Système rénal - Synthèse PDF

Le rein présente un bord externe convexe et un bord interne concave au niveau duquel se trouve le hile rénal. C’est par là que les artères rénales pénètrent dans le rein tandis que les veines et les voies urinaires quittent le rein. L’ensemble de ces structures se trouve dans une cavité appelée sinu...

Le rein présente un bord externe convexe et un bord interne concave au niveau duquel se trouve le hile rénal. C’est par là que les artères rénales pénètrent dans le rein tandis que les veines et les voies urinaires quittent le rein. L’ensemble de ces structures se trouve dans une cavité appelée sinus rénal. Le rein est entouré d’une capsule fibreuse et d’une épaisse couche de graisse, l’ensemble forme la loge rénale. Au niveau du hile, la capsule fibreuse et la graisse s’enfoncent dans le sinus rénal et entourent les structures vasculaires. 3.1.1. Développement de l’appareil urinaire Au cours de la 3ème semaine du développement, le mésoblaste se divise en trois zones : en dedans le mésoblaste para-axial qui se segmentera en somites, en dehors le mésoblaste latéral au sein duquel apparaîtra le cœlome intra-embryonnaire, et entre les 2 le mésoblaste intermédiaire ou cordon néphrogène. Au niveau cervical Le cordon néphrogène est rudimentaire et se métamérise rapidement en quelques petites masses cellulaires pleines qui disparaissent presque aussitôt et qui correspondent au pronéphros présent dans les espèces inférieures. Au niveau dorsal et lombaire haut Le cordon néphrogène se métamérise et se différencie pour former le mésonéphros (ou corps de Wolff), qui constitue un rein transitoire qui disparaîtra ultérieurement (à l’exception des portions qui serviront à constituer les voies génitales mâles). Au niveau lombaire bas et sacré 91 Le cordon néphrogène ne se métamérise pas et se présente comme une masse cellulaire dense (blastème métanéphrogène) qui contribuera à former, au moment de la régression du mésonéphros, le métanéphros ou rein définitif. Dès la fin du 2ème mois, le mésonéphros commence à régresser. Dans le sexe féminin, les tubules mésonéphrotiques et le canal de Wolff disparaitront complètement (à l’exception de quelques reliquats embryonnaires). Dans le sexe masculin, quelques tubules mésonéphrotiques persisteront et seront captés par la gonade pour former les canaux efférents assurant la jonction entre le testicule et le canal épididymaire. Le canal de Wolff donnera le canal épididymaire, le canal déférent, les vésicules séminales et le canal éjaculateur. Dans les deux sexes, la portion caudale du canal de Wolff donne naissance au bourgeon urétéral qui se dirige vers le blastème métanéphrogène. C’est de la rencontre de ces deux ébauches que naîtra le rein et le haut appareil. Primitivement situé dans la région caudale de l’embryon, le métanéphros se place ensuite vers le haut et le rein définitif se trouvera dans la région lombaire, derrière le péritoine pariétal. Le rein deviendra fonctionnel à la fin de la grossesse. Lorsqu’on fait une coupe macroscopique du rein dans un plan sagittal, on y retrouve deux parties : une partie périphérique, la corticale plus sombre, et une partie centrale, la médullaire. La médullaire est divisée en structures triangulaires, à base externe et à sommet interne, les pyramides de Malpighi (8 à 18 chez l’homme). Le sommet de chaque pyramide fait saillie dans le sinus rénal : c’est une papille. La surface des papilles est percée d’orifices où aboutissent les canaux collecteurs. Ces orifices s’appellent les pores rénaux. Les pyramides de Malpighi sont séparées par les colonnes de Bertin. Celles-ci contiennent du tissu conjonctif qui entoure de gros vaisseaux qui quittent le sinus rénal pour pénétrer dans le parenchyme de l’organe. A la base de chaque pyramide se trouvent les stries de Ferrein, qui correspondent à l’ensemble des tubes qui assurent le passage entre le cortex et la médullaire. L’ensemble d’une pyramide, des stries et de la portion corticale correspondante s’appelle un lobule rénal. La papille est coiffée par la première partie des voies excrétrices, qui a la forme d’une vasque, le calice. Celui-ci se prolonge par les tiges calicielles qui, chez l’homme, forment des calices de second ordre qui à leur tour fusionnent pour former le bassinet. Calices, tiges calicielles et bassinet se trouvent dans le sinus rénal. Le bassinet se continue par l’uretère. L’unité fonctionnelle du rein est le néphron. Chaque rein comprend environ deux millions de néphrons et l’urine est le résultat de la filtration puis de la transformation progressive de ce 92 filtrat tout au long de son parcours dans les différents segments de chaque néphron. Chaque segment du néphron est limité par un épithélium particulier qui assure un rôle précis dans l’élaboration de l’urine. Le néphron débute dans la corticale du rein par une partie renflée, le corpuscule ou glomérule rénal, puis se prolonge par le tube contourné proximal. Celui-ci s’enfonce vers la médullaire au niveau des stries de Ferrein et se continue dans la branche descendante de l’anse de Henlé. Cette dernière s’enfonce dans la médullaire puis se réfléchit vers la corticale pour former la branche ascendante. Le tube contourné distal fait suite à la branche ascendante, pénètre dans la corticale pour revenir à proximité du glomérule rénal correspondant, puis s’abouche dans le canal collecteur ou tube de Bellini. Celui-ci s’enfonce à nouveau dans la médullaire pour se terminer dans la papille au niveau d’un pore. 3.1.2. Le corpuscule rénal Le corpuscule rénal est une structure sphérique de 200 à 250 microns de diamètre. Il est formé de la capsule de Bowman (= capsule glomérulaire), à laquelle on distingue un feuillet externe ou pariétal et un feuillet interne ou viscéral, et du flocculus, bouquet de capillaires qui se développent à partir de l’artériole afférente. Celle-ci pénètre dans le corpuscule rénal au niveau du pôle vasculaire. Entre le feuillet pariétal et le feuillet viscéral de la capsule de Bowman se trouve la fente urinaire ( ou chambre glomérulaire) qui se continue dans le tube contourné proximal au niveau du pôle urinaire du corpuscule. La capsule de Bowman est formée par un épithélium pavimenteux simple. Sa partie pariétale est très fine et les noyaux font saillie dans la fente urinaire. 93 Les cellules du feuillet viscéral sont spécialisées, on les appelle des podocytes. Ceux-ci sont appliqués contre les cellules endothéliales des capillaires et possèdent de nombreux prolongements. De longs prolongements quittent le corps cellulaire et suivent le trajet des capillaires, ce sont les prolongements primaires. De ces gros prolongements partent des prolongements plus fins, disposés perpendiculairement aux premiers et entourant les capillaires, ce sont les prolongements secondaires. Les prolongements d’un podocyte forment des interdigitations avec les prolongements du podocyte voisin. Ces prolongements ne sont pas étroitement accolés les uns aux autres, mais laissent persister des fentes d’un diamètre de 25nm, appelées fentes de filtration. Les podocytes sont d’origine épithéliales mais perdent leur capacité à rester ensemble. Les prolongements des podocytes contiennent très peu d’organites mais un grand nombre de microfilaments. Les podocytes contiennent un appareil de Golgi, du réticulum endoplasmique rugueux, de nombreux ribosomes libres et un cytosquelette riche en filaments de vimentine et desmine. La barrière de filtration glomérulaire est le lieu de production de l’ultrafiltrat glomérulaire. C’est un filtre empêchant le passage de molécules > 68kDa et des molécules chargées négativement. La plupart des protéines plasmatiques (ex: l’albumine) possèdent un PM supérieur à 68 kDa et sont donc retenus dans le compartiment vasculaire. De plus, à pH physiologique (pH 7.2 - 7.4), la plupart des protéines plasmatiques sont chargées négativement (ex : le point isoélectrique de l’albumine est d’environ 5.0). La barrière empêche aussi le passage des éléments figurés du sang. La barrière de filtration sépare le compartiment vasculaire de la chambre de filtration. La filtration glomérulaire est un phénomène passif. La fonction de barrière repose sur 3 structures : 1) l’endothélium capillaire : 94 Il est mince et fenestré, des pores de 70 nm sont ménagés dans le cytoplasme de la cellule endothéliale et sont très abondants, la partie plus épaisse qui englobe le noyau endothélial se trouve au contact du mésangium. 