Mécanismes élémentaires de l’adaptation de l’organisme aux variations d’apports alimentaires de sodium PDF

JP Haymann Physiologie Mécanismes élémentaires de l’adaptation de l’organisme aux variations d’apports alimentaires de sodium A. Répartition du sodium dans l’organisme Le sodium de l’organisme représente environ 60 mmol/kg de poids corporel, dont la majorité est localisée dans le compartiment extrac...

JP Haymann Physiologie Mécanismes élémentaires de l’adaptation de l’organisme aux variations d’apports alimentaires de sodium A. Répartition du sodium dans l’organisme Le sodium de l’organisme représente environ 60 mmol/kg de poids corporel, dont la majorité est localisée dans le compartiment extracellulaire (près de 90%). Le sodium dit échangeable, évalué à l'aide d’expériences où le radioisotopes Na24 est injecté dans l’organisme représente 40 mmol/kg de poids corporel, le Na non échangeable restant étant inclus dans le cristal osseux. La majeure partie du sodium échangeable (90%) est situé dans le compartiment extracellulaire (plasma et interstitiel). Le sodium est le principal cation du liquide extra cellulaire, avec une concentration plasmatique normale comprise entre 135 et 145 mmol/l maintenue constante par des systèmes de régulation. Dans les cellules, la concentration du sodium est faible de l’ordre de 10 à 20 mmol/l. Variables régulées En première approximation, la concentration plasmatique du sodium (ou natrémie) est finement régulée, processus sensible, rapidement mis en œuvre, faisant intervenir à la fois l’hypothalamus et les reins pour concentrer / diluer les urines et les centres de la soif (pour modifier le contenu en eau); La natrémie est donc une variable régulée déterminant le bilan hydrique de l’organisme, elle ne détermine pas le contenu en sodium (la quantité de sodium) de l’organisme. Illustration : Un déséquilibre du bilan sodé dans le sens d’un gain (bilan des sorties de sodium inférieures aux entrées) s’accompagne en effet d’une sensation de soif et d’une rétention rénale rapide d’eau de façon à maintenir constant la natrémie. Une régulation du bilan sodé, plus lente à se mettre en œuvre peut alors s’instaurer. Le contenu en Na de l’organisme est une grandeur régulée de façon indirecte. En effet il tient sous sa dépendance le volume extracellulaire (VEC), le volume plasmatique, et constitue un déterminant majeur de la pression artérielle. La variable directement régulée est le volume sanguin circulant (volémie) ou le volume plasmatique (en première approximation). Des récepteurs sensibles à l’étirement (i.e barorécepteurs ou tensorécepteurs) situés dans la paroi des vaisseaux des systèmes artériels et veineux détectent les variations de la volémie et constituent les points de départ de boucles de régulation dont la finalité est de maintenir constante la volémie (via une modification du débit cardiaque, des résistances périphériques artérielles et du contenu en sodium de l’organisme). Conclusion : le volume extracellulaire varie proportionnellement à la quantité de sodium extracellulaire. Pour que les volumes plasmatique et extracellulaire restent constants, il est nécessaire que le bilan du sodium soit nul, c'est à dire que les sorties de sodium compensent les entrées. B. Entrées de sodium dans l’organisme 1. Apports alimentaires Les apports alimentaires sont variables d’un sujet à l’autre et même d’un jour à l’autre en fonction du régime alimentaire avec un apport habituel en Europe situé entre 100 et 200 1 mmol/j et des valeurs extrêmes entre 50 et 400 mmol/j. Par comparaison, les peuplades primitives consommaient environ 10 à 20 mmol/j. La moitié de l’apport alimentaire provient du sel de cuisine rajouté aux aliments. La quasi-totalité du sodium ingéré est absorbée par l’intestin. Boite à outils : Les mmoles sont les unités utilisées pour apprécier la quantité de sodium ingérée, excrétée ou pour mesurer la natrémie. La conversion des grammes en mmoles est obtenue par l’application d’un coefficient 17. Ainsi 10 grammes de chlorure de sodium équivalent à 170 mmoles de sodium et 170 mmoles de chlorure. Un régime est considéré comme restreint en sodium en dessous de 8 grammes /j (soit environ 130 mmol/j). 2. Absorption intestinale du sodium L’absorption intestinale de sodium se fait en même temps que celle de nutriments digérés au cours de la période post prandiale ou couplée à l’absorption de sodium et chlore pendant la période de jeûne. Le colon distal contribue à une absorption de sodium électrogénique (cf infra), opération qui contribue à la déshydratation physiologique des selles. A l’inverse, la diminution de l’absorption colique de sodium est responsable de symptômes diarrhéiques. L’ensemble de ces mécanismes sont régulés de façon aigue (rapide) pour répondre aux besoins locaux lors des phases post prandiales et de jeun mais aussi plus chroniquement pour fournir une adaptation à plus long terme à des modifications de l’environnement notamment une modification du régime en sodium. L’absorption intestinale de Na+ s’effectue par deux mécanismes : 1) l’absorption électrogénique qui signifie que l’absorption de Na+ se fait par des canaux qui ne sont pas couplés à des charges négatives et 2) l’absorption électroneutre. La pompe Na K ATPase localisée au pôle basolatéral des membranes cellulaires de toutes les cellules intestinales crée un gradient électrochimique (« moteur cellulaire ») qui favorise le passage du Na+ de la lumière intestinale vers l’espace intracellulaire. Ce passage est facilité par des canaux Na+ spécifiques localisés