Cours de physiologie rénale Résumé : introduction : les organes du système urinaire sont les reins, les uretères, la vessie et l’urètre. L'eau et les solutés qui restent après les reins ont filtré le sang est retourné la majeure partie de l'eau et des solutés à la circulation sanguine constituent l'urine. Fonctions du rein: vue d'ensemble les reins régulent la composition ionique du sang, son osmolarité, le volume sanguin, la pression artérielle ainsi que le pH du sang. Les reins participent aussi à la néoglucogenèse, libère le calcitriol et l'érythropoïétine et excrètent les déchets et les substances étrangères. Anatomie et histologie des reins. Les reins sont des organes rétro péritonéaux fixés à la paroi abdominale postérieure. Trois couches de tissu enveloppent les reins : la capsule fibreuse, la capsule adipeuse, et le fascia rénal. L'intérieur du Rhin est formé d'un cortex, d'une médullaire, de pyramides, de papilles et de colonnes rénales, de calices et d’un bassinet. Le sang pénètre par l'artère rénale. Il passe, dans l'ordre, par les artères segmentaires, interlobaires, arquées et interlobulaires. Les artérioles glomérulaires efférentes, les capillaires péritubulaires, les artérioles et les veinules droites (aussi appelés collectivement vasa recta), et les veines interlobulaires, arquées, interlobaires, et segmentaire. Enfin il quitte le rein par la veine rénale. Des nerfs vasomoteurs de la partie sympathique du système nerveux autonome innervent les vaisseaux sanguins du rein. Il participe à la régulation du débit sanguin. Le néphron est l'unité fonctionnelle du rein. Il est constitué d'un corpuscule rénal (glomérule et capsule glomérulaire ou de bowman) et d'un tubule rénal. Le tubule rénal comprend le tubule contourné proximal, l’anse du néphron est formée d'une partie descendante et d'une partie ascendante. Le néphron cortical à une anse courte qui ne pénètre pas la région superficielle de la médullaire rénale. : Le néphron juxta médullaire à une anse longue qui s'enfonce dans la médullaire presque à la papille rénale. La paroi de la capsule glomérulaire, du tubule rénal et du tubule collecteur est formée, d'un bout à l'autre d'une seule couche de cellules épithéliales. L'épithélium de chaque partie du tubule possède des caractéristiques histologiques du tubule rénal et du tubule collecteur. L'appareil Juxta glomérulaire est composé de cellules Juxta glomérulaires et de la macula densa de l'extrémité de la partie ascendante de l’anse du néphron. Physiologie rénale : vue d'ensemble Le néphron assure trois fonctions principales : la filtration glomérulaire, la sécrétion tubulaire, et la réabsorption tubulaire. Filtration glomérulaire Le liquide qui pénètre dans la chambre glomérulaire est appelé filtrât glomérulaire. La membrane de filtration endothélio capsulaire est formée de l'endothélium glomérulaire de la membrane basale et défendent filtration des pédicelles des podocytes. La plupart des substances du plasma traversent facilement le filtre glomérulaire. Toutefois les globules sanguins et la plupart des protéines ne passent pas dans le filtre. Le filtre glomérulaire totalise jusqu'à 180 l de liquide par jour. La quantité de fluide filtré est élevée parce que le filtre est mince et pour eux, les capillaires glomérulaires sont longs et la pression sanguine dans les capillaires est élevée. La pression hydrostatique glomérulaire favorise infiltration, alors que la pression hydrostatique capsulaire et la pression oncotique s'y oppose. La pression nette de filtration et d'environ 10 mm de mercure. Le débit de filtration glomérulaire et la quantité de filtra produit dans les deux rats par minute : il est normalement 105 à 125 ml par minute. Le débit de filtration glomérulaire dépend de l'autorégulation rénale, de la régulation nerveuse et de la régulation hormonale. Réabsorption et sécrétion tubulaires. La réabsorption tubulaire est un processus sélectif qui récupère les substances du fluide tubulaire et les retourne à la circulation sanguine. Les substances réabsorbées comprennent l'eau le glucose les acides aminés et des ions tels que le sodium le chlorure le potassium le bicarbonate et le phosphate. Certaines substances dont l'organisme n'a pas besoin sont retirés de la circulation sanguine et rejeté dans l'urine par sécrétion tubulaire. Ce sont entre autres, des ions K+, H+ NH4+, l'urée, la créatinine et certains médicaments. La réabsorption s'effectue par les voies paracellulaire (entre les cellules et les tubules) et transcellulaire (à travers les cellules des tubules). La quantité maximale d'une substance qui peut être réabsorbée par unité de temps s'appelle le transport maximal(Tm). Environ 90 % de la réabsorption d'eau est obligatoire : elle s'effectue par osmose et accompagne la réabsorption des solutés. Les 10 % qui restent constituent la réabsorption facultative de l'eau, qui varie selon les besoins de l'organisme et obéit à la régulation de L’ADH ou hormone anti diurétique. Les ions sodium sont absorbé sur toute l'étendue de la membrane basale latérale par transport actif primaire. Dans le tubule contourné proximal, les ions sodium sont réabsorbés à travers la membrane apicale par les symporteurs sodium/glucose et les anti porteurs sodium/H+ ; l'eau est réabsorbée par osmose, les ions chlorure, potassium, calcium et magnésium ainsi que l'urée sont réabsorbées par diffusion passive ; l'ammoniaque et l'ammonium sont sécrétées. L’anse du néphron réabsorbe de 20 à 30 % des ions sodium et potassium ainsi que calcium et hydrogèno-carbonate, 35 % des ions chlorure et 15 % de l'eau filtrée. Le tubule contourné distale absorbe les ions sodium et chlorure au moyen d'un symport sodium/chlorure. Dans le tubule collecteur, les cellules principales réassort des ions sodium et ses graines des ions potassium. Certaines cellules intercalaires ré-absorbent des ions potassium et hydrogèno- carbonate et sécrète des ions H + alors que d'autres cellules intercalaires sécrètent des ions hydrogèno- carbonate. L'angiotensine II, l'aldostérone, l'hormone antidiurétique et le peptide