2) Le feuillet viscéral Il est formé de podocytes. 3) la membrane basale capillaire : Elle est épaisse de 400 nm (plus épaisse qu’ailleurs) et faite de collagène de type IV, laminine, protéoglycanes et de nidogène. Elle est synthétisée par les cellules endothéliales et les podocytes. Elle est organisée en trois couches : la lamina rara externe, la lamina densa et la lamina rara interne. Les protéines collagéniques forment un maillage ménageant des espaces de 60 nm qui empêche les molécules de plus de 68 kDa de passer. De plus, des sites polyanioniques liés à la présence de GAG chargés négativement se localisent dans la lamina rara externe. Ces sites polyanioniques freinent ou repoussent les molécules chargées négativement. La membrane basale capillaire constitue en soit une barrière physique et électrique. Le flocculus est un réseau de capillaires pelotonnées les uns contre les autres, alimentés par l’artériole afférente et drainé par l’artériole efférente. Ce réseau de capillaires, situé entre deux systèmes artériels est appelé « admirable ». L’endothélium vasculaire n’est pas continu mais est percé de pores d’un diamètre de 70 à 90 nm. Entre les capillaires existent des cellules spécialisées qui forment le « squelette du flocculus », les cellules mésangiales. Ces cellules assurent aussi une fonction de détersion et de nettoyage des espaces situés entre l’endothélium capillaire et les podocytes. Les cellules mésangiales, de forme irrégulière, présentent de nombreux prolongements et contiennent les organites cytoplasmiques habituels. Leur origine est très controversée. Pour certains, elles seraient d’origine conjonctive, d’autres enfin leur attribuent une origine monocytaires. Les cellules mésangiales permettent le maintien de la structure glomérulaire et le flux sanguin glomérulaire. L’ensemble des structures qui séparent la lumière du capillaire sanguin de la fente urinaire s’appelle la membrane de filtration. Elle comprend donc l’endothélium vasculaire, sa membrane basale, la membrane basale de l’épithélium du feuillet pariétal de la capsule de Bowman et les prolongements des podocytes. Cette membrane de filtration arrête les éléments figurés du sang et toutes les molécules dont le poids moléculaire est supérieur à celui de l’albumine. La présence d’albumine dans les urines est donc un signe d’une altération de la membrane de filtration. 95 Le pôle vasculaire du corpuscule rénal est l’endroit où l’artériole afférente pénètre et où l’artériole efférente quitte le corpuscule. À cet endroit, le feuillet pariétal de la capsule de Bowman se réfléchit et devient viscéral. Entre les deux artérioles se trouvent les structures de l’appareil juxtaglomérulaire : la paroi modifiée de l’artériole afférente, la macula densa et les cellules du coussinet polaire. Les cellules musculaires lisses de l’artériole afférente se modifient lorsque celle-ci pénètre dans le corpuscule rénal : leur volume augmente et leur cytoplasme contient des grains de sécrétion. Elles sécrètent la rénine, enzyme qui transforme une protéine plasmatique, l’angiotensinogène en angiotensine dont l’effet est d’augmenter la pression artérielle. La macula densa est une portion spécialisée du tube contourné distal située à proximité du corpuscule rénal du même néphron (les cellules y sont plus hautes et plus étroites que les autres). A cet endroit, les cellules sont en étroite relation avec les cellules du coussinet polaire (cellules du lacis). Les cellules de la macula densa sont des chimiorécepteurs. Elles détectent la concentration en NaCl et permettent d’agir sur le taux de filtration 96 glomérulaire. Ce sont des cellules cylindriques plus étroites que celle du tube et ont une polarité inversée (noyau au pôle apical et appareil de Golgi basal). Les cellules du coussinet polaire sont peu nombreuses, elles assurent la relation entre les cellules modifiées de l’artériole afférente et celle de la macula densa. Les cellules du lacis Les cellules du lacis sont situées dans l’espace triangulaire compris entre l’artériole afférente, l’artériole efférente et le tube contourné distal. Elles sont disposées au sein d’un réseau de lames basales semblables aux cellules mésangiales avec lesquelles elles sont en continuité. On les appelle parfois cellules mésangiales extraglomérulaires. Leur rôle est peu connu. Au niveau du pôle urinaire, le feuillet pariétal de la capsule de Bowman se continue brusquement en un épithélium cubique. Le pôle apical des cellules est recouvert de microvillosités qui forment une bordure en brosse. C’est la transition entre le glomérule et le tube proximal. 3.1.3. Les systèmes tubulaires et collecteurs du néphron a. Le tube proximal Le tube proximal mesure de 12 à14 mm et a un diamètre compris entre 50 et 60 µm. Il est situé dans la corticale. La paroi du tube proximal est formée par un épithélium cubique à cylindrique simple, dont le pôle apical est recouvert d’une bordure en brosse. La membrane plasmique basale forme de longs replis qui s’insinuent dans le cytoplasme et divisent celui-ci en logettes qui contiennent de nombreuses mitochondries dont le grand axe est parallèle aux replis de la membrane. L’épithélium repose sur un chorion très vascularisé par l’intermédiaire d’une membrane basale. La fonction du tube proximal est d’assurer la réabsorption de sels et de nombreuses substances à partir de l’urine primitive. Près de 80% de l’eau et du sodium présents dans le filtrat glomérulaire sont réabsorbés au niveau du tube proximal. Rôle : réabsorption vers le sang d’eau, ions, glucose et acides aminés. 97  Réabsorption des bicarbonates et Réabsorption du sodium maintien de l’équilibre acide-base b. L’anse de Henlé Le tube proximal se continue dans la branche descendante de l’anse de Henlé. Celle-ci a un diamètre beaucoup plus petit que celle du tube proximal, mais sa lumière est large car sa paroi est formée de cellules aplaties qui rappellent les cellules endothéliales. Ces cellules et leurs noyaux sont cependant plus épais. Comme pour tous les segments du tube du néphron, ces cellules sont en relation étroite avec des capillaires sanguins. La branche descendante se réfléchit à 180°et forme alors la branche ascendante qui remonte vers le cortex. La jonction entre branche ascendante et descendante n’est pas toujours située à l’endroit de réflexion. Le plus souvent, la branche ascendante est plus longue que la branche descendante. Elle est limitée par un épithélium cubique à noyau central. Sa paroi est moins épaisse que celle du tube proximal et on n’y trouve pas de microvillosités. 98 L’anse de Henlé intervient tout spécialement pour assurer une haute osmolarité dans l’interstitium médullaire de manière à concentrer l’urine lorsqu’elle retraverse la médullaire et la papille dans le tube collecteur de Bellini. Le mécanisme de création de la forte concentration en sodium est appelé le mécanisme à contre- courant. c. Le tube contourné distal Le tube contourné distal fait suite à la branche ascendante de l’anse de Henlé et se termine dans le canal collecteur. Il est bordé par un épithélium cubique sans microvillosités. Le pôle basal de ses cellules présente cependant les mêmes replis membranaires que celui des cellules du tube proximal. Le tube contourné distal possède également une pompe à sodium qui assure la résorption de sels et d’eau. d. Le canal collecteur Le tube contourné distal se jette dans un tubule collecteur. 