donc une réabsorption accrue des HCO3-. Les effets globaux de l’aldostérone sur l’élimination des H + et la réabsorption des HCO3- résultent donc de la superposition des 2 effets mentionnés dont l’importance respective est déterminée par les variations de la natrémie et de la kaliémie.  Si on a une hyponatrémie couplée à une hypokaliémie, les antiports Na+/H+ des TCP (constitutifs) et ceux de l’anse de Henlé (induits par l’aldostérone) sont sollicités entrainant une élimination urinaire accrue des H+ et une réabsorption favorisée des HCO3-. Les antiports Na+/K+ des TCD favorisant la récupération de Na+ et l’élimination urinaire accrue de K+ sont également induits par l’aldostérone mais dans ce cas-là, l’utilisation de ce dernier type d’antiport ne s’avère pas préjudiciable à l’élimination urinaire des H + puisque l’hypokaliémie existante et potentiellement aggravée par l’aldostérone provoque l’utilisation des antiports K+/H+ (constitutifs) des TCP et donc l’élimination urinaire des H+ et la récupération de K+ et indirectement celle de HCO3-.  Si on a une hyponatrémie couplée à une kaliémie comprise dans les valeurs usuelles ou augmentée, les antiports K+/H+ des TCP ne seront pas fonctionnels et il y aura compétition dans la récupération de Na+ entre les antiports Na+/H+ constitutifs des TCP et les antiports Na+/K+ des TCD induits. Néanmoins, l’induction directe des antiports Na+/H+ de l’anse de Henlé par l’aldostérone corrige modérément un défaut d’élimination urinaire des protons.  Dans le cas d’une hypovolémie associée à une natrémie normale, les antiports Na+/K+ des TCD sont fortement induits alors que les antiports Na+/H+ constitutifs des TCP seront de moins en moins fonctionnels. Néanmoins, l’induction concomitante des antiports Na+/H+ de l’anse corrige le défaut d’élimination urinaire des H +.  Livret 4 : Néphrocytes 24 Question 2 : Acidité titrable (élimination des formes AH) : 2.1. Soit le couple de conjugués AH/A-. Montrez que pH – pKa = log([A-]/[AH]). Que devient l’acidité titrable (AT) si pHu (pHurine) > pKa ? Que devient l’acidité titrable (AT) si pHu < pKa ? AH A- + H + KD = [A-] x [H+] / [AH] = Ka Soit log([A-] x [H+] / [AH]) = log Ka Soit log([A-] / [AH]) + log[H+] = log Ka Soit log([A-] / [AH]) - pH = - pKa Soit log([A-] / [AH]) = pH - pKa log([A-] / [AH]) = pHu – pKa  pHu > pKa ==> log([A-] / [AH]) > 0 soit [A-] / [AH] >> 1 soit [A-] >> [AH] donc AT diminue  pHu < pKa ==> log([A-] / [AH]) < 0 soit [A-] / [AH] log([HCO3-] / [H2CO3]) > 0 soit [HCO3-] / [H2CO3] >> 1 soit [HCO3-] >> [H2CO3] donc AT diminue donc peu d’élimination des protons sous forme H 2CO3  pHu < 6.1 ==> log([HCO3-] / [H2CO3]) < 0 soit [HCO3-] / [H2CO3] log([HPO42-] / [H2PO4-]) > 0 soit [HPO42-] / [H2PO4-] >> 1 soit [HPO42-] >> [H2PO4-] donc AT diminue donc peu d’élimination des protons sous forme H2PO4-  pHu < 6.8 ==> log([HPO42-] / [H2PO4-]) < 0 soit [HPO42-] / [H2PO4-] > [H2CO3] et [HPO42-] 6.8 > 6.1 ==> [HCO3-] >> [H2CO3] et [HPO42-] >> [H2PO4-] donc faible élimination des protons sous forme H2CO3 et sous forme H2PO4- donc AT est faible. On remarque que plus le pHu est acide, plus l’AT est augmentée. L’AT (élimination urinaire globale des protons sous forme AH) est donc plus élevée chez les carnivores (pHu acide) que chez les herbivores (pHu légèrement alcalin). 