PHYSIOLOGIE DE L`EQUILIBRE ET DU DESEQUILIBRE

METABOLISME RENAL
Le rein est un organe complexe chargé de maintenir l’homéostasie de l’organisme en assurant
l’élimination de déchets produits par le métabolisme (urée, ammoniaque, acide urique…), le bon
équilibre de l’eau et des ions (sodium, potassium, chlore…) et le pH plasmatique (bicarbonate,
protons, phosphates…). Il est en outre amené à réguler la synthèse des globules rouges par le biais
d’une hormone peptidique, l’érythropoïetine sécrétée en fonction des besoins en oxygène de
l’organisme. Le rein a pour origine une ébauche mésoblastique paire, métamérisée, située entre les
somites et les lames latérales
1 ANATOMIE
Le rein des vertébrés, et de l’homme en particulier, est formé de plusieurs millions d’unités
fonctionnelles ou néphrons. Chaque néphron comprend :
1.1 GLOMERULE
Le glomérule qui entre en contact direct avec les vaisseaux sanguins chargés de l’ultrafiltration
(les éléments figurés du sang et les grosses protéines ne franchissent pas le filtre).
Chambre glomérulaire
Lame basale
Cellules de Bowman
Cellules myoépithéliales
TCD
Artère afférente
Artère efférente
Le glomérule est tapissé de cellules, appelées cellules de Bowman. Ces cellules sont séparées
des artérioles par une membrane basale. Chaque glomérule rentre en contact avec une artériole
afférente chargée d’amener le sang artériel, et une artériole efférente destinée à collecter le sang filtré.
Chacune de ces artérioles est entourée de cellules myoépithéliales chargées de la vasoconstriction
locale.
1.2 TUBULE
Le tubule est lui-même formé de trois parties, un tube proximal, une anse s’enfonçant dans la
partie médullaire (anse de Henlé) et un tube contourné distal. C’est au niveau du tube que s’opèrent les
processus de réabsorption, d’excrétion et de concentration.
L’anse de Henlé comprend une partie grêle descendante, et une partie plus large qui occupe la
dernière partie de l’anse ascendante.
1
Glomérule
Tube contourné
proximal
Tube contourné
distal
CORTEX
Canal
collecteur
MEDULLAIRE
EXTERNE
Large
Hanse
de
Henlé
MEDULLAIRE
INTERNE
Grêle
Unité glomérulo-tubulaire ou néphron
Chacun de ces trois segments assure une fonction propre, régulée par la pression sanguine, le volume
plasmatique et les hormones (vasopressine, aldostérone, facteur natriurétique…)..
2 - PHYSIOLOGIE
Le rein humain est constitué de 1 à 3 millions de néphrons.
2.1 ECHANGES D’EAU ET DE SODIUM
+ Glomérule
Le glomérule est chargé de l’ultrafiltration plasmatique. (180 l/jour). Son importance est
fonction de la pression capillaire, de la vitesse de traversée du glomérule et de la perméabilité de la
surface filtrante. Les éléments figurés du sang sont retenus derrière la membrane, de même que les
molécules protéiques de poids moléculaire élevé (lipoprotéines, immunoglobuline, alpha 2
macroglobuline…) tandis que les plus petites ( microglobuline, albumine, insuline …sont filtrées et
présentes en quantité plus ou moins grande dans l’urine primitive). Les hormones stéroïdes (sexuelles
entre autres) ou leurs produits de dégradation (hydroxy et céto-stéroïdes) franchissent sans difficulté
cette barrière..
180 l/24 h
Sodium 140 mEq/l
Sodium filtré 25 200 mEq/24 h
+ Tubule
Le tubule est chargé d’assurer la régulation de l’excrétion des électrolytes et de l’eau, des
bicarbonates et des protons.