99 Les tubes collecteurs fusionnent et forment un conduit papillaire. L’aspect histologique du tube collecteur dépend du niveau considéré. Dans sa partie initiale, il ne se distingue pas du tube contourné distal. Au fur et à mesure qu’il s’enfonce vers la médullaire, le tube collecteur augmente de diamètre et devient ainsi le segment le plus large du néphron. Il est constitué de cellules dont la hauteur varie, ce qui rend les limites de sa lumière irrégulière. Dans le rein humain, l’épithélium se modifie encore à proximité de la papille : il devient progressivement un épithélium dit transitionnel. Deux populations cellulaires peuvent être différenciées en microscopie électronique : - les cellules claires ou cellules principales, elles sont les plus nombreuses, cubiques, pauvres en organites et munies de courtes microvillosités éparses. Ces cellules expriment des pompes à sodium (ex : Na+/K+ ATPase). - les cellules sombres ou cellules intercalées : riches en organites, microvillosités apicales et vésicules intracytoplasmiques. Ces cellules expriment des pompes à protons (H+ ATPase). On classe les néphrons en néphrons superficiel ou profonds. Les premiers ont leur corpuscule dans la partie externe du cortex. Leur anse de Henlé est courte et ne pénètre pas profondément dans la médullaire. La transition entre les branches ascendantes et descendantes est située avant le point de réflexion. Les néphrons profonds ont une anse longue, qui s’enfonce profondément dans la médullaire, et la transition entre les branches est située au point de réflexion. Cette différence morphologique entre les deux types de néphrons s’accompagne d’une différence fonctionnelle : les néphrons profonds résorbent plus d’eau que les néphrons superficiels. 100 Chez l’homme, les néphrons à anse courte sont les plus abondants (80 à 90 % des néphrons). Leur capacité de réabsorption du sodium est faible, d’où leur nom de « néphrons perdeurs de sel ». 3.1.4. Les vaisseaux sanguins et lymphatiques Réseau capillaires du néphron Chaque néphron est associé à deux réseaux capillaires : le glomérule et le réseau capillaire péritubulaire. Les capillaires péritubulaires sont issus de l’artériole glomérulaire efférente. Ces capillaires sont intimement liés au tubule rénal. En résumé, le glomérule produit le filtrat et les capillaires péritubulaires en récupèrent la majeure partie. 101 La vascularisation rénale dépend de l’artère rénale (qui provient de l’aorte abdominale à hauteur de la première vertèbre lombaire). L’artère rénale, en pénétrant dans le sinus rénal, se divise en plusieurs artères segmentaires situées en avant du bassinet, les artères prépyélique ou en arrière du bassinet, les artères rétropyéliques. Chacune de ces artères se divise ensuite en plusieurs artères interlobaires qui pénètrent dans le parenchyme rénal par les colonnes de Bertin. Au sommet des colonnes de Bertin, c’est-à-dire à la jonction cortico-médullaire, les artères interlobulaires se coudent puis de divisent en artères arciformes qui s’orientent parallèlement à la surface du rein. Il existe donc un plan vasculaire à la limite cortico-médullaire. Les artères arciformes donnent des branches capsulaires qui traversent tout le cortex pour se terminer dans la capsule du rein et des branches interlobulaires qui se résolvent en artérioles afférentes pour les glomérules dans tout le cortex. Les artérioles afférentes forment le réseau capillaire du glomérule qui est drainé par les artérioles efférentes, formant un système admirable. On distingue trois types d’artérioles efférentes : les artérioles efférentes sous-capsulaires sont petites et courtes, elles forment rapidement un réseau capillaire qui enveloppent les tubes du néphron dont elles ont vascularisé le glomérule. Les artérioles efférentes corticales forment un réseau qui irrigue les tubes des stries de Ferrein. Les artérioles efférentes juxtaglomérulaires se divisent en une dizaine de branches qui s’enfoncent dans la médullaire entre les branches des anses de Henlé. Elles se réfléchissent ensuite, comme les branches des anses pour remonter dans le cortex. Chaque artériole forme donc un groupe d’anses vasculaires appelées les vasa recta, qui assurent l’irrigation de la médullaire. Le réseau veineux suit la disposition du réseau artériel. De nombreuses petites veines sous- capsulaires confluent pour former un réseau étoilé sous-capsulaire. Celui-ci est drainé par les veines intralobulaires, qui se jettent dans les veines arciformes. Celles-ci drainent également les réseaux corticaux et médullaires. Les veines arciformes confluent en veines interlobulaires, qui parcourent les colonnes de Bertin depuis le cortex jusqu’au sinus rénal. Là, elles fusionnent en veines segmentaires puis en veine rénale. La veine rénale se jette dans la veine cave inférieure. Les vaisseaux lymphatiques sont relativement peu importants. Ceux de la capsule sont drainés, via la circulation lymphatique des organes voisins, vers les ganglions aortiques supérieurs. Ceux du parenchyme forment un réseau entre les tubes, surtout dans le cortex et confluent en vaisseaux parallèles aux vaisseaux sanguins. Il n’existe pas de lymphatiques dans les glomérules et dans les pyramides de Ferrein. 3.1.5. Innervation L’innervation rénale dépend du plexus rénal, situé le long de l’artère rénale depuis son émergence de l’aorte jusqu’au hile. Il est composé essentiellement de fibres sympathiques issues des ganglions de la chaine prévertébrale situés au niveau des 10ème, 11ème et 12ème racines dorsales et de la 1ère lombaire et de quelques fibres parasympathiques en 102 provenance des nerfs vagues. A partir du plexus rénal, les fibres nerveuses suivent le trajet des artères jusqu’aux glomérules. 3.1.6. Conduits et réservoirs urinaires Les conduits et réservoirs urinaires comprennent le système collecteur caliciel, le bassinet, l’uretère, la vessie et l’urètre qui évacue l’urine vers l’extérieur. Les voies excrétrices hautes sont constituées des calices, du bassinet et de l’uretère. 103 Plusieurs sphincters s’étagent à divers niveaux ; les plus importants sont situés à la jonction entre la vessie et l’urètre et sont sous contrôle volontaire. Ces voies excrétrices ont essentiellement la même structure de base : ce sont des tubes creux à paroi musculaire. Ils sont bordés d’un épithélium spécialisé capable de résister au contact des fluides contenant des substances toxiques : l’épithélium de transition (épithélium urinaire). L’épithélium repose sur un chorion fait de tissu conjonctif dense. Ce chorion dense est progressivement parsemé de faisceaux de cellules musculaires lisses et de très nombreux éléments nerveux. Les uretères sont de minces conduits qui transportent l’urine des reins à la vessie. La paroi de l’uretère est formée de trois couches : - Un épithélium de transition recouvre la muqueuse. - La musculeuse est composée de deux couches de muscle lisse disposées en spirale ; une autre couche de muscle lisse, la couche longitudinale externe est située dans le tiers inférieur de l’uretère. - L’adventice est faite de tissu conjonctif lâche. La vessie est un sac musculaire lisse qui emmagasine temporairement l’urine. L’état de distension de la vessie modifie l’aspect de l’épithélium de transition. Elle compte trois couches musculaires : une couche interne, en continuité avec la couche interne de l’uretère, une couche médiane en continuité avec la couche circulaire de l’uretère et une couche externe supplémentaire dans laquelle les fibres sont disposées comme celles de la couche interne. Une valve fonctionnelle prévient le reflux de l’urine pendant la miction. A la jonction entre la vessie et l’uretère, se trouve un sphincter musculaire, le sphincter interne. Histophysiologie : Disposition particulière des muscles : en boucles - au niveau des orifices urétéraux - au niveau du col vésical (ostium urétral) = sphincter interne + sphincter externe volontaire = muscle strié, au niveau de l’urètre 104 Innervation : Fibres sympathiques efférentes (stimulation quand remplissage de la vessie)  relâchement de la musculature vésicale  contraction du sphincter interne Fibres parasympathiques afférentes (stimulation quand distension vésicale atteint un certain seuil)  contraction de la musculature vésicale  relâchement du sphincter interne + sphincter externe innervé + voies afférentes sensorielles = trajet inverse des voies efférentes L’urètre est un conduit musculaire aux parois minces qui transporte l’urine de la vessie vers l’extérieur. L’urètre féminin mesure environ 5 cm ; il est bordé par un épithélium malpighien stratifié. La paroi musculaire urétrale est en continuité avec le muscle lisse de la vessie. Le sphincter musculaire strié externe se trouve autour de la portion médiane de l’urètre. L’urètre masculin mesure 20 à 25 cm et est plus complexe que celui de la femme puisque c’est non seulement le conduit urinaire mais aussi le conduit de l’appareil génital. On peut le diviser en trois segments : 1) L’urètre prostatique qui reçoit de nombreuses glandes péri-urétrales et les deux canaux éjaculateurs d’origine prostatique. 