au niveau des membranes apicales. La sécrétion baso latérale de Na+ vers les espaces interstitiels et vasculaires est réalisée par la mise en jeu de la pompe Na K ATPase membranaire qui échange 3 Na+ (sécrétion cellulaire) contre 2 K+ (entrée cellulaire). Ce type d’absorption est présent au niveau de l’iléon, du caecum et du colon distal avec cependant des différences selon les segments : a) Transport dans le jéjunum (figure n°1) Dans le jéjunum, le Na+ entre dans l’enterocyte au pôle apical au niveau de la bordure en brosse à la fois couplé à des transports actifs de sucres et d’acides aminés (transport electrogénique) et l’échangeur Na+ / H+ appelé NHE3. Les Na+ sont sécrétés au pôle baso latéral par la Na+ K+ ATPase. Lumière digestive H+ ClGlucose Acides aminés Na+ Na+ Na+ ATP K+ Cellule jéjunale Interstitiel 2 b) Transport dans l’iléon (figure n°2) Dans l’iléon, l’absorption de Na+ s’effectue de façon similaire à celle du jéjunum. Cependant, le transport du Na+ couplé à l’absorption des nutriments est moins important que dans le jéjunum. Ici, une proportion importante de l’absorption de Na+ se produit de façon couplée au transport de Cl- selon un processus electroneutre. Ce processus implique la présence de deux transporteurs apicaux différents au niveau de la bordure en brosse. Un transporteur échange le Na+ extracellulaire présent dans la lumière intestinale contre un H+ intracellulaire et un autre transporteur échange le Cl- extracellulaire contre un HCO3- intracellulaire. Les deux échangeurs opérant en même temps, il n’y a pas génération de charge d’où l’appellation de transporteur NaCl electroneutre. Lumière digestive H+ ClGlucose AA HCO3- Cl- Na+ Na+ Na+ ATP K+ Cellule iléale Interstitiel c) Transport dans le colon (figure n°3) Dans le colon, le transport du Na+ couplé à l’absorption des nutriments n’est plus considéré opérationnel. Deux mécanismes d’absorption de Na+ sont en jeu : 1) une absorption de NaCl, par l’échangeur Na+ H+ couplée à l’échangeur Cl- HCO3- (cf supra) ; 2) une absorption électrogénique de Na+ (canal amiloride sensible appelé ENaC pour « epithelial sodium channel »). Du fait de nombreuses jonctions serrées au niveau du colon, ce transport électrogénique produit un potentiel électrique négatif dans la lumière intestinale par rapport à l’espace interstitiel, contribuant à l’absorption paracellulaire de Cl-. Lumière digestive H+ Cl- HCO3- Na+ ENaC Cl- Na+ NHE3 Na+ ATP K+ Cellule colique Interstitiel 3 d) Régulation de l’absorption du sodium Le contrôle de l’absorption de sodium le long du tube digestif est complexe et dépasse les objectifs de ce cours. C. Sorties de sodium dans l’organisme I) Extrarénales a) La peau Les sorties extrarénales sont négligeables à l’état normal. La quantité de sodium perdue par voie cutanée dépend du débit sudoral qui dépend de la régulation thermique : faible, de l’ordre de 10 mmol/l à l’état normal et jusqu’à 60 mmol/l si le débit sudoral est important. Cependant dans les situations extrêmes, le débit sudoral peut atteindre 10 L/j et la perte de sodium de l’ordre de 600 mmol/j. b) La voie digestive Comme vu précédemment, la quantité de sodium perdue par voie digestive est négligeable chez le sujet normal, le sodium ingéré étant absorbé dans sa quasi-totalité. Cependant lors de diarrhées hydroélectrolytiques, les pertes peuvent être considérables, jusqu’à 100 mmol/l de sodium dans « l’eau fécale ». II) Rénales Les reins sont les seuls organes qui assurent une excrétion de sodium ajustée aux entrées alimentaires et permet ainsi le maintien d’un bilan nul de sodium. Les reins sont situés en position rétropéritonéale, symétriquement par rapport au rachis dorsolombaire. Chaque rein est constitué de 800.000 à 1.200.000 néphrons, qui sont des unités anatomiques fonctionnelles. Le néphron est schématiquement constitué d’une partie initiale : le glomérule, structure à travers laquelle une partie du sang provenant des artérioles afférentes est filtrée dans la chambre urinaire. Les capillaires glomérulaires sont raccordés à des artérioles efférentes, elles-mêmes en série avec un deuxième réseau capillaire : les capillaires péri-tubulaires. La chambre glomérulaire se poursuit par un tubule qui chemine à travers le cortex et la médullaire rénale où des processus de réabsorption et de sécrétion contribueront à élaborer l’urine définitive qui sera évacuée dans les voies urinaires (bassinets). Une diminution du débit de filtration glomérulaire (donc de la quantité d’urine filtrée) caractérise l’insuffisance rénale. 1. Structures du néphron impliquées (figure n°4) a) Le glomérule : la notion de « charge filtrée » quotidienne de sodium Le débit sanguin rénal (DSR) est important : de l’ordre de 20% du débit cardiaque, soit environ 1000 ml/min pour les deux reins. Chez un sujet ayant 40% du volume sanguin occupé par des hématies (hématocrite= volume globulaire/volume total = 40%), le flux plasmatique rénal (FPR) représente donc un débit d’environ 600 ml/min. Environ 20% du FPR est filtré à travers les membranes basales glomérulaires pour constituer l’urine primitive. Cette fraction 4 de plasma filtrée appelée fraction de filtration (FF) est égale au rapport du DFG sur le FPR (FF = DFG/ FPR). Le volume de l’ultrafiltrat ainsi obtenu est d’environ 150 à 180 litres/jour. La composition du filtrat glomérulaire est très pauvre en protéine (10 à 20 mg/l) contrairement au plasma (60 à 70 g/l). Le filtre glomérulaire est constitué d’une barrière très peu perméable aux substances de poids moléculaire supérieur à 60-70 kDa (perméabilité