Régulation de l’équilibre hydrique PDF

UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Régulation de l’équilibre hydrique Les schémas sont tirés du cours du Pr F. COSTES I- Bilan hydrique et mesure des compartiments liquidiens. A) Volume d...

UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Régulation de l’équilibre hydrique Les schémas sont tirés du cours du Pr F. COSTES I- Bilan hydrique et mesure des compartiments liquidiens. A) Volume des échanges d’eau dans notre corps On peut distinguer les entrées : - représentées principalement par les boissons et la nourriture 2,2 L/jour en moyenne - le métabolisme cellulaire qui produit, lors des réactions d’oxydation, de l’eau, comme montré sur la réaction d’oxydation des glucides.Ce métabolisme cellulaire produit environ 300ml/jour. Ces apports sont évidemment très variables selon ce que nous buvons et mangeons, et selon l’importance du métabolisme. Le bilan des entrées est donc de 2,5 L/jour d’apport hydrique. On peut distinguer les pertes : - Principalement l’urine (la diurèse) en moyenne 1,5L/jour - Les selles en moyenne 100mL/jour - Pertes insensibles : transpiration par la peau et respiration par les poumons, environ 900mL/jour. Ces pertes insensibles seront également variables selon la température extérieure (si nous transpirons ou non), et également selon l’importance de notre ventilation (si nous hyperventilons, par exemple au cours d’un exercice physique). En moyenne, on voit que les sorties s’équilibrent avec les entrées et que le bilan est équilibré à 2,5L/jour. B) Mesure des différents compartiments liquidiens de l’organisme Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 1 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Le principe de mesure est celui de la dilution d’un traceur qu’il soit coloré ou radioactif. Le volume dans lequel ce traceur va se diluer, appelé volume de distribution, peut être mesuré comme le rapport entre la quantité qui a été injectée ou ingérée du traceur sur la concentration de ce traceur à l’état d’équilibre. Comme représenté sur le schéma à droite, une quantité donnée de traceur (par exemple 1mL) sera plus concentrée quand elle se dilue dans un volume de 10mL que dans un volume de 1000mL. Les différents traceurs utilisables pour déterminer les compartiments liquidiens sont représentés dans le tableau de cette diapositive. Quand on veut mesurer l’eau totale de l’organisme, on s’intéressera au devenir de l’eau marquée soit deutérium soit tritium. Cette eau sera ingérée et la quantité de traceur sera mesurée dans les urines. Le volume plasmatique peut être mesuré par l’albumine marqué à l’iode 125 et le LEC par la concentration d’EDTA marqué au Chrome 51 ou par le mannitol ou l’inuline. Hormis la mesure du volume plasmatique, les autres déterminations des compartiments liquidiens sont du domaine de la rechercher et n’ont pas d’utilité dans la médecine quotidienne. Certains calculs peuvent donc être réalisés à partir de ces mesures en particulier pour déterminer le LIC qui est la différence entre l’eau totale de l’organisme et le LEC ; ou le liquide interstitiel qui est la différence entre le LEC et le volume plasmatique. La régulation rénale ne permet que de limiter les pertes d’eau. II- Rôles du rein dans l’homéostasie hydro-électrolytique C’est par l’excrétion rénale que l’on va permettre de maintenir cet équilibre hydrique. L’objectif de l’organisme étant de maintenir l’osmolarité plasmatique à une valeur constante de 280 à 285 mosm/L. L’eau ne peut être dissociée du devenir des électrolytes et en particulier du Na+ dans la plupart des tubes rénaux. On verra que dans une partie du tube collecteur, la réabsorption de l‘eau peut être indépendante de celle du sodium. Le maintien de cette homéostasie est un mécanisme complexe qui fera intervenir de multiples organes : − Le rein − Le système cardiovasculaire avec la régulation de la pression artérielle − Le système hormonal avec le Système Rénine-Angiotensine-Aldostérone (SRAA) − Les modifications du comportement par la sensation de soif. A) Rôle de la diurèse dans la régulation hydrique L’organisme peut être représenté par ce bocal rempli d’une certaine quantité d’eau. Le rein étant la poignée de ce bocal. On voit que le rein est capable de réguler la quantité d’eau passant par le glomérule, via le débit de filtration glomérulaire, et la quantité réellement excrétée dans l’urine en réabsorbant une certaine quantité d’eau. Il existe un niveau minimal du volume extracellulaire représenté par le trait pointillé en dessous duquel le rein ne pourra exercer sa fonction. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 2 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Si le volume liquidien de l’organisme est trop bas, en dessous de la ligne en pointillés, on voit que le rein n’est plus d’aucune utilité pour réguler l’eau de l’organisme. La diurèse va s’arrêter, il s’agit d’une anurie, c’est la situation de l’insuffisance rénale aiguë, et aucune réabsorption d’eau ne sera possible. NB : la régulation rénale ne permet que de limiter les pertes d’eau. ➔ Dans ce cas, pour compenser une perte liquidienne trop importante, la régulation ne pourra se faire que par l’augmentation des entrées c’est-à-dire la sensation de soif. B) Renseignements des variations du volume hydrique Il n’existe pas, à proprement parler de capteurs du volume. Par contre il existe des récepteurs sensibles à la pression régnant dans les vaisseaux, la pression artérielle qui elle est directement influencée par le volume extracellulaire. Ces barorécepteurs situés sur l’aorte et les artères du cou seront étudiés plus précisément dans le cours de physiologie cardiovasculaire. Leur stimulation va entrainer des influx au niveau du nerf sympathique rénal qui provoquera une sécrétion de rénine au niveau de l’appareil juxtaglomérulaire. Un 2ème type de capteur est le récepteur au débit de NaCl au niveau du tube distal. Il existe un rétrocontrôle entre le tube distal et le glomérule qui en fonction de la concentration en NaCl dans l’urine du tube distal va provoquer la sécrétion de rénine. Cette rénine libérée par l’appareil juxtaglomérulaire va entrainer la synthèse d’angiotensine qui a des effets vasculaires au niveau des artérioles glomérulaire et également provoque la synthèse d’aldostérone par les glandes médullosurrénales. L’aldostérone interviendra dans la réabsorption du sodium. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 3 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Enfin les parois auriculaires (oreillette droite et oreillette gauche) sont équipées de volorécepteurs c’est-à-dire sensibles à l’étirement de la paroi. En cas d’augmentation du volume extracellulaire, les parois auriculaires seront plus étirées ce qui va provoquer la sécrétion d’un peptide appelé Facteur Atrial Natriurétique. En réponse à l’augmentation du volume extracellulaire, on va avoir : − une vasodilatation de l’artériole afférente, ce qui augmente le débit de filtration glomérulaire − une diminution de la réabsorption tubulaire par inhibition du SRAA. C) Zones et mécanismes impliqués dans la réabsorption de l’eau − La zone principale est le TCP où la réabsorption d’eau est couplée à celle du sodium − La branche descendante de l’anse de Henlé est perméable à l’eau et imperméable aux électrolytes, ce qui est l’inverse dans la branche ascendante − Au niveau des TCD et des tubes collecteurs(TC), l’absorption sera dissociée : l’absorption du sodium sera sous l’influence de l’aldostérone et celle de l’eau sous l’influence de l’ADH (Hormone Anti-Diurétique). III- Régulation des pertes : la réabsorption A) Réabsorption proximale Au niveau du tube proximal, l’absorption d’eau suivra celle du sodium : 65% de l’eau qui a filtrée dans le glomérule va être réabsorbée et cette absorption sera dépendante de la concentration osmotique de l’urine : il s’agit donc d’une réabsorption dite obligatoire = iso-osmotique. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 4 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Au niveau des cellules épithéliales du TCP, la réabsorption va suivre le processus chronologique suivant : 1) Le sodium est réabsorbé en grande quantité 2) Des anions sont réabsorbés pour maintenir l’équilibre électrique 3) L’eau est réabsorbée pour maintenir l’équilibre osmotique à travers l’épithélium vers le LEC soit par voie paracellulaire grâce à des jonctions peu serrées entre les cellules ou par voie transcellulaire par des canaux spécifiques appelés aquaporine Instant pathologie : le diabète sucré : dans cette pathologie, la concentration de glucose sanguin augmente, il va filtrer à travers le glomérule mais les systèmes de réabsorption du TCP seront saturés. Ainsi une certaine quantité de glucose va se retrouver dans le TCP et dans l’urine définitive et constituer une glycosurie. La conséquence du glucose dans l’urine au niveau du TCP, est que cela va augmenter l’osmolarité de l’urine dans le TCP, et donc diminuer la réabsorption d’eau provoquant une diurèse augmentée=polyurie. Ces deux signes(polydipsie et polyurie) sont 2 signes cliniques de cette maladie et qui s’expliquent par la modification de l’osmolarité de l’urine dans le TCP. B) Réabsorption distale La deuxième zone importante à étudier est la réabsorption à la fin du TCD et du tube collecteur(TC). La réabsorption sera facultative car elle est sous contrôle hormonale. A la fin du tube distal et dans la partie corticale du TC, l’aldostérone va permettre la réabsorption de sodium et indirectement la réabsorption d’eau du TC médullaire. Dans le TC médullaire la réabsorption d’eau est sous l’influence de l’ADH. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 5 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES A la fin du tube distal et pour le début du tube collecteur, le sodium sera réabsorbé sous l’influence de l’aldostérone, elle-même synthétisée grâce à la stimulation de la rénine(synthétisée au niveau glomérulaire). Dans cette zone 5% du sodium filtré pourra être réabsorbé. En effet, l’aldostérone permet l’incorporation de canaux sodiques à la membrane apicale du tube distal et de pompes NaK ATPase à la membrane basale des cellules principales. Cela permet de diluer l’urine au niveau du TC. Le mécanisme de l’absorption de sodium sous l’influence de l’aldostérone est détaillé sur cette figure. L’aldostérone circulante dans les vaisseaux au contact des tubes distal et collecteurs va se fixer sur un récepteur spécifique intra cellulaire et déclencher la transcription de nouvelles protéines permettant l’incorporation de canaux sodiques à la membrane apicale du tube distal et de pompes Na/K/ATPase au niveau du pôle basal. Ces nouveaux canaux et pompes vont permettre la réabsorption de sodium dans les cellules épithéliales puis dans le secteur interstitiel grâce aux pompes Na/K/ATPase, ce sodium étant échangé avec du potassium. La résultante est donc la réabsorption de sodium et la sécrétion de potassium au niveau du tube distal et du tube collecteur. C) Gradient cortico-médullaire Pour qu’il y ait réabsorption d’eau au niveau du tube collecteur, il faut qu’il y ait un gradient osmolaire entre le cortex et la médullaire dans l’anse de Henlé. Ce gradient est un mécanisme assez complexe que l’on n’aura pas le temps de détailler dans ce cours. Retenez que ce gradient entre le tube collecteur et le milieu interstitiel est possible en raison : − de la faible concentration osmotique de l’urine à la sortie du TCD en particulier grâce à la réabsorption de sodium sous l’influence de l’aldostérone − de la faible concentration osmotique au début du tube collecteur − de la forte concentration osmotique dans le milieu interstitiel, c’est-à-dire au niveau de la pointe de l’anse de Henlé. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 6 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES Ce graphique rappelle les variations de l’osmolarité urinaire tout au long de son trajet dans le rein : − L’osmolarité au niveau du glomérule est égale à celle du plasma soit 300mOsm/L. − La réabsorption iso-osmotique au niveau du TCP fait que l’osmolarité ne varie pas − La réabsorption d’eau sans la réabsorption d‘électrolytes dans la branche descendante de l’anse de Henlé permet la concentration de l’urine jusqu’à 1200mosm au niveau de la pointe de l’anse − La réabsorption d’électrolytes sans la réabsorption d’eau au niveau de la branche ascendante de l’anse de Henlé permet la dilution de l’urine pour avoir une concentration comprise entre 50 et 150 mOsm/L au niveau du TCD et à l’entrée du tube collecteur. On voit donc qu’il existe une différence entre la concentration osmotique dans le tube collecteur et le milieu interstitiel au niveau de l’anse de Henlé qui a une forte osmolarité. Dans la zone médullaire du TC, l’ADH pourra donc stimuler la réabsorption d’eau et donner une urine plus ou moins diluée où la concentration osmolaire varie entre 50 et 12 000 mosm/L. En absence d’ADH, le tube collecteur est imperméable à l’eau. La perméabilité varie selon la concentration d’ADH. IV- Régulation de la sécrétion d’ADH A) Libération d’ADH Quand l’osmolarité plasmatique dépasse les 280 mosm/L, alors des osmorécepteurs hypothalamiques (vers le troisième ventricule) sont stimulés. L’ADH est synthétisée dans les neurones hypothalamiques, puis transportée dans la post-hypophyse (= hypophyse postérieure = neurohypophyse), puis libérée dans le courant sanguin en cas de besoin. L’ADH agit sur l’épithélium du tube collecteur. Cette sécrétion apparaît dès 280 mos/L, et est maximale vers 295 à 300 mosm/L (correspondant à une concentration de sodium de 145 mEq/L). Une très faible variation d‘osmolarité (1 à 2 mosm/L) est suffisante pour déclencher la sécrétion d’ADH. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 7 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES B) Site d’action de l’ADH Le mode d’action de l’ADH permet la réabsorption d’eau au niveau des cellules épithéliales du tube collecteur. L’ADH circulante se fixe au pôle basal des cellules épithéliales, sur un récepteur spécifique, et via un deuxième message (= AMPc, qui se fera phosphoryler), elle permet l’incorporation de canaux hydriques spécifiques au niveau du pôle apical de la cellule épithéliale. Ce canal hydrique est appelé « aquaporine ». Au niveau du tube collecteur, il existe un isoforme de type II qui lui est spécifique. NB : on retrouve d’autres types d’aquaporines (au niveau du TCP ou anse de Henlé), mais cet isoforme II répondant à l’ADH est spécifique au tube collecteur. Le fort gradient osmotique entre l’urine et le secteur interstitiel permet la réabsorption d’eau par un gradient osmolaire, quand les canaux sont incorporés à la paroi cellulaire. C) Régulation non osmotique de l’ADH En dehors de la régulation plasmatique, on retrouve deux stimuli à la synthèse de l’ADH. 1) Etirement des parois de l’oreillette droite, ce qui stimule les neurones hypothalamiques 2) Une diminution de la pression artérielle, captée par des barorécepteurs Les neurones hypothalamiques synthétisent l’ADH qui est libérée par la post-hypophyse dans le courant sanguin, vers l’épithélium du tube collecteur ( → réabsorption d’eau). Ces deux stimuli ont un effet synergique sur les variations de l’osmolaire plasmatique : leur effet propre est très limité. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 8 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES D) La soif En cas de diminution importante du volume extra-cellulaire (VEC), la réponse de l’organisme sera de déclencher une sensation de soif. C’est le seul moyen permettant d’augmenter l’apport hydrique. La soif est déclenchée par les osmorécepteurs hypothalamiques, au même niveau que pour la sécrétion d’ADH. Mais comme le montre le graphique, la réponse est beaucoup plus tardive pour le déclanchement de la sensation soif que pour la synthèse d’ADH. Le seuil de déclanchement de la soif apparaît pour 290 à 300 mosm/L → la sécrétion d’ADH est déjà maximale à ce seuil. Le deuxième type de récepteur permettant d’informer l’organisme sont les récepteurs oro-pharyngés et gastriques, qui vont également déclencher la sensation de soif. E) Exemple de réponse intégrée en cas de déséquilibre hydrique Ce graphique illustre la réponse intégrée de l’organisme en cas de diminution du volume hydrique (VEC surtout). Si le volume sanguin diminue, les volorécepteurs de l’oreillette droite et les barorécepteurs de l’arête carotide captent ces informations et l’organisme est informée de cette diminution du volume sanguin, ce qui entraîne différentes réponses : 1) Cardiovasculaire : augmentation du débit cardiaque, et vasoconstriction → augmentation de la PA et donc de la pression intra-vasculaire 2) Comportemental : sensation de soif → ingestion d’eau et rétablissement du VEC et donc du volume sanguin (ce qui participe aussi au rétablissement de la PA) 3) Rénale : la stimulation de l’ADH permet une résorption d’eau plus importante → reteint l’eau en limitant la diurèse Ce système complexe, multi-organe, avec redondances des faits, montre l’importance du maintien de cette homéostasie hydrique au niveau de l’organisme dans les conditions physiologiques. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 9 sur 10 UE2 - Physiologie Physiologie rénale – F. COSTES V- Petit complément sur le système hypothalamo-hypophysaire Pas à savoir forcément, mais à lire pour comprendre un peu mieux le cours L’hypothalamus est un organe impair, situé sous les deux thalamus. Il est composé de plusieurs noyaux, et correspond au chef d’orchestre du SNA. Il est relié à l’hypophyse par la tige hypophysaire. L’hypophyse est une glande endocrine, divisée en deux lobes : - Antérieur : adénohypophyse, ou ante-hypophyse - Postérieur : neurohypophyse, ou post-hypophyse Les deux organes sont très liés, car traversés par un système porte artériel. Cours rédigé par Terry CHAPPE, Camille DUMAS, et Clara GAZAGNAIRE page 10 sur 10