2) L’urètre membraneux qui est le siège du contrôle mictionnel et qui possède un sphincter fait de muscles striés. 3) L’urètre pénien est la partie distale de l’urètre. L’urètre masculin est bordé au départ d’un épithélium de transition mais se transforme en un épithélium cylindrique pseudostratifié et devient un épithélium malpighien près du méat urinaire. Histologie : Chez l’homme Épithélium : - prostatique = ERP urinaire - membraneux = ERP cylindrique ou pseudostratifié - spongieux = ER bistratifié cylindrique – simple cylindrique – pluristratifié épidermoïde + glandes de Littré : exocrines (tubulo-acineuses muqueuses) Chorion = tissu conjonctif lâche + fibres élastiques Musculeuse : - prostatique = cell. musculaires lisses longitudinales + qques circulaires (périphérie) - membraneux : idem + cell. musculaires striées squelettiques autour = sphincter externe - spongieux : musculeuse non individualisée, infiltrée de lacs veineux , séparés par des trabécules fibro-élastiques + artères à coussinet = corps spongieux (tissu érectile) 105 Chez la femme Epithélium : urinaire -> cylindrique pluristratifié ou pseudostratifié -> épidermoïde (méat urinaire) Chorion = tissu conjonctif lâche – veines +++ + glandes de Skéne : exocrines muqueuses Musculeuse : lisse (interne longitudinale + externe circulaire) + sphincter strié autour (au niveau du tiers moyen de l’urètre) 3.1.7. Fonctions du rein  Epuration du plasma, par l’élimination de déchets comme l’urée, l’acide urique, la créatinine et par l’élimination de substances étrangères comme les antibiotiques, certains poisons, …;  Régulation de l’osmolarité plasmatique.  Régulation du volume du LEC et de la pression artérielle.  Maintien de l’équilibre ionique (Na+, K+, Ca++).  Maintien de l’équilibre acido-basique.  Fonctions hormonales : o Certaines cellules des reins sécrètent l’érythropoïétine (EPO). Cette hormone stimule la formation des globules rouges. Sa sécrétion est augmentée en cas d’hypoxie (exemple : en altitude). o Les cellules juxtaglomérulaires sécrètent la rénine, enzyme impliquée dans le processus d’activation de sécrétion de l’adostérone. o Les reins sécrètent l’1α-hydroxylase, enzyme catalysant la réaction de formation du calcitriol. 3.2. PHYSIOLOGIE RÉNALE 3.2.1. Introduction A. Fonctions des reins Fonction homéostatique = régulation de l’équilibre hydro-électrique, c’est-à-dire du contenu en eau et en ions du sang. Les reins contrôle le contenu en ions et en eau du milieu intérieur en régulant les échanges de ces substances entre la circulation sanguine et l’urine. On peut diviser la fonction rénale en 6 points : 1) Régulation du volume du liquide extracellulaire et de la pression artérielle Si le volume de liquide extracellulaire diminue, la pression artérielle diminue également et l’apport sanguin au cerveau et autres organes essentiels n’est plus suffisant. Reins et système cardiovasculaire travaillent de manière intégrée pour maintenir la pression artérielle stable. 2) Régulation de l’osmolarité et de l’équilibre hydrique 3) Maintien de l’équilibre ionique (Na+, K+, Ca++) 4) Régulation de l’équilibre acido-basique 5) Elimination des déchets = épuration du plasma Déchets produits par le métabolisme (créatinine, urée, acide urique, urobilinogène) et les substances étrangères (médicaments, toxines issues de l’environnement) 106  6) Production d’hormones 1. Erythropoïétine: hormone impliquée dans la production des globules rouges (érythropoïèse) 2. Rénine: enzyme qui régule la production des hormones impliquées dans l’homéostasie du sodium et le contrôle de la PA 3. Des enzymes rénales (1-α-hydroxylase) participent à la conversion de la vitamine D en sa forme active, la 1,25-hydroxy-vitamine D3, une hormone qui régule l’équilibre calcique B. Rappels anatomiques L’appareil urinaire comprendre les reins, les uretères, la vessie et l’urètre. C. Le néphron C’est l’unité structurelle et fonctionnelle du rein, responsable de la formation de l’urine. Il y en a 1 million par rein. Ils sont subdivisés en plusieurs segments, étroitement associés à des vaisseaux sanguins spécialisés. Pour chaque néphron, on retrouve 2 régions: o Glomérulaire = corpuscule rénal o Tubulaire = tubule rénal Il existe deux types de néphrons : - 80% néphrons corticaux : presque entièrement dans la cortical - 20% néphrons juxtaglomérulaires : plongent profondément dans la médullaire Vascularisation du néphron : o Artérioles afférente o Glomérule = capillaires glomérulaires (filtration) o Artériole efférente o Capillaires péritubulaires (réabsorption et sécrétion) 107 On retrouve différentes parties dans le néphron : La partie initiale du néphron est une structure creuse en forme de boule appelée capsule de Bowman, qui entoure la glomérule. L’endothélium du glomérule est fusionné avec l’épithélium de la capsule de Bowman, de sorte que le liquide de filtration provenant du capillaire passe directement dans la lumière du tubule. On appelle corpuscule rénal (ou corpuscule de Malpighi) l’ensemble constitué par le glomérule et la capsule de Bowman. De la capsule de Bowman, le liquide filtré s’écoule dans le tube contourné proximal, puis dans l’anse de Henlé, un segment qui s’enfonce en profondeur de la médullaire et revient ensuite dans la corticale. L’anse de Henlé est divisée en deux branches, une branche descendante et une branche ascendante. Le liquide passe alors dans le tube contourné distal. Les tubes contourné distaux de plusieurs néphron se drainent dans un tube unique et plus large, le tube collecteur de Bellini. Le néphron est replié sur lui-même de sorte que la partie finale de la branche ascendante passe entre les artériole afférente et efférente. Cette zone est appelée appareil juxtaglomérulaire. La proximité de la branche ascendante et des artérioles permet la communication paracrine entre ces deux structures, dispositif principal d’autorégulation 3.2.2. Étapes de formation des urines Les reins traitent 180L/jour de liquide alors que seulement 1,5L d’urine est produite par jour, les reste est envoyé dans la circulation (99%). La formation de l’urine, l’ajustement du volume sanguin et sa composition dépend de trois processus : 1) La filtration glomérulaire = le mouvement de liquide du sang vers la lumière du néphron. La filtration a lieu uniquement dans le corpuscule rénal.  Du sang vers le filtrat (1) 2) La réabsorption tubulaire = retour vers le sang capillaire péritubulaire de substance contenue dans l’urine primitives.  du filtrat vers le sang (2) 3) La sécrétion tubulaire = extraction de molécule particulière contenue dans le sang et leur passage dans l’urine primitive des tubules.  du sang vers le filtrat (3) Bien que la sécrétion soit comme la filtration un passage de substance du sang vers le tubule, il s’agit ici d’un processus plus sélectif. Ces trois étapes ensemble mènent à l’excrétion. Quantité excrété = quantité filtrée – quantité réabsorbée + quantité sécrétée 108 Pourquoi cette réabsorption de plus de 99% de l’urine primitive ?  