= Au niveau du tube proximal la réabsorption des électrolytes est
pratiquement iso-osmotique au plasma. Le sodium réabsorbé représente 67% de la quantité filtrée, le
chlore et les bicarbonates sont également réabsorbés, tandis que les protons bénéficient d’un échange
Na/H. Le glucose est également réabsorbé à ce niveau. Dans le tube proximal 60 à 70% du potassium
ultrafiltré est réabsorbé
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Na+ Cl- H+ Na+
Ultra
filtrat
Bicarbonates
Glucose
K
= La branche de Henlé joue un rôle prépondérant dans la
réabsorption du sodium et de l’eau grâce à un système dit « à contre courant ». La réabsorption active
de sodium et de chlore dans sa partie ascendante (distale), provoque une augmentation très importante
de l’osmolarité médullaire responsable d’une sortie passive d’eau. Ce mécanisme est d’autant plus
efficace que la branche s’enfonce profondément dans la médullaire. 10 à 15% du potassium ultrafiltré
est réabsorbé à ce niveau.
Na K
Réabsorption passive
d’eau
Na Cl
H20
Na Cl
H20
Na Cl
Réabsorption active de sodium
Au niveau du segment descendant de l’anse de Henlé il n’existe pas de processus actif de
réabsorption de sodium. Ce segment est perméable à l’eau et aux électrolytes qui diffusent
passivement et maintiennent l’équilibre osmotique avec la médullaire.
= Au niveau du segment large de l’anse de Henlé, 10% du NaCl filtré est
réabsorbé de façon active. Compte tenu d’une relative imperméabilité de cette partie de l’anse pour
l’eau, il est réabsorbé beaucoup plus d’électrolytes que d’eau. Ce phénomène élève le gradient
osmotique de la région médullaire. Ce mécanisme a deux conséquences :
. Il crée un gradient de concentration médullaire, responsable de la
réabsorption passive d’eau dans la branche descendante.
. Il diminue la concentration en sodium dans la partie terminale de
l’anse de Henlé (environ 65 mEq/l).
La réabsorption active de sodium peut être régulée par une hormone, l’aldostérone et le facteur
natriurétique..
.L’aldostérone est une hormone corticosurrénalienne chargée de
maintenir l’équilibre sodé de l’organisme. Elle est sécrétée en cas d’hyperkaliémie ou d’hyponatrémie.
Elle agit au niveau du tube contourné distal en échangeant un potassium (éliminé) contre un sodium
(réabsorbé).
. Le facteur natriurétique, sécrété au niveau du septum
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interauriculaire, agit à la fois sur les vaisseaux sanguins, le glomérule et l’anse de Henlé. Sa sécrétion
provoque une excrétion urinaire de sodium.
= Le tube contourné distal est pratiquement imperméable à l’eau ; le liquide
hypotonique provenant de l’anse de Henlé est soumis à une réabsorption d’eau dépendant de
l’hormone antidiurétique.
. L’hormone antidiurétique est sécrétée par la post hypophyse. Cette
glande est sensible aux variations de l’hydratation de l’organisme. En cas de déshydratation,
l’hormone antidiurétique est sécrétée en quantité suffisante pour diminuer, et même stopper, la
production d’urine.
Débit
ml/min
2
1
oligoanurie
Anurie
Effet de l’hormone diurétique sur la production d’urine
Cette hormone permet de concentrer ou de diluer les urines. Ses possibilités sont
importantes puisque l’osmolarité urinaire peut varier de 50 mEq/l (dilution) à 1200 mEq /l
(concentration.
2.2 AUTRES FONCTIONS METABOLIQUES
+ Glucose
Le glucose est totalement filtré par le glomérule rénal, puis réabsorbé en totalité si sa
concentration plasmatique (ou glomérulaire) ne dépasse pas une certaine concentration. En effet le
tube rénal dispose d’un mécanisme actif de réabsorption saturable. Passé un certain seuil (taux
maximal de réabsorption), une partie du glucose passe dans les urines ;
Le caractère particulièrement osmotique de cette molécule entraîne une polyurie (c’est la manière la
plus habituelle de découvrir un diabète).
+ Protéines
Les plus petites protéines passent la barrière glomérulaire (essentiellement de l’albumine). Le
long du tube il existe des mécanismes actifs chargés de « repomper » ces molécules. Au final il reste
moins de à 0,10 g/l de protéines dans les urines.
+ Phosphates et calcium
Le rein joue un rôle clef dans le métabolisme du calcium et des phosphates par deux
processus :
= Le calcium et le phosphore filtrés au niveau du glomérule sont
réabsorbés en partie par les cellules tubulaires. La réabsorption tubulaire est contrôlée par de multiples
facteurs hormonaux et non hormonaux
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Le calcium (ionisé et complexé) est filtré au niveau glomérulaire, puis réabsorbé à 99% dans
les tubules. La réabsorption du calcium est sous la dépendance de la parathormone ou PTH,
synthétisée par la parathyroïde (toute augmentation de cette hormone augmente la réabsorption du
calcium) et de la vitamine D3 (même effet).