natriuretique auriculaire régule la réabsorption des solutés et de l'eau. En l'absence d'ADH, les reins produisent de l'urine diluée, les tubules rénaux absorbent plus de soluté que d'eau. En présence d'ADH, les reins produisent de l'urine concentrée, de grandes quantités d'eau sont réabsorbées du fluide tubulaire et passe dans le liquide interstitiel, ce qui augmente la concentration des solutés dans l'urine. Le mécanisme à contre-courant établit un gradient osmotique dans le liquide interstitiel de la médullaire rénale, qui permet la production d'urine concentrée lorsque l'ADH est présente. Évaluation de la fonction rénale l'examen des urines est une analyse du volume des propriétés chimiques, physiques et microscopiques d'un échantillon d'urine. Sur le plan chimique l'urine normale contient 95 % d’eau et 5 % de soluté. Parmi les solutés normalement présents se trouve l’urée, la créatinine, l'acide urique, l’urobilinogène et divers ions. Des constituants anormaux qu'un examen des urines peut révéler, dont l'albumine, le glucose, les globules rouges et blancs, les corps cétoniques, la bilirubine, l’urobilinogène en quantité excessive, les cylindres urinaires et les microbes. La clairance rénale est la capacité des reins à retirer une substance donnée du sang par unité de temps. Transport, entreposage et élimination de l'urine. Les uretères sont rétro péritonéaux et sont constitués d'une muqueuse, d'une musculeuse et d'une adventice. Il transporte l'urine du bassinet à la vessie principalement par péristaltisme. La vessie est située dans la cavité pelvienne derrière la symphyse pubienne ; sa fonction est d’entreposer l'urine entre les mictions. La vessie est composée d'une muqueuse avec des replis muqueux, d'une musculeuse (muscle vésical) et d'une adventice (céreuse sur la face supérieure). Le réflexe de la miction évacue l'urine de la vessie par suite d'influx parasympathiques qui causent la contraction du muscle vésical et le relâchement du sphincter lisse de l'urètre et par suite de l'inhibition des influx dans les neurones moteurs somatiques qui innervent le muscle sphincter de l'urètre. Murray est un conduit qui commence dans le plancher de la vessie jusqu'à l'extérieur du corps. Son anatomie et son histologie sont différents chez l'homme et la femme. Chez les deux sexes l'urètre sert à l'évacuation de l'urine du corps ; si la mission également à l'émission du sperme. Traitement des déchets ailleurs dans l'organisme Outre les reins, plusieurs tissus, organes et processus contribue au confinement temporaire des déchets, à leur transport en vue de l'évacuation, au recyclage des matériaux et à l'expression des substances excédentaires toxiques. Les tampons lient les ions H+ excédentaire, le sang transporte les déchets, le foie convertit les substances toxiques en substance moins toxiques, les poumons dégagent du CO2, les glandes sudoripares contribuées à dissiper la chaleur et le tube digestif élimine les déchets solides. Cours introduction : Le rein joue un rôle capital dans la régulation de la pression artérielle et dans l’homéostasie ; il participe à l'élimination des substances (urée) et toxines. Les maladies rénales et du tractus urinaire sont dues aux désordres hydroélectrolytiques comme la rétention de sels, l'augmentation du volume plasmatique, l'œdème, l'insuffisance cardiaque, l'acidose et hyperkaliémie. Anatomie du rein. Les reins ont une forme de haricot, d'environ 12 cm de haut. La face interne est convexe. Il y a le hile dans le creux du rein qui permet la circulation sanguine. Les reins sont situés dans la zone lombaire. Le rein droit est situé plus bas que le gauche. Les reins sont entourés d'une capsule qui lui donne un aspect lisse. Il y a au-dessus du rein un tissu graisseux ;le fascia rénal ,et la graisse para rénale. Le Fascia rénal permet la fixation dans l’abdomène. Sur une coupe du rein on observe plusieurs structures. Le cortex se prolonge dans les pyramides médullaires. La médullaire est striée et chaque pyramide se dirige vers le hile. il y a huit lobes rénaux. Chaque pyramide rénale va dans une papille puis un calice mineur puis un calice majeur, dans le bassinet pour enfin finir dans l'uretère. Une onde péristaltique est possible pour permettre le passage de l'urine dans la vessie. Vascularisation : le rein ne représente que 0,5 % du poids du corps mais 1200 ml de sang y passe par minute. Les artères interlobaires cheminent jusqu'à la base de la pyramide pour donner des artères arquées. Le sang ressort par les veinules en suivant le chemin inverse. Innervation sympathique les néphrons chaque rein en contient 1 million. C'est un tube recouvert d'épithélium monocouche à l'intérieur. Il est divisé en plusieurs parties. Les globules se prolongent par un tube ; et sont situés dans le cortex du rein. Il y a un réseau vasculaire dans chacune. L'endothélium repose sur une membrane basale. Les podocytes reposent sur la membrane basale. Les porzs se situent entre deux pédicelles. L'albumine ne passe pas dans l'urine. Le tubule contourné proximal. Les bronches ascendantes et descendantes forment le tube de henle. Chaque segment du tubule à une fonction propre. La anse de Henle à un épithélium plat. Les cellules du tubule contourné contiennent une bordure en brosse. La médullaire est essentiellement constituée de tubes. L'artère glomérulaire afférente à une pression de 60 mm de mercure. Cette pression diminue un peu dans les capillaires. Les capillaires et tubulaires rejoignent le système cave. Les capillaires Vasa recta suivent la anse de henle. Les capillaires offrent peu résistance, il n'y a pas de changements de pression. La pression élevée est un moteur de la filtration. Le filtrat glomérulaire atteint 180 l par jour. Tous les globules sont dans le cortex (85 %). L’appareil juxtaglomérulaire est à la jonction des glomérules et de l'épithélium. Il y a une différenciation des cellules qui donnent la macula densa. Les processus de base de la physiologie rénale. La filtration glomérulaire. Au cours de la première étape de la production de l'urine une partie