Pour la régulation du milieu intérieur Besoin d’un DFG (=débit de filtration glomérulaire) suffisant pour assurer la fonction rénale d’épuration du plasma. En effet, il est plus facile d’évacuer les déchets lorsqu’on a un écoulement de masse, d’où la filtration à la fois de déchets et d’autres substances : - Déchets organiques (créatinine, urée, acide urique, urobilinogène) - Substances étrangères (pénicilline, saccharine, …) La régulation de l’homéostasie est facilitée car seuls les ions nécessaires sont réabsorbés. Rq. : Débit de filtration glomérulaire (DFG) = Volume de filtrat constitué dans la capsule par unité de temps (125ml/min). Tube contourné Proximal (TCP) = Lieu principal de la réabsorption : Réabsorption par le TCP des 2/3 de l’eau et du Na+ filtrés = Principal lieu de sécrétion Anse de Henlé Réabsorption d’eau (branche descendante) ou de soluté (branche ascendante) Tube contourné distal (TCD) et tube collecteur (TC) Mécanismes homéostatiques de réabsorption et de sécrétion essentiellement hormonaux A. Filtration glomérulaire a. Pression nette de de filtration La filtration s’effectue dans le corpuscule rénal. Elle va du glomérule vers la capsule de Bowman. 20% du volume plasmatique est filtré (180L/jour). Cela constitue l’urine primitive. C’est un transport passif grâce à l’écoulement de masse. Il y a un mouvement d’une grande partie du plasma vers la capsule de Bowman. Facteurs qui influencent la filtration : - Taille et diamètre : Les acides aminés et petits peptides filtrent intégralement contrairement aux protéines de poids moléculaire > 68000 g/mol. - Charge électrique : Au niveau de l’endothélium, ce sont des charges négatives. Elles ont donc une effet répulsif sur les molécules chargées négativement. 109   Les protéines plasmatiques et cellules sanguines ne filtrent pas. Cela implique que l’urine primitive a une composition et une concentration très proches du plasma (sauf pour les protéines). Applications :  Albuminurie = protéine dans les urines  Hématurie = présence de sang dans les urines Loi des capillaires - rappel : À l’entrée du capillaire, la différence de pH l’emporte sur la différence de PO  mouvement d’eau depuis le sang vers le liquide interstitiel À la sortie du capillaire, la différence de PO l’emporte sur la différence de pH  mouvement d’eau depuis le liquide interstitiel vers le sang Pression qui déterminent la filtration à travers les capillaires glomérulaires :  PH glomérulaire : pression du sang qui pousse le liquide à travers l’endothélium perméable  PO glomérulaire : pression oncotique due aux protéines présentes dans le plasma mais pas dans la capsule de Bowman  PH capsulaire : pression hydrostatique capsulaire qui s’oppose à l’arrivée de liquide dans la capsule car, étant donné que la capsule de Bowman est un espace clos (contrairement au liquide interstitiel), la liquide filtré doit déplacer le liquide présent dans la capsule. Pression nette de filtration = pH glomérulaire – PO glomérulaire – pH capsulaire = 55 – 30 15 = 10 mm Hg Rq. : PH glomérulaire > PH capillaires des autres organes, ce qui ne permet pas de réabsorption glomérulaire. b. Régulation du débit de filtration glomérulaire Débit de filtration glomérulaire (DFG) = volume de liquide filtré dans la capsule par unité de temps (125 ml/min ou 180 L/jour) Dépend de : 1) La pression nette de filtration Elle est déterminée par : - La pression artérielle, qui détermine la pression hydrostatique glomérulaire : 110  Si PA augmente la PH glomérulaire augmente, et donc la pression nette de filtration va être augmentée. - Le débit sanguin rénal Vasoconstriction de l’artériole afférente :  Redirection d’une partie du flux sanguin vers les autres organes  diminution de la pression au niveau du capillaire et diminution du DFG. Vasodilatation de l’artériole afférente :  augmentation de la pression dans le capillaire et donc augmentation du DFG. Rq. : C’est l’artériole afférente qui est la plus régulée. 2) La surface des capillaire disponible pour la filtration Plus il y a de capillaires, plus on a une possibilité d’avoir un débit global élevé. 3) La perméabilité de l’interface glomérulo-capsulaire Les hormones vont jouer sur la perméabilité en augmentant la taille des fentes. Effet d’une augmentation du DFG : - Sur la diurèse (=volume de sécrétion urinaire)  Augmentation - Sur la volume sanguin  Diminution - Sur la pression artérielle (PA)  Diminution Si la PA augmente, le DFG augmente-t-il ? Logiquement oui, car la pression nette de filtration est déterminée par la pression artérielle. Donc si la pression artérielle augmente, le DFG va augmenter. Mais … Habituellement non, le DFG reste stable. Cela permet que tous les petits changement de PA n’aient pas directement un impact sur le volume (par le DFG)  il existe une autorégulation du DFG Autorégulation du DFG : C’est un ensemble de 2 mécanismes de contrôle local par lequel le rein assure la constance relative du DFG face à des fluctuation normales de la pression artérielle. 1) Réponse myogénique des artérioles afférentes 111 Si la pression artérielle augmente, la paroi des artérioles afférentes est distendue. C’est un stimulus entrainant la vasoconstriction La vasoconstriction entraine une augmentation de la résistance à l’écoulement et donc une diminution du débit sanguin. Ces changements amènent une diminution de la PH glomérulaire, donc de la pression de filtration glomérulaire qui finalement entraine la diminution du DFG. Rq. : La vasoconstriction est le résultat d’un mécanisme protecteur du tissus musculaire lisse, qui va ouvrir les canaux ioniques sensibles à l’étirement, entrainant une dépolarisation et une réponse contractile. 2) Rétrocontrôle (feedback) tubulo-glomérulaire : Le liquide qui s’écoule dans le tubule influence le DFG : Si le filtrat est abondant —> vasoconstriction des artérioles afférentes  Le DFG diminue Si le filtrat est peu abondant —> vasodilatation des artérioles afférentes  Le DFG augmente Anatomie : La partie finale de la branche ascendante de l’anse passe dans les artérioles afférentes et efférentes. Les parois des tubules et des artérioles modifiées constituent l’appareil juxtaglomérulaire : - Macula densa = cellules modifiées de l’épithélium du tube contourné distal - Cellules granulaire (ou juxtaglomérulaire) = portion modifiée des artérioles (rénines). Mécanisme : La macula densa est sensible à l’osmolarité du filtrat. Si le DFG augmente, la filtration de NaCL est augmentée (+ de NaCl dans le filtrat). Le filtrat plus abondant s’écoule plus vite, il y a donc moins de NaCl réabsorbé au niveau tube contourné proximal (TCP). Cela implique que le filtrat arrivant au niveau de la macula densa contient plus de NaCL. L’osmolarité est plus élevée, ce qui entraine une sécrétion paracrine provoquant une vasoconstriction de l’artériole afférente.  Diminution du DFG 112 Importance du feedback tubulo-glomérulaire sur le DFG : Avec un DFG de 120 ml/min, la réabsorption tubulaire est adaptée. Si le DFG est plus grand : Le filtrat est plus abondant, donc l’écoulement est plus rapide dans les tubules et il y a moins de temps pour la réabsorption. La réabsorption tubulaire sera donc insuffisante. Dans cette situation, le rétrocontrôle tubulaire permet de réduire le DFG, donc de réduire la quantité de filtrat et ainsi ralentir son écoulement dans les tubules, ce qui permettra une réabsorption suffisante. Rq. : Il est important de maintenir un DFG suffisant mais pas trop élevé non plus. L’autorégulation du DFG permet de maintenir un DFG stable malgré les petites modifications continues de la PA. D’autres mécanisme de régulation nerveuse et hormonale vont permettre le contrôle de la pression artérielle systématique (à long terme). Une des fonctions majeure du rein est le contrôle de la pression artérielle systématique via l’adaptation du DFG. Régulation nerveuse du DFG : Rq. : ce n’est plus une auto-régulation mais une régulation pure et simple. 