2.3. On précise que HPO42- est la forme éventuellement réabsorbée par le tube urinifère. On cherche à déterminer l’influence des hormones du métabolisme phosphocalcique (parahormone (PTH), calcitonine (CT) et 1, 25 dihydroxycalciférols ou calcitriols) sur l’acidité titrable. Pour chacune des hormones citées, précisez s’il s’agit de ligands polaires ou apolaires, leurs effets globaux sur la phosphatémie et les conséquences sur l’acidité titrable liée à H2PO4-. PTH : hormone peptidique (84 acides -aminés) donc polaire sécrétée par les parathyroïdes ayant des effets rapides hypophosphatémiants (et hypercalcémiants) ; elle ne favorise donc pas la réabsorption tubulaire par les TCD de HPO42-. CT : hormone peptidique (32 acides -aminés) donc polaire sécrétée par les cellules parafolliculaires de la thyroïde ayant effets rapides hypophosphatémiants (et hypocalcémiants) ; elle ne favorise donc pas la réabsorption tubulaire par les TCD de HPO42-.  pH sanguin pH sg 7,4 H pl 4915L trèsrégulé aupine 35 LAC peut variat entre 7,42 alcalose ESnxe esps de décompensée siflintbornesup inf ĉ 7,44 alcalosecompensée Rein à 2 missions lutter contre acidose EEE IEEE bi mⁿᵗ RémPIEJEEEEIEEiran LsHcoj Néphrocyte Plasma pts bienadacidose dangeradalcalose ÈÉÉÉJÉTÉÉLÏÉÏFEI TCP µ antiportNat II induit on 7,1 6 9ᵉ NÉÏÉIEYTE Cn ptla 5 Herbin PH 7 8 foygaggg Nat Hajetté ex hyponatrémie hypochlorémie Elettra jette Ht licaliémie Érécupkfette Nat kt par alda NatHtHenlé hyponatré hypercal si acidosemétabolique Direct HCojds urine  éliminat urinaire AH aciditétitrable 163tn pHpka Relat somme II EEE.EE easII lagIt E9p log AI ptt pk EEh.EE 335HCOz I2COz6,1 pka POT HPO pka 6,8 47IE pti 58Ah I HPOy réabs phosphatémie FEE.EE iE1 oE ptH hypophosphatémiante Mnéabsurinaire Cattet Mg 2 hypophosphatémiante bloque tout hype hyperphosphatémiante favorise05 2111 libre literçEga hype hypophospha favorise néabs Pont H HPou AT IE DVD ATI  éliminat 213 5 os formel Immoniogenèse NHat Ht NHz transport dérivé amibede glutamate ssformeEJIEEEI.gg genti gen CG glutaminase glutamate acidoserégulable mais alcalose dangereux 2 Livret 4 : Néphrocytes 25 H2PO4- HPO42- + H+ Non réabsorbé Accumulation H2PO4- dans les TCD Eliminé dans les urines AT augmentée Calcitriols : hormone dérivée du cholestérol donc apolaire ayant des effets lents hyperphosphatémiants (et hypercalcémiants) ; elle favorise donc la réabsorption tubulaire par les TCP de HPO 42-. H2PO4- HPO42- + H+ Réabsorbé Pas d’accumulation H2PO4- dans les TCP Consommé AT diminuée Question 3 : Ammoniogenèse : 3.1. Quelles sont les modalités d’apport de NH3 aux reins ? NH3 est transporté dans la circulation sanguine sous forme organique et non toxique, c’est-à-dire après incorporation à des molécules organiques pour former les acides -aminés correspondants (glutamine à partir du glutamate, alanine à partir du pyruvate et asparagine à partir de l’aspartate). Parmi ces 3 formes de transport, la glutamine est prépondérante. 3.2. De combien de molécules de NH3, la glutamine permet-elle l’élimination ? De Glutaminase H2N – CO – (CH2) 2 – CH – COO- - O – CO – (CH2) 2 – CH – COO- NH2 H2O NH3 NH2 Glutamine (Amide primaire) Glutamate (Acide -aminé) H- Au total, élimination de 2 NH3 après H 2O  Hydrolyse de l’amide Glutamate déshydrogénase  Désamination oxydative du glutamate NH3 - OOC – (CH2) 2 – CO – COO-  cétoglutarate 3.3. Sous quelle forme NH3 est-il éliminé ? Quelle en est la conséquence sur le pH sanguin ? NH3 + H+ NH4+ Réaction spontanée : caractère basique de NH3 Elimination de 66% des protons urinaires chez les mammifères terrestres Par perte de protons dans les urines, diminution des protons dans la circulation générale soit une augmentation du pH sanguin → Lutte contre l’acidose.