de l'eau et la plupart des solutés plasma quittent la circulation sanguine en traversant la paroi des capillaires glomérulaires et passe dans la capsule glomérulaire, qui se jette dans le tubule rénal. La réabsorption tubulaire. Lorsque le filtrat s'écoule dans le tubule rénal et le tubule rénal collecteur, environ 99 % de l'eau et un grand nombre de solutés utiles sont réabsorbés par les cellules des tubules et regagne le sang qui circule dans les capillaires péritubulaires et les artérioles ainsi que veinules droites. Notez que le terme réabsorption désigne le retour de substances à la circulation sanguine, alors que le terme absorption désigne l'entrée de nouvelles substances dans l'organisme comme cela se produit dans le tube digestif. La sécrétion tubulaire. Au fur et à mesure que le liquide passe dans le tubule rénal et le tubule rénal collecteur, les cellules de ces conduits y sécrètent des substances additionnelles telles des déchets, des médicaments et des ions excédentaires. Notez que la sécrétion tubulaire retire des éléments du sang, dans les autres cas de sécrétion, comme la sécrétion d'hormones ; les cellules libèrent une substance dans le liquide interstitiel et le sang. Les solutés du liquide qui se déversent dans le bassinet restent dans l'urine et sont excrétés. Le taux d’excrètion urinaire d'un soluté est égal à son taux de filtration glomérulaire + son taux de sécrétion – son taux de réabsorption. La filtration glomérulaire. Le liquide qui pénètre dans la chambre glomérulaire est appelé filtrat glomérulaire. La fraction du plasma qui quitte les artérioles glomérulaires afférentes des reins pour former le filtrat glomérulaire est la fraction filtrée. En général la fraction filtrée est de 16 à 20 %, mais cette valeur varie considérablement, chez les individus sains comme chez les malades. En moyenne, le volume quotidien de filtrat glomérulaire est de 150 à 180 l. Toutefois plus de 99 % du filtrat glomérulaire retourne à la circulation sanguine par réabsorption tubulaire si bien que le rein n'excréte quotidiennement qu'1 à 2 l d'urine par jour. La membrane de filtration. Elle est constituée de l’ensemble les cellules endothéliales des capillaires glomérulaires et des podocytes qui entourent complètement les capillaires, forment une barrière poreuse appelée membrane de filtration, ou membrane endothélio-capillaire. Cette disposition en forme de sandwiches permet le passage de l'eau et des petits solutés mais retient la plupart des protéines plasmatiques de même que les érythrocytes, les leucocytes et les plaquettes. Les substances extraites du sang par filtration traversent trois barrières : – une cellule endothéliale glomérulaire – la membrane basale – une fente de filtration formée par un podocyte. Les cellules endothéliales des capillaires glomérulaires sont assez poreuse (grand pores) qui mesurent de 0,07 à 0,1 µm de diamètre. La taille de ces ouvertures permet à tous les solutés du plasma sanguin de quitter les capillaires glomérulaires mais s'oppose au passage des érythrocytes, des leucocytes et des plaquettes. Parmi les capillaires glomérulaires et dans le sillon entre les artérioles glomérulaires afférentes et efférentes se trouvent des cellules mésangiales. Ce sont des cellules contractiles qui participent à la régulation de la filtration glomérulaire. La membrane basale qui est une couche de matière acellulaire, située entre l'endothélium et les podocytes, est constituée de minuscules fibres de collagène et de protéoglycanes enchâssées dans une matrice de glycoprotéines elle s'oppose au passage des grosses protéines plasmatiques tel que l'albumine. Le pourtour de chaque podocyte présente des milliers de prolongements en forme de pied appelés pédicelles qui s'enroulent autour des capillaires médullaire. Les espaces entre les pédicelles sont les fentes de filtration. Une membrane mince, le diaphragme recouvre chaque fente de filtration ; elle permet le passage de molécules dont le diamètre et de moins de 6 à 7 nm dont l'eau, le glucose, les vitamines, les acides aminés les plus petites protéines plasmatiques, l'ammoniac, l’urée et les ions. Seul 1 % de l'albumine traverse cette membrane. En effet son diamètre et de 7,1 nm. Le principe de filtration : l'utilisation de la pression pour forcer les liquides et les solutés à traverser une membrane et le même dans les capillaires glomérulaires que dans les autres capillaires de l'organisme. Cependant, le volume de liquide filtré par le corpuscule rénal est beaucoup plus grand que celui qui traverse les autres capillaires, et ce, pour trois bonnes raisons : – les capillaires glomérulaires sont longs – le filtre est mince et poreux. – La pression sanguine dans les capillaires est élevée les capillaires glomérulaires sont longs et nombreux : Ils présente donc une grande surface. La proportion de ces surfaces disponibles pour la filtration dépend des cellules mésangiales. Quand ces cellules contractiles sont relâchées, la superficie est maximale et la filtration glomérulaire est très élevée ; quand elle se contracte : la superficie disponible diminue et la filtration glomérulaire diminue. La membrane de filtration est mince et poreuse bien qu'elle soit constituée de trois couches, son épaisseur n'excède pas 0,1 µm. De plus, les capillaires glomérulaires sont environ 50 fois plus perméables que les capillaires des autres tissus ; surtout en raison de leur grande fenestration. La pression sanguine dans les capillaires glomérulaires est élevée. Le diamètre de l'artériole glomérulaire efférente est inférieur à celui de l'artériole glomérulaire afférente. La résistance à l'écoulement du sang dans le glomérule est élevée. La pression sanguine dans les capillaires glomérulaires est donc plus élevée (considérablement) que dans tous les autres tissus etcapillaires de l'organisme. – – – La PNF ou pression nette de filtration la filtration glomérulaire est tributaire de trois grandes pressions : la pression hydrostatique glomérulaire(PHg) la pression hydrostatique capsulaire(PHc) la pression colloïdo-osmotique glomérulaire (PCOg) l'une favorise la filtration et les deux autres s'y opposent. La pression hydrostatique glomérulaire c'est la pression du sang artériel qui s'exerce contre la paroi des capillaires glomérulaires. Sa valeur est généralement d'environ 55 mm de mercure. Elle favorise la filtration en forçant les solutés du plasma sanguin à traverser la membrane de filtration. La pression hydrostatique capsulaire c'est la pression hydrostatique exercée contre la membrane de filtration par le liquide qui se trouve dans la chambre glomérulaire et le tubule rénale. Elle s'oppose à la filtration et représente une « force de reflux » d'environ 15 mm de mercure. La pression colloïdo-osmotique glomérulaire c'est la pression engendrée par les protéines à propriété osmotique présente dans le plasma, telle l'albumine, les globulines et le fibrinogène. Ces protéines plasmatiques « retiennent » en quelque sorte l'eau dans le sang et s'opposent donc à la filtration. Elle représente une force environ égale à 30 mm de mercure dans les capillaires glomérulaires. La pression nette de filtration vaut donc environ 10 mm de mercure. Le débit de filtration glomérulaire la quantité de filtrat produit dans tous les corpuscules rénaux des deux reins est appelée débit de filtration glomérulaire. Chez l'adulte elle est en moyenne de 125 ml par minute chez l'homme de 105 ml par minute chez la femme. L'équilibre des liquides organiques exige que les reins maintiennent à un débit de filtration glomérulaire relativement stable. S'il est trop élevé ; les substances essentielles risquent de passer tellement vite dans le tubule rénal qu'elles ne seront pas complètement réabsorbées : elles seraient alors éliminées dans l'urine. Si le DFG est trop faible presque tout le substrat peut-être réabsorbé et une partie des déchets ne sera excrétée adéquatement. Le DFG dépend directement des pressions qui composent la pression nette de filtration : toute variation de cette dernière influe sur le débit de filtration glomérulaire. Par exemple ; une hémorragie importante réduit la pression artérielle moyenne et diminue la pression hydrostatique glomérulaire. L'infiltration cesse si cette dernière si cette dernière chute à 45 mm de mercure : 15 mm Hg+ PCOg(30mm Hg). Quand la pression artérielle systémique s'élève au-dessus de la filtration normale, la pression nette de filtration et le débit de filtration glomérulaire augmentent très peu. Le débit de filtration glomérulaire est presque constant lorsque la pression artérielle moyenne prend n'importe quelle valeur entre 80 et 180 millimètres de mercure. La stabilité de ce débit est rendue possible grâce à des mécanismes de régulation du débit de filtration glomérulaire ; ces mécanismes fonctionnent principalement de deux façons : – en réglant le débit sanguin à l'entrée et à la sortie du glomérule. – En modifiant la surface de contact des capillaires glomérulaires. La régulation du débit sanguin s'effectue par une action coordonnée, qui ajuste le diamètre à la fois des artérioles glomérulaires afférentes et efférentes. Par exemple la constriction de l'artériole glomérulaire afférente réduit le débit sanguin dans le glomérule, alors que sa dilatation l'augmente. Trois mécanismes régissent le débit de filtration glomérulaire : l'autorégulation rénale, la régulation nerveuse et la régulation hormonale. L'autorégulation rénale du débit de filtration glomérulaire. Les reins eux-mêmes contribuent à maintenir le débit sanguin rénal et le débit de filtration glomérulaire un niveau constant, malgré les fluctuations quotidiennes normales de la pression artérielle, comme celles qui surviennent durant l'exercice. Qualifiée d'autorégulation rénale, cette fonction comprend deux mécanismes : le mécanisme myogène et la rétroaction tubuloglomérulaire. Ensemble ces deux mécanismes maintiennent le débit de filtration glomérulaire presque constant, et ce sur un long intervalle de pression artérielle systémique. – Le mécanisme myogène : il entre en jeu quand un étirement provoque la contraction de myocytes lisses dans la paroi des artérioles glomérulaires afférentes. Lorsque la pression matériel s'élève, le débit de filtration glomérulaire augmente parce que le débit sanguin rénal s’accroit aussi. Par contre l'élévation de la pression artérielle, étire les parois des artérioles glomérulaires afférentes. En réaction les myocytes lisses présent dans les parois des artérioles afférentes se contracte ; ce qui rétrécit la lumière des artérioles. Il s'ensuit une diminution du débit sanguin rénal, ce qui ramène le débit de filtration glomérulaire à son niveau initial. À l'inverse, quand la pression artérielle baisse, les mieux si son bras étirés et se relâchent. Les artérioles afférentes se dilatent, le débit sanguin rénal augmente et le débit de filtration glomérulaire en fait autant. Le mécanisme myogène ramène le débit sanguin rénal et le DFG à leur niveau normal dans les secondes qui suivent une variation de la pression artérielle. La rétroaction tubulo-glomérulaire c'est le deuxième mécanisme contribuant à l'autorégulation rénale. Elle est ainsi appelée car c'est une partie du tubule rénal ; la macula densa exerce une rétroaction sur le glomérule. Nous avons souligné plus haut que le dernier segment de la partie ascendante de l’anse est en contact avec l'artériole glomérulaire afférente qui dessert du corpuscule rénal du même néphron que les cellules composant le tubule dans cette région sont appelés macula densa. Le long de la macula densa ; la paroi de l'artériole glomérulaire afférente (et parfois celle de l'artériole glomérulaire éclairante) contient les cellules juxtaglomérulaire (AJG) qui participe à la régulation de la pression artérielle dans les reins. Si la pression artérielle chute, de sorte que le débit de filtration glomérulaire soit inférieur à la normale, c’est la réaction inverse qui se produit, bien qu’à un moindre degré. La rétroaction tubulo-glomérulaire agit plus lentement que le mécanisme myogènique. La régulation nerveuse du débit de filtration glomérulaire. – – Comme la plupart des vaisseaux