113 Le SN sympathique innerve les artérioles afférente et efférente et provoque une vasoconstriction : Si l’activité sympathique est modérée, il y aura peu d’effet sur le DFG. Si la PA diminue (hémorragie, diarrhée), l’activité sympathique sera intense et entraînera une diminution du DFG pour permettre le maintien de la PA et la préservation du capital hydrique de l’organisme. Intégration de la régulation nerveuse du DFG dans le baroréflexe : Si il y a une diminution de la PA, cela aboutit à : - Une augmentation de la FC, de la VES et du débit cardiaque - Une vasoconstriction : o Périphérique, donc augmentation résistance périphérique o Des artérioles afférentes, donc diminution de la DFG et de la diurèse, et maintien du volume sanguin. - Une veinoconstriction, donc augmentation du retour veineux Régulation hormonale du DFG L’angiotensine II est responsable de la vasoconstriction des artérioles. Les prostaglandines sont responsables de la vasodilatation des artérioles. B. Réabsorption tubulaire Les substances vont aller du filtrat (c’est-à-dire l’urine primitive) vers le sang des capillaires péritubulaire. Le transport peut être passif ou actif. C’est un système de transport membranaire. 114 Le filtrat contient les mêmes concentrations de substances dissoutes que le liquide extra cellulaire. Rien ne se passe s’il n’y a pas de transport actif initial. Il faut d’abord qu’il y ait un transport actif d’une substance contre son gradient de concentration. Une fois la substance réabsorbée, les autre substances et l’eau vont pouvoir suivre de manière passive. La réabsorption de Na+ par transport actif constitue la force motrice de réabsorption. La voie transcellulaire (ou transport transépithélial) implique : 1) Transport à travers la membrane apicale 2) Diffusion à travers le cytosol. 3) Transport à travers la membrane basolatérale. (Implique souvent les espaces intercellulaires latéraux car les transporteurs membranaires transportent les ions dans ces espaces.) 4) Mouvement à travers le liquide interstitiel et dans le capillaire. La voie paracellulaire implique : - Des mouvements à travers des jonctions entre 2 cellules adjacentes. - Des mouvements à travers le liquide interstitiel et dans le capillaire. Caractéristiques de la réabsorption tubulaire Couplage de la réabsorption de nombreuses substances à la réabsorption de Na+. 115 Caractéristiques des protéines membranaires  Spécificité : transport d’une molécule ou d’un groupe de molécules homologues  Compétition si des molécules homologues sont transportées par un même transporteur (par exemple glucose et galactose) ou inhibiteur compétitif  Saturation des mécanismes de réabsorption tubulaire o Liée à la quantité de transporteurs disponibles o Exemple : - Glucose normalement totalement réabsorbé - Si hyperglycémie transporteurs saturés glycosurie C. Sécrétion tubulaire Les substances dans le sang des capillaires péritubulaires rejoignent la lumière des tubules. C’est la deuxième voie d’accès au tubule. Cette sécrétion permet d’augmenter l’excrétion d’une substance par mécanisme actif. Elle concerne : - H+, K+ (régulation homéostatique) - Métabolites produits par l’organisme : o Choline o Urée (elle est réabsorbée passivement) - Substances exogène (ex : pénicilline) Habituellement, la sécrétion est associée à la réabsorption de Na+. D. Excrétion Quantité́ excrétée = quantité filtrée - quantité réabsorbée + quantité sécrétée Le débit d’excrétion d’une substance dépend : 1 - de son débit de filtration 2 - de si elle est réabsorbée, secrétée ou les deux Ces deux éléments amènent la notion de clairance. Clairance d’un soluté = débit auquel ce soluté disparaît de l’organisme (par excrétion ou métabolisme). Pour tout soluté éliminé par excrétion rénale, la clairance rénale d’une substance = volume de plasma complètement épuré de cette substance par les reins par unité de temps. 116 Rq. : Si un soluté est filtré, non réabsorbé et non sécrété, alors la clairance de ce soluté = DFG. La clairance d’une substance nous donne une information sur comment elle est traitée par l’organisme. Est-ce que le rein l’a réabsorbé ? Secrété ? Ou aucun des deux ? Le DFG permet d’évaluer la fonction rénale. L’estimation du DFG se fait par la clairance de la créatinine (la créatinine est filtrée, non réabsorbée, légèrement sécrétée). La clairance va indiquer comment le tube rénal manipule la molécule (réabsorption, sécrétion ou ni sécrétion, ni réabsorption) 117  3.2.3. Contribution rénale à l’équilibre Homéostasie hydroélectrolytique :  Entrée d’eau, de NaCl, K+, Ca++, HCO3-, HPO4- - dans l’organisme.  Élimination par les reins, de petites quantités dans les fèces.  Élimination pas les poumons de H+ et HCO3- (via le CO2).  Mécanismes physiologiques pour maintenir l’équilibre hydroélectrolytique + aspects  comportementaux (ex : soif).  Importance de l’homéostasie de ces substances (il faut maintenir les équilibres) : - K+ : fonctionnement du cœur et des muscles en modifiant le potentiel de membrane - Ca++ : contraction musculaire, formation des os - H+ et HCO3- : détermination du pH de l’organisme - Na+ et eau : maintien de l’osmolarité  Changement de volume cellulaire (contraction ou gonflement) peuvent détériorer la fonction cellulaire et empêcher le maintien de l’homéostasie. Par exemple : ouverture des canaux ioniques, modification du potentiel de membrane, modification des cascades de signalisation cellulaire. 118 Rq. : Le rein travaille avec les autres systèmes pour maintenir l’équilibre. Mais il présente des adaptations beaucoup plus lentes. A. Équilibre sodique Contribution rénale à l’équilibre sodique et donc à la régulation de l’osmolarité du milieu intérieur et au maintien des volumes intracellulaires et extracellulaires L’ingestion de sel entraine une augmentation de l’osmolarité du plasma. En l’absence de mécanisme de régulation, cela entrainera un mouvement d’eau de la cellule vers le LEC (= liquide extracellulaire). Ce qui entraînera ainsi une déshydratation cellulaire, l’augmentation du volume sanguin et donc une augmentation de la pression artérielle (PA). La régulation rénale de la réabsorption de Na+ permet le maintien de l’osmolarité du LEC et ainsi le maintien de la volémie (on veut éviter l’excès de sodium). 119  Mécanisme de réabsorption du Na+ : Principal mécanisme (tout le long des tubules) : Transport actif du Na+ des cellules tubulaires vers le LI  Maintien la concentration en Na+ faible  Maintien d’un gradient de diffusion de Na+ de la lumière tubulaire vers les cellules tubulaires Couplage de la réabsorption d’eau avec la réabsorption de Na+ (et d’autres solutés) L’eau suit le mouvement de Na+ par osmose. D’autres substances (tel que le K+ qui est secrété) vont être couplées à cette réabsorption active du Na+. Il n’existe pas de récepteurs sensibles au taux plasmatique de Na+. La régulation du taux de Na+ dans l’organisme se fait via la détection par les barorécepeturs (détecte les modifications de PA) et les volorécepteurs des changements de volume plasmatique (ce sont des récepteurs indirects). En effet, par mécanisme osmotique, toute baisse de Na+ entraîne une baisse du volume plasmatique et inversement. (car si moins de Na+ , l’osmolarité diminue et donc on aura une diminution du volume) Na+ excrété = Na+ filtré - Na+ réabsorbé + Na+ sécrété Les reins contribuent à l’équilibre sodique via : - le contrôle du DFG – natriurèse de pression - le contrôle de la réabsorption de Na+: Aldostérone et Peptide atrial natriurétique (PAN) Contrôle du DFG – natriurèse de pression : Une PA augmentée augmente la filtration et donc l’excrétion de Na+, grâce à l’augmentation de la PA.  Augmentation de la pression hydrostatique dans le glomérule, qui augmente la pression nette de filtration  Augmentation du DFG  Écoulement plus rapide du filtrat dans les tubules  Diminution de la réabsorption du Na+  Augmentation de l’excrétion urinaire de Na+ = natriurèse de pression (ce qui explique le fait de retrouver du sodium dans les urines à cause d’une augmentation de la pression) Rappel : l’augmentation du DFG en cas d’augmentation de la PA est limitée en raison de la réponse myogénique au niveau de l’artériole afférente et du feedback tubulo-glomérulaire. 120 Contrôle de la réabsorption de Na+ par l’aldostérone : Au niveau des tubes contournés distaux et du tube collecteurs, l’aldostérone stimule la réabsorption du Na+ en augmentant la synthèse des canaux Na+ et des pompes à Na+/ K+. Et donc le maintien de l’osmolarité et l’augmentation du volume sanguin. Sa sécrétion est stimulée par le système rénine-angiotensine, lorsque la PA diminue. Système rénine-angiotensine-aldostérone : Stimuli de l’aldostérone : Augmentation de la concentration extracellulaire en potassium —> action directe sur le cortex surrénal pour directement augmenter la sécrétion d’aldostérone. Donc après lorsque réabsorption de sodium, on a une sécrétion de potassium, cela diminue la concentration extracellulaire en potassium. Une baisse de la PA va amener à la sécrétion de rénine, qui va permettre la transformation d’angiotensine I en angiotensine II et donc ensuite une action auniveau du cortex surrénal pour stimuler la sécrétion d’aldostérone. Stimulus de la sécrétion de rénine : Comment une baisse de la PA stimule la sécrétion de rénine ? La rénine est sécrétée par les cellules juxtaglomérulaires, qui sont les cellules situées autour de l’artériole afférente. Mécanismes conduisant à l’augmentation de la sécrétion de rénine : 121 Les voies du SRAA commencent quand les cellules granulaires juxtaglomérulaires des artérioles afférentes du néphron sécrètent une enzyme appelée rénine. Le rénine permet la conversion d’une protéine en angiotensine II. Quand l'ANG II du sang atteint la glande surrénale, elle entraîne la synthèse et la libération d'aldostérone. Au final, au niveau de la partie distale du néphron, l'aldostérone déclenche une série de réactions intracellulaires qui conduisent le tubule à réabsorber le Na+. Rq. : Les stimuli qui déclenchent la voie du SRAA sont tous liés directement ou indirectement à une faible pression artérielle. Contrôle du Na+ par le PAN : Le PAN agit au niveau du TCD et TC (même zone d’action que l’aldostérone mais effet inverse). Le peptide atrial natriurétique augmente l’excrétion de Na+ : - En inhibant la réabsorption tubulaire du Na+ (mécanisme intracellulaire inconnu) - En inhibant la sécrétion d’aldostérone, et donc en diminuant la réabsorption de sodium - En augmentant le DFG via la vasodilatation de l’artériole afférente et la vasoconstriction de l’artériole afférente.  Diminution du volume sanguin 122 Contrôle de la réabsorption de Na+ par l’aldostérone et le PAN : Synthèse : 123  B. Équilibre hydrique Seule la perte d’eau par les urines est régulée. Si on a une perte d’eau pathologique, il y aura perturbation de l’homéostasie : - Diminution du volume extracellulaire (liquide interstitiel + plasma)  diminution de la PA  diminution des apport en O2 des tissus - Perte d’eau supérieure aux pertes ioniques (hypo- osmotique)  augmentation de l’osmolarité  perturbation de la fonction cellulaire La possibilité de modifier la concentration de l’urine repose sur l’existence d’une membrane avec une perméabilité adaptable pour, en fonction de la situation: - Laisser passer les solutés mais pas l’eau : urine diluée - Laisser passer l’eau mais pas les solutés : urine concentrée Eau excrétée = eau filtrée – eau absorbée La quantité d’eau filtrée dépend du contrôle du DFG : - si le DFG augmente on a plus d’élimination d’eau - si le DFG diminue on a moins d’élimination d’eau La quantité d’eau réabsorbée dépend du : - Contrôle via la réabsorption du Na+ - Contrôle direct de la réabsorption d’eau (TC médullaire) (= permet d’éliminer une urine de concentration variable), qui dépend de : o La présence d’ADH : Permet le mouvement d’eau mais n’est pas suffisant o L’hyper osmolarité du liquide interstitiel entourant les tubes collecteurs de la médulla. 124 Hormone antidiurétique (ADH) Également appelé vasopressine Peptide synthétisé au niveau de l’hypothalamus et sécrété au niveau de la neurohypophyse Effet : augmente la perméabilité à l’eau des tubes collecteurs médullaires. Mécanisme d’action : l’ADH va augmenter le nombre de canaux hydrique (aquaporines AQP2) au niveau du pôle apical des cellule des TC par un processus de recyclage membranaire. La sécrétion de l’ADH est stimulée par : 1) L’hyperosmolarité de plasma (déjà pour une augmentation de 1%) 2) L’hypervolémie (pour une diminution de LEC de 10% ou plus) 3) Une diminution de la PA Osmolarité de l’urine en présence et en absence d’ADH : Au début du TC elle est de 100mOsM En présence de l’ADH, l’urine peut atteindre une osmolarité de 1200mOsM à la fin du TC, ce sera une urine très concentrée (car réabsorption de beaucoup d’eau). Réalité physiologique = système gradué permettant d’adapter finement la concentration de l’urine aux besoins de l’organisme Les cellules des TC nécessite la vasopressine pour que la membrane apicale devienne perméable à l’eau : En présence de vasopressine, des aquaporines vont apparaitre à la membrane apicale et donc augmenter sa perméabilité à l’eau. Cela va permettre la réabsorption de l’eau par osmose si l’osmolarité des cellules et du LI médulla rénale soit supérieure à l’osmolarité du tubule. 125 Système d’échange à contre-courant : Lié à la disposition anatomique et au fonctionnement : - Des anses des néphrons juxtamédullaires - Des vasa recta (capillaire péritubulaire dans la médullaire) L’osmolarité de l’interstitium est de plus en plus grande au fur et à mesure qu’on va vers le coude de l’anse (égale à celle du filtrat dans la branche descendante) = gradient osmotique de l’interstitium médullaire Rq. : L’urée est réabsorbée au niveau des TC et contribue à maintenir une osmolarité élevée au niveau de l’interstitium médullaire (=LI). Le tubule proximal est perméable à l’eau et la réabsorption y est iso-osmotique = 300mOsM La branche descendante de l’anse du néphron n’est perméable qu’à l’eau, pas aux ions. La branche ascendante de l’anse du néphron n’est perméable qu’aux ions (réabsorption par transport actif), pas à l’eau. Par conséquent: L’osmolarité du filtrat augmente en progressant dans la branche descendante de l’anse. L’osmolarité du filtrat rediminue en progressant dans la branche ascendante de l’anse. Les vasa recta (capillaire) sont perméables à l’eau et aux ions. La direction du flux sanguin dans les vasa recta est contraire à celle du filtrat dans l’anse. Donc : Le sang se dirigeant vers la profondeur de la médullaire : 1. Gagne les ions réabsorbés au niveau de la branche ascendante du néphron et perd de l’eau. Il devient donc hyperosmotique (=> l’osmolarité du capillaire augmente) 2. Le sang hyperosmotique se dirigeant vers la corticale attire l’eau réabsorbée au niveau de la branche descendante du néphron. Grâce aux vasa recta, le gradient osmotique cortico-médullaire du liquide interstitiel créé par l’anse du néphron est maintenu. 126 Mécanisme de concentration de l’urine : Pour que l’eau soit réabsorbée, il faut : - la présence d’aquaporine (lié à la présence d’ADH) - Hyper osmolarité du LI pour que l’eau puisse sortir du TC. Cette hyper osmolarité est liée à la présence de ces vasa- recta qui vont présenter une osmolarité différente au fur et à mesure qu’on s’enfonce dans la médullaire. Tube contourné distal Le filtrat est hypo-osmotique en arrivant dans le TCD Baisse supplémentaire de l’osmolarité dans le TCD (réabsorption NaCl, imperméabilité à l’eau) Tube collecteur - partie corticale Réabsorption NaCl Réabsorption eau si ADH : Retour à valeur d’osmolarité plasmatique Tube collecteur - partie médullaire Réabsorption d’eau si ADH —> osmose vers interstitium —> urine hyper-osmotique L’organisme doit conserver au maximum son capital hydrique. Il fait cela en concentrant l’urine. Synthèse : 127 Exemple de situation stimulant la sécrétion d’aldostérone et d’ADH : Réaction homéostatique à une déshydratation : 128  C. Équilibre potassique K+ excrété = K+ filtré – K+ réabsorbé + K+ sécrété o K+ filtré en fonction du DFG (si la filtration augmente, il y aura plus de potassium dans le filtrat) o Le K+ réabsorbé est dépendant de la réabsorption du Na+ par transport actif (puis anion, puis eau, puis gradient de concentration pour d’autre ions tels que le K+ o Le K+ excrété est lié aux variations de sa sécrétion. La sécrétion de K+ varie en fonction des apports. L’augmentation de kaliémie stimule directement la sécrétion d’aldostérone d’où sécrétion de K+ et réabsorption de Na+. La kaliémie : = concentration en potassium dans le plasma La stabilisation de la kaliémie est très importante. Au niveau de la cellule, les concentrations en potassium en intracellulaire sont très élevées alors qu’en extracellulaire, les concentrations sont beaucoup plus faibles. En cas d’hypokaliémie, c’est-à-dire si la concentration en potassium du milieu extracellulaire est diminuée, le gradient de concentration entre les milieux intracellulaire et extracellulaire augmente. Ainsi, le flux sortant de potassium augmente (encore plus de charges positives qui sortent). Le PMR (potentiel membranaire de repos) devient alors encore plus négatif. La conséquence est une hypoexcitabilité (= diminution de l’excitabilité) de la cellule (la cellule a plus de mal à atteindre le potentiel d’action puisqu’elle part d’un potentiel de membrane qui est plus faible). Causes : - Diarrhées - Certains diurétiques - Associée à une alcalose - Consommation d’eau pure En cas d’hyperkaliémie, c’est-à-dire si la concentration en potassium du milieu extracellulaire est augmentée (la concentration en K+ intracellulaire reste quand même plus élevée), le gradient de concentration entre les milieux intracellulaire et extracellulaire diminue. Ainsi, le flux sortant de potassium diminue, il y a plus de charges positives qui restent à l’intérieur de la cellule. Le PMR augmente et a pour conséquence une hyperexcitabilité (= augmentation de l’excitabilité) de la cellule. Causes : - certains diurétiques - associé à une acidose 129 Rq. : L’organisme va chercher à maintenir la kaliémie la plus stable possible pour rester avec des PMR les plus stables possible. L’organisme réagit à ces modifications de la concentration en K+, en agissant sur la sécrétion de K+. Effet d’une hyperkaliémie sur le PMR : D. Équilibre acido-basique Rappel - Régulation du pH plasmatique 1. Tampons : Ils neutralisent des ions H+ Tampon - + H+ ↔ HTampon 2. Ventilation : Elle régule la concentration plasmatique des ions H+ en modifiant la PpCO2 CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- 3. Reins : Ils régulent la concentration plasmatique en ions H+ - Directement en excrétant ou réabsorbant les ions H+ - Indirectement en ajustant le taux de réabsorption d’ HCO3- Latence des 3 réponses :  Tampon —> immédiat  Poumons —> quelques minutes  Reins —> plusieurs heures Contribution rénale à l’équilibre acido-basique ` 130  Impact de la modification du pH sur l’organisme : Toute modification du pH va modifier : A) Protéines intracellulaires, enzyme et canaux membranaires qui sont très sensibles au pH (toute modification du pH va avoir un impact sur la structure tertiaire des protéines et donc sur l’activité de ces protéines). B) Modification de l’excitabilité neuronale. Dépression du système nerveux central en cas d’acidose, hyperexcitabilité en cas d’alcalose. Alcalose : le déficit en H+ dans le liquide extracellulaire entraine une sortie de H+ du neurone (le H+ suit son gradient de concentration), compensée par une entrée de K+ (antiport K+/H+). L’augmentation de la concentration en K+ dépolarise les neurones, le PMR devient moins négatif. On a alors une hyperexcitabilité initiale (a), suivit d’une hypoexcitabilité (b), qui risquent d’entrainer : spasmes et convulsions (a), mort par paralysie respiratoire (b). Acidose : un excès H+ dans le liquide extracellulaire entraine une entrée de H+ dans le neurone, compensée par une sortie de K+ (antiport K+/H+). La diminution de la concentration en K+ (la concentration en K+ à l’intérieur du neurone est encore plus négative) entraine une hyperpolarisation des neurones. Le PMR devient plus négatif, ce qui amène une hypoexcitabilité, risquant d’entrainer : confusion, désorientation, coma. C) Modifications de la concentration en ions K+ du fait des échanges K+/H+ (acidose : au niveau du rein excrétion d’H+ et réabsorption de K+ ; alcalose : le rein réabsorbe des H+ et excrète des K+). Le déséquilibre potassique crée des troubles de l’excitabilité, cardiaque notamment. En cas d’acidose : (= pH inférieur à 7,38) Les reins utilisent l’ammoniac et le phosphate comme tampons. - Sécrétion de H+ dans la lumière tubulaire qui se combinent ensuite avec les ions phosphates présents dans le filtrat. - L’ammoniac provenant des acides aminés se combine avec des ions H+ sous forme de NH4+, qui est ensuite secrété dans la lumière tubulaire.  La sécrétion de H+ provoque la libération de nouveaux HCO3- qui sont réabsorbés et peuvent agir comme tampons dans le sang et augmenter le pH. CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-  Quantité H2PO4 et NH4+ dans les urines = quantité HCO3- ajoutés au plasma par les reins 131 En cas d’alcalose (= pH supérieur à 7,42) Il se produit le processus inverse avec sécrétion de HCO3- et réabsorption de H+ pour diminuer le pH. Tubule proximal : Il sécrète des H+ et réabsorbe des HCO3-. Les HCO3- filtrent complètement Ils sont réabsorbés, de façon indirecte (pas de transporteur apical à HCO3-). Cela permet de maintenir la capacité tampon du sang. Cette réabsorption dépend de la sécrétion d’ H+ : en cas d’alcalose, il n’y a pas « assez » de H+.  élimination de HCO3-. Réglage de l’équilibre acido-basique au niveau de la partie distale du néphron : 132 On retrouve des cellules intercalaire de type A et de type B. Elles sont caractérisées par les concentrations élevées en anhydrase carbonique (AC) Elles on a un rôle dans l’acidose (A) et l’alcalose (B), avec des transporteurs qui sont localisés différemment aux niveaux des faces apicale et baso-latérale. Ces transporteurs ont une implication dans le rôle de ces cellules dans l’équilibre acido-basique. L’acidose est associée à une hyperkaliémie car la réabsorption de K+ est associée à la sécrétion de H+  augmentation du potassium L’alcalose est associée à une hypokaliémie car la réabsorption de H+ est associée à une sécrétion de K+  diminution du potassium Action des reins : A) En cas d’augmentation de l’acidité (et en cas d’acidose) : Réabsorption de tout l’HCO3- filtré grâce à la sécrétion d’H+ —> Plus d’HCO3-dans le filtrat Et ajout de nouveaux HCO3- dans le plasma : - Grâce à la sécrétion d’H+ tamponnées dans les tubules par HPO4 2- - Grâce à la sécrétion de NH4+ à partir du métabolisme de la glutamine (augmenté en cas d’acidose)  Urine très acide (pH = 4,4) B) En cas de diminution de l’acidité (et en cas d’alcalose) La sécrétion d’H+ est inférieure à la filtration d’HCO3-, La sécrétion d’H+ ne permet pas la « réabsorption » de tout l’HCO3- filtré —> Présence d’HCO3- dans les urines Peu ou d’ HPO4 2- et de NH4+ dans les urines.  Urine alcaline (pH >7,4) L’organisme joue sur cette sécrétion/réabsorption de H+ et HCO3- pour essayer de garder le pH le plus stable possible. Acidose respiratoire vs. Acidose métabolique : Rq. : Acidose —> pH < 7,38 O2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- Si acidose respiratoire : PCO2 > à la normale (>42 mm Hg) et [HCO3 -] > à la normale Comme l’origine est respiratoire, il y a une compensation rénale avec excrétion de H+ et réabsorption de HCO3 -dans le plasma. Causes de l’acidose respiratoire : BPCO, dépression respiratoire, pneumonie, myopathie, … Si acidose métabolique : [HCO3 -] < à la normale (< 22 mmol/L) et PaCO2 inférieur ou = à la normale 133 Comme l’origine est métabolique, il y a une compensation respiratoire par hyperventilation. Causes de l’acidose métabolique : excès de H+ (acidocétose, acidose lactique, intoxication à l’aspirine,) ou diminution de HCO3 - (diarrhée , …). Rq. : valeurs normales pH = 7,38 à 7,42 PaCO2: 38 à 42 mm Hg (ou 5 à 5,6 kPa) Bicarbonates (HCO3 -): 22 à 26 mmol/L 3.2.4. Mécanismes d’action des substances diurétiques  Par osmolarité : mannitol, urée  Inhibition de la réabsorption du Na+  Antagonistes de l’aldostérone  Vasodilatation des artérioles afférentes : caféine  Inhibition de la sécrétion d’ADH : alcool 134 Fonctions du rein – Synthèse 135