Les phosphates sont filtrés au niveau glomérulaire, puis réabsorbés au niveau du tube
proximal (85% du phosphore filtré est réabsorbé). La parathormone inhibe la réabsorption des
phosphates qui se trouve au contraire activée par l’hormone de croissance et la vitamine D3.
= Le rein participe avec le foie à la synthèse de la vitamine
(Hydroxylation en 1) pour donner après passage hépatique la 1, 25 di-OH vitamine D3, forme la plus
active des vitamines D.
La vitamine D joue un rôle essentiel dans le métabolisme phosphocalcique en favorisant l’absorption
intestinal du calcium et sa fixation sur les os.
+ Acide/base
L’équilibre acido-basique, fonction essentielle de l’épuration rénale, est associé à la respiration
En éliminant du gaz carbonique, les poumons assurent une régulation « rapide » de l’acidose (du fait
d’un état d’équilibre entre le gaz carbonique et l’acide carbonique). L’élimination d’une molécule de
CO2 est équivalente à l’excrétion de protons).
Pour maintenir l’équilibre acido-basique le rein dispose de plusieurs mécanismes :
= La synthèse de bicarbonate
CO2 + H2O
H2CO3
H+ HCO3-
= L’élimination d’acides libres (acide lactique, urique...)
= L’acidification du phosphate disodique ou des ions ammonium couplés à l’échange
tubulaire H+/Na+ ou H+/K+.
Pendant la pratique de l’activité physique ces trois mécanismes sont utilisés, notamment en
ce qui concerne l’élimination d’acide lactique ce qui a pour effet d’acidifier les urines mais aussi de
perdre de l’énergie (une molécule de lactate = 17 ATP).
2.3 PRODUCTION D’URINE
Le débit urinaire est fonction de la pression de filtration glomérulaire (d’autant plus importante
que la pression artérielle est élevée), et des mécanismes de réabsorption du sodium et de l’eau.
La sécrétion d’aldostérone induite par la rénine et
l’angiotensinogène, provoque une réabsorption de sodium et parallèlement d’eau (l’eau suit le
sodium). Pendant l’exercice physique l’hyperaldostéronisme est donc à l’origine d’une diminution
du débit urinaire.
La sécrétion par la post hypophyse d’hormone antidiurétique
provoque une réabsorption massive d’eau (et donc une concentration des urines) au niveau du tube
distal. Cette sécrétion est directement dépendante de l’osmolarité plasmatique.
Le facteur natriurétique, d’origine cardiaque, qui en provoquant une
fuite de sodium dans les urines, active également la diurèse.
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Le débit urinaire au repos est compris entre 1 et 2 ml/min. Ce débit peut varier de façon très
significative en fonction :
De la position, debout ou déclive du sujet
Du repos ou de l’exercice
De son alimentation et de son hydratation
De sa fréquence cardiaque et de sa pression artérielle.
La composition de l’urine dépend donc essentiellement des apports nutritionnels et des
possibilités de pouvoir s’abreuver. Le métabolisme et l’alimentation sont producteurs de métabolites
en excès qui doivent nécessairement faire l’objet d’une excrétion pour éviter l’accumulation
plasmatique très rapidement toxique. L’exercice physique accélère la production de déchets et
nécessite donc pour sa bonne réalisation un rein parfaitement fonctionnel. Dans les différentes parties
du tube ces substances font l’objet d’une concentration rénale obtenue par réabsorption d’eau et
excrétion active. Les trois principales substances présentant une élimination journalière obligatoire
sont : le potassium apporté par l’alimentation, les protons issus du métabolisme et les substances
azotées (urée, ammoniaque) provenant du catabolisme des protéines alimentaires. L’insuffisance
rénale conduit immanquablement à une augmentation de la concentration sanguine de ces métabolites.
Les phénomènes de concentration et d’excrétion des ions amènent généralement les urines à
être hyperosmolaires par rapport au plasma (> 310 mOsm/l).
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