sanguins du corps, ceux des reins sont innervés par des axones de la partie sympathique du système nerveux autonome qui libère de la noradrénaline. Celle-ci cause la vasoconstriction en activant les récepteurs alpha 1, qui sont particulièrement abondants dans les myocytes fixes des artérioles glomérulaires afférentes. Au repos, la stimulation sympathique est relativement faible, les artérioles afférentes et efférentes sont dilatées et le débit de filtration glomérulaire et régie surtout par l’autorégulation rénale. Lorsqu’elles sont soumises à une stimulation sympathique modérée, les artérioles glomérulaires afférentes et efférentes entrent en vasoconstriction avec la même intensité. De ce fait le débit sanguin à l’entrée et à la sortie du glomérule est restreint dans la même mesure et le débit de filtration glomérulaire diminue très peu . toutefois si la stimulation sympathique s’intensifie comme c’est le cas durant un exercice ou une hémorragie, la vasoconstriction des artérioles afférentes est plus marquée. Il en résulte une importante diminution du débit sanguin dans les capillaires glomérulaires et une chute du débit de filtration glomérulaire. Cette réduction du débit sanguin rénal à deux conséquences : elle réduit la production d’urine ce qui contribue à conserver le volume sanguin, elle permet d’augmenter le débit sanguin dans les autres tissus du corps. La stimulation sympathique provoque aussi la libération de la rénine par les cellules juxtaglomérulaires ; cette hormone accélère la production d’angiotensine II. La régulation hormonale du débit de filtration glomérulaire. Deux hormones participent à la régulation du DFG : l’angiotensineII qui le diminue, et le facteur natriurétique auriculaire qui l’ augmente. L’angiotensine II est un vasoconstricteur très puissant qui agit à la fois sur les artérioles glomérulaires afférentes et efférentes. Il réduit ainsi le débit sanguin rénal et le débit de filtration glomérulaire. Le facteur natriuretic auriculaire est sécrétée par des cellules qui se trouvent dans les oreillettes du cœur. L’étirement de la paroi à la suite d’une augmentation du volume sanguin, par exemple, stimule la sécrétion du facteur natriurétique auriculaire. Sous l’action de cette hormone, les cellules mésangiales, glomérulaires se relâchent, ce qui augmente la superficie des capillaires disponibles pour la filtration et, du fait même accroît le débit de filtration glomérulaire. La réabsorption et la sécrétion tubulaires. Les principes de la réabsorption et de la sécrétion tubulaire. Le débit de filtration glomérulaire normale et si élevée que le volume de liquide qui entre dans les tubules contournés proximaux en une demi-heure est supérieur au volume total du plasma. Une partie de ce liquide doit retourner dans la circulation sanguine d’une façon ou d’une autre. La réabsorption tubulaire est le retour à la circulation sanguine de la majeure partie de l’eau filtrée et de nombreux solutés ; cela constitue la deuxième fonction fondamentale du néphron et du tubulé rénal collecteur. La réabsorption est surtout réalisée par des cellules épithéliales du tubule contourné proximal, mais aussi dans une moindre mesure, par les cellules épithéliales sur toute la longueur du tube rénal et du tubulaire rénal collecteur. Les solutés réabsorbés tant par des mécanismes actifs que par des mécanismes passifs comprennent le glucose, les acides aminés,l’urée, et des ions comme le sodium, le potassium, le calcium, le chlorure, bicarbonate et le phosphate. Après le passage du liquide dans le tubule contourné proximal, les cellules situées en aval ajustent avec précision le processus de réabsorption de façon à maintenir l’équilibre homéostatique de l’eau et de certains ions. La plupart des petites protéines et des peptides qui traversent les filtres sont également réabsorbés, en général par les pinocytes. Pour apprécier toute l’ampleur de la réabsorption tubulaire, il faut comparer les quantités de substances qui sont filtrées, réabsorbées et excrétées dans l’urine. La troisième fonction des néphrons et des tubules collecteurs et la sécrétion tubulaire ; c’est-à-dire le transfert dans le fluide tubulaire de substances présentes dans le sang et les cellules des tubules. Les substances sécrétées sont, entre autres, les ions hydrogène, potassium, ammonium, la créatinine et certains médicaments ; dans la pénicilline. – – La sécrétion tubulaire remplit deux fonctions importantes : la sécrétion des ions hydrogène pour équilibrer le pH sanguin la sécrétion des autres substances est un moyen de les éliminer de l’organisme. Les voies de réabsorption. Une substance qui quitte le liquide dans la lumière d’un tubule peut-être réabsorbé dans un capillaire péri tubulaire par deux voies : elle peut passer soit entre des cellules tubulaires adjacentes soit à travers une cellule du tubule. Dans le tubulé rénal, les cellules sont retenues les unes aux autres par des jonctions serrées qui les ceinturent. La membrane apicale est en contact avec le fluide tubulaire, et la membrane basolatérale baigne dans qui se trouve sur les côtés et le fond de la cellule. Les jonctions serrées n’isolent pas complètement le liquide interstitielle du liquide de la lumière des tubules. En effet, une certaine quantité de liquide passe entre les cellules par processus passif appelé réabsorption para cellulaire. Dans certaines parties du tubule rénale, on croit que la voie para cellulaire assurerait la réabsorption de prés de 50 % de certains ions et de l’eau qu’ils entraîneraient par osmose. Si dans le cas de la réabsorption trans cellulaire, une substance qui se trouve dans le fluide de la lumière tubulaire doit franchir la membrane apicale et de la cellule du tubule, traverser le cytosol et passer à travers la membrane basolatérale pour enfin atteindre le liquide interstitiel. Les mécanismes de transport. Le déplacement d’une substance donnée à travers les cellules rénales se fait de manière spécifique dans une seule direction, soit hors du fluide tubulaire, soit vers ce dernier. Il n’est donc pas étonnant que les membranes apicales et basolatérales possèdent des protéines de transport différentes. Par ailleurs, les jonctions serrées forment une barrière qui prévient le mélange des protéines dans les compartiments des deux membranes. La réabsorption du sodium par les tubules rénaux est particulièrement importante car les filtres glomérulaires laissent passer un grand nombre d’ions sodium. Comme les autres cellules de l’organisme, les cellules tapissant les tubules rénaux ont une faible concentration de sodium dans leur cytoplasme en raison de l’activité des pompes à sodium/potassium (Na+/K+ ATPase). Ces dernières sont situées dans la membrane basolatérale et elles évacuent le sodium des cellules des tubules rénaux vers le liquide interstitiel. À cause de l’absence de pompes à sodium/potassium dans la membrane apicale le déplacement de sodium s’effectue nécessairement à sens unique. La plupart des ions sodium qui traversent la membrane apicale sont donc rejetés par les pompes dans le liquide interstitiel à l’adresse est sur le côté des cellules. La quantité d’ATP utilisés par les pampas sodium/potassium dans les tubules rénaux correspond à près de 6 % de la consommation totale d’ATP au repos. (à titre indicatif : ce pourcentage représente la même quantité d’énergie que le diaphragme utilise en se contractant lors de la respiration calme.) Le transport des substances à travers une membrane peut être soit actif, soit passif. Rappelons que dans le transport actif primaire, l’énergie produite par l’hydrolyse de l’ATP actionne une pompe qui déplace une substance à travers la membrane. La pompe sodium/potassium constitue un exemple de transport actif primaire. Dans le transport actif secondaire, l’énergie emmagasinée dans le gradient électrochimique d’un ion, plutôt que l’hydrolyse de l’ATP qui propulse une substance à travers une membrane. Le transport actif secondaire couple le déplacement d’un ion qui « descend » suivant son gradient électrochimique à celui d’une autre substance qui monte, elle, à contre-courant de son gradient électrochimique. Les symporteurs sont des protéines membranaires qui déplacent deux ou plusieurs substances dans un même sens à travers la membrane alors que les anti porteurs des places de plusieurs substances dans des sens opposés à travers une membrane. La vitesse à laquelle chaque type de transporteur d’accomplir cette tâche est limité : cette limite s’appelle le transport maximal(Tm) et se mesure en milligrammes par minute. La réabsorption des solutés est à l’origine de la réabsorption de l’eau parce qu’elle ne regagne pas la circulation sanguine par osmose. Environ 90 % de la réabsorption de l’eau filtrée par les reins s’effectuent en même temps que la réabsorption des solutés tels que les ions sodium et chlorure et les molécules du glucose. Ce phénomène est la réabsorption obligatoire de l’eau parce que celle-ci est forcée de suivre les solutés qui retournent à la circulation sanguine. Ce type de réabsorption de l’eau a lieu dans le tubulé contourné proximal et la partie descendante de l’anse de Henle parce que ces segments du néphron sont toujours perméables à l’eau. La réabsorption des 10 à 20 % d’eau qui reste soit de 10 à 20 l au total par jour s’appelle réabsorption facultative de l’eau le mot facultatif signifiant : « capable de s’adapter à un besoin ». Cette réabsorption s’effectue surtout dans le tubule rénal collecteur et elle est régie par l’hormone antidiurétique. La réabsorption et la sécrétion dans le tubule contourné proximal. La réabsorption de la majeure partie des solutés et de l’eau à partir du filtrat a lieu dans les tubules contournés proximaux et la plupart des processus d’absorption font appel au sodium. Cet ion est transporté dans le tubule contourné proximal par des mécanismes de symport et d’antiport. Normalement le glucose, les acides aminés, l’acide lactique, les vitamines hydrosolubles et les autres nutriments filtrés ne sont pas éliminés dans l’urine. En fait ils sont complètement réabsorbés dans la première moitié du tubule contourné proximale par divers types de symporteurs de sodium situé dans la membrane apicale. Deux ions sodium et une molécule de glucose se fixent à la protéine du symporteur qui les fait passer du puits de tubulaire dans la cellule du tubule. Les molécules de glucose quittent ensuite la membrane basolatérale par diffusion facilitée et gagne un capillaire péritubulaire par diffusion simple. D’autres symporteurs Au sodium dans le tubulé contourné proximal récupère les ions phosphate et sulfate filtré, tous les acides aminés et l’acide lactique de façon similaire. Au cours d’un autre processus de transport actif secondaire, les anti porteurs Na+/H+ font entrer des ions sodium filtré dans une cellule du tubule contourné proximal en leur permettant de suivre leur gradient de concentration, précisément au moment où les ions H+ sont sécrétées dans le fluide tubulaire. Les cellules du tubule contourné proximal produisent continuellement les ions hydrogène nécessaires au fonctionnement des anti porteurs de la façon suivante : du dioxyde de carbone diffuse du sang et tubulaire ou du fluide, ou bien il est produit au sein des cellules par des réactions métaboliques. Comme dans le cas des érythrocytes, l’enzyme anhydrase carbonique catalyse l'association du dioxyde de carbone avec l'eau pour former de l'acide carbonique se dissociant par la suite en hydrogènocarbonate + H+. Ce même mécanisme assure la réabsorption de 80 à 90 % des ions bicarbonate filtrés tout en permettant de constituer des réserves d'un tampon important dans l'organisme. Après avoir été sécrété dans le fluide de la lumière du tubule contourné proximal, les ions H+ se combinent avec les ions hydrogènocarbonates du filtrat. Cette réaction catalysée par l’anhydrase carbonique présente dans la bordure en brosse , produit du H2CO3 qui se dissocie rapidement en eau et CO2. Le CO2 pénètre alors par diffusion dans les cellules du tubule et se lie à l’eau pour former de l’acide carbonique qui se dissocie en hydrogènocarbonate et en H+. Quand leur concentration s’éléve dans le cytosol les ions HCO3- se lient à un transporteur de la membrane basolatèrale qui leur permet de quitter la cellule par diffusion facilitée. Ils passent dans le sang par diffusion, en compagnie d’ions Na+. C’est ainsi que pour chaque ion H+ sécrété dans le fluide tubulaire du tubule contourné proximal, un ion HCO3- et un ion Na + sont réabsorbés dans le sang du capillaire péritubulaire. En plus d’assurer la réabsorption des ions Na+ et les antiporteurs Na+/H+ favorise l’osmose et la réabsorption passive d’autres solutés. Ils permettent normalement de réabsorber 100% de la plupart des solutés organiques dans le filtrat, dont le glucose et les acides aminés, de 80 à 90% des HCO3-, de65% de l’eau et des ions Na+/K+, de 50% des ions Cl- et d’une quantité variable d’ions calcium, magnésium et phosphate. Au fur et à mesure que l’eau quitte le fluide tubulaire, la concentration des solutés qui restent dans le filtrat augmente. Dans la deuxième moîtié du tubule contourné proximal, l’urée et les ions Cl-, K+,Ca2+ et Mg2+ sont poussés par leur gradient électrochimique à passer par diffusion passive dans les capillaires péritubulaires, tant par la voie para que trans cellulaire. Le Cl- est l’ion dont la concentration est la plus élevée. La diffusion par la voie para cellulaire confère au liquide interstitiel une charge électrique négative par rapport aux fluides tubulaires, ce qui favorise la réabsorption par la cellulaire passive des cations filtrer et en particulier le potassium, le calcium et le magnésium. La réabsorption de chaque soluté fait augmenter l'osmolarité, d'abord au sein de la cellule tubulaire, puis dans le liquide interstitiel et, finalement dans le sang. Loup se déplace donc rapidement à la fois par voie para cellulaire et par voie trans cellulaire depuis le fluide tubulaire jusqu'aux capillaires péri tubulaires, ce qui rétablit l'équilibre osmotique. Autrement dit la réabsorption des solutés crée un gradient osmotique qui permet la réabsorption de l’eau par osmose. Les cellules de la paroi du tube de contourner proximale et de la partie descendante de l’anse du néphron sont très perméables à l'eau par ce qu'elle renferme de nombreuses molécules d’aquaporine I. Cette protéine constitue un canal pour l'eau, qui accélère beaucoup l'écoulement de l'eau à travers les membranes apicales et basolatérales. L'ammoniac est un déchet toxique provenant de la désamination (perte d'un groupement amine) de divers acides aminés. Cette réaction se produit surtout dans les hépatocytes qui convertissent une grande partie de l'ammoniac en urée, un composé moins toxique. Une très petite partie de ces déchets azotés sont éliminés par la sueur, l'urine constituant la majeure excrétion. L'urée et l'ammoniaque contenue dans le sens passe dans le filtrat glomérulaire et sont sécrétées dans le fluide tubulaire par des cellules du tubule contourné proximal. Les cellules du tubule contourné proximal produisent elles-mêmes de l'ammoniaque par désamination de la glutamine, au cours d'une réaction qui produit aussi du HCO3-. Les molécules d'ammoniac se lient rapidement à des ions H+ pour former de l'ammonium qui peut prendre la place des ions dans les antiporteurs Na+/H+ de la membrane apicale et passer ainsi dans le fluide tubulaire. Les HCO3- formés au cours de la réaction traversent la membrane basolatèrale et gagne la circulation sanguine par diffusion ce qui fait augmenter la quantité de tampon dans le plasma. La réabsorption dans l'anse du néphron. L'ensemble des tubules contournés proximaux réabsorbent aux 65 % de l'eau filtrée (80 ml par minute) alors que l'anse du néphron réabsorbe 40 ml par minute. La composition chimique est différente du filtre glomérulaire car le glucose et les nutriments sont absents. L'osmolarité est proche de celle du sang : la réabsorption de l'eau suit la réabsorption des solutés dans le tubule contourné proximal. L’anse du néphron réabsorbe de 20 à 30 % des ions sodium, potassium et calcium, de 10 à 20 % des HCO3-, 35 % des ions chlorure et 15 % de l'eau dans le filtrat. La réabsorption de l'eau par osmose n'est pas automatiquement couplée à la réabsorption des solutés filtrés, car la partie ascendante de l’anse du néphron est relativement imperméable à l'eau : l’anse du néphron rend possible une régulation indépendante du volume et de l'osmolarité des liquides organiques. La membrane apicale des cellules du segment large de la partie ascendante de l’anse du néphron contient des symporteurs Na+/K+/2Cl-qui récupère simultanément un ion sodium, anions potassium et deux ions chlorure du fluide dans la lumière du tubule. Les ions sodium passent ensuite par transport actif dans le liquide interstitiel à la base et sur les côtés des cellules et gagnent les artérioles et les veinules de droite (vasa recta) par diffusion passive. Les ions chlorures franchissent la membrane basolatérale en empruntant des canaux de fuite. Comme la membrane apicale encombrée grand nombre de ces canaux de fuite en potassium, la plupart des ions potassium transportés dans les cellules par les symporteurs retournent dans le fluide tubulaire en suivant leur gradient de concentration. Par conséquent, le principal effet des symporteurs à Na+/K+/2Cl-et d'assurer la réabsorption des ions sodium et chlorure. Le retour aux fluides tubulaires par les canaux de fuite par la membrane apicale des ions potassium (portant une charge positive) confère au liquide interstitiel et au sang une charge nette négative par rapport aux fluides dans la partie ascendante de l'anse du néphron. Cette charge négative favorise la réabsorption des cations magnésium, calcium, potassium et sodium par voie para cellulaire. Bien que 15 % environ de l'eau filtrée soient réabsorbés dans la partie descendante de l’anse du néphron, il n'y a pas de réabsorption d’eau ou très peu, dans la partie ascendante parce que la membrane apicale des cellules de cette région est quasiment imperméable à l'eau. Comme les ions sont réabsorbés mais pas les molécules d'eau, l'osmolarité du fluide tubulaire décroît au fur et à mesure de sa progression dans la partie ascendante. La réabsorption dans le tubule contourné distal. Le fluide pénètre dans le tubule contourné distal à une vitesse d'environ 25 ml par minute parce que 80 % de l'eau filtrée par minute a été réabsorbée. Au fur et à mesure que le liquide s'écoule dans le tubule contourné distal, la réabsorption de sodium et de chlorure se poursuit grâce aux symporteurs Na+/Cl- situés dans la membrane apicale des cellules. Les pompes à sodium/potassium et les canaux de fuite au chlore dans la membrane basolatérale permettent alors la réabsorption de sodium et de chlorure par les capillaires péritubulaires. Le tubulé contourné distal est également la principale cible de la parathormone qui stimule la réabsorption des ions calcium. Dans l'ensemble les cellules du tubule contourné distale réabsorbent de 10 à 15 % de l'eau filtrée. La réabsorption et la sécrétion dans le tubule rénal collecteur Quand le fluide arrive à l'extrémité du tubule contourné distal, 90 à 95 % des solutés filtrés et de l'eau sont déjà revenus dans la circulation sanguine. Rappelons qu'il y a deux types de cellules : les cellules principales et les cellules intercalaires, à l'extrémité du tubule contourné distal et sur toute la longueur du tubule rénal collecteur. Les cellules principales réabsorbent des ions sodium et sécrètent des ions potassium, alors que les cellules intercalaires réabsorbent ions potassium et hydrogènocarbonates et sécrètent des ions H+. Contrairement à ce qui se passe dans les segments précédents du néphron, les ions sodium traversent la membrane apicale des cellules principales par des canaux de fuite à sodium plutôt que par des symporteurs ou des antiporteurs. La concentration des ions sodium dans le cytoplasme demeure faible comme ailleurs parce que les eaux à sodium/potassium expulse lésions par transport actif à travers la membrane basolatérale. Ensuite les ions sodium gagnent les capillaires péritubulaires par diffusion passive. Ensuite, les ions sodium gagnent les capillaires péritubulaires par diffusion passive. Normalement la plupart des ions potassium du filtrat retournent à la circulation sanguine par réabsorptions paracellulaire et transcellulaire dans le tubule contourné proximal et l’anse du néphron. Comme les pompes à sodium/potassium basolatéral approvisionnent continuellement les cellules principales en potassium, la concentration intracellulaire demeure élevée. Les canaux de fuite au potassium sont présents à la fois dans la membrane apicale et sur la membrane basolatérale. Par conséquent une partie des ions potassium diffuse, en suivant leur gradient de concentration, dans le fluide tubulaire où ils sont très peu concentrés. Ce mécanisme de sécrétion est responsable de l'expiation de la plupart des ions potassium présents dans l'urine La régulation hormonale de la réabsorption et de la sécrétion tubulaire. On compte quatre hormones qui influent sur la réabsorption de l'eau et des ions sodium et chlorure ainsi que sur la sécrétion des ions potassium par les tubules rénaux. Les plus importants régulateurs hormonaux de la réabsorption et de la sécrétion des électrolytes sont l’angiotensine II et l'aldostérone. La réabsorption de l'eau est régie principalement par l'hormone antidiurétique (ADH). Le facteur natriurétique auriculaire joue un rôle mineur en inhibant la réabsorption des électrolytes et de l'eau. Le système rénine/angiotensine/aldostérone. – – – Quand la pression artérielle et le volume sanguin diminuent, les parois des artérioles glomérulaires afférentes sont moins étirées et les cellules juxtaglomérulaires sécrètent de la rénine dans le sang. La stimulation sympathique provoque aussi directement la libération de cette enzyme par les cellules juxtaglomérulaires. La rénine modifie la structure moléculaire de l'angiotensinogène plasmatique, qui est synthétisée par les hépatocytes en lui retranchant un peptide de 10 acides aminés appelé angiotensine I. L'enzyme de conversion de l'angiotensine retranche deux autres acides aminés de cette dernière et la convertit ainsi en angiotensine II qui est la forme active de l'hormone. L'angiotensine II influe sur la physiologie rénale principalement de trois façons : elle ralentit le débit de filtration glomérulaire en causant la vasoconstriction des artérioles glomérulaires afférentes. Elle augmente la réabsorption des ions sodium et chlorure et celle de l'eau dans le tubule contourné proximal en stimulant l'activité des anti porteurs sodium/hydrogène. Elle stimule la libération de l'aldostérone par le cortex surrénale. Cette hormone fait augmenter la réabsorption des ions sodium, chlorure, de même que la sécrétion d'ions potassium, par les cellules principales des tubules rénaux collecteurs. En raison de l'accroissement de la réabsorption d'eau par osmose, le volume sanguin augmente. En fait l'aldostérone exerce son action sur les cellules principales en augmentant l'activité des pompes à sodium/potassium et en augmentant le nombre et l'activité des canaux de fuite pour le sodium. L'augmentation du taux d'angiotensine II et d'ions potassium dans le plasma provoque la libération d'aldostérone par le cortex surrénal. L'hormone antidiurétique (ADH) ou vasopressine Cette hormone est libérée par la neurohypophyse. Elle régule la réabsorption facultative de l'eau en augmentant la perméabilité à cette substance des cellules principales dans le dernier segment du tubule contourné distal et sur toute la longueur du tubule rénal collecteur. En l'absence d'ADH, la membrane apicale des cellules principales et très peu perméable à l'eau. Ces cellules enferme de petites vésicules qui contiennent un grand nombre de canon pour l'eau appelée aquaporine II. En provoquant l'exocytose de ces vésicules, l’ADH stimule l'insertion des aquaporines II dans la membrane apicale. En conséquence, la perméabilité à l'eau de la membrane apicale des cellules principales augmente et les molécules d'eau passe plus rapidement du fluide tubulaire à l'intérieur des cellules. Comme la membrane basolatérale et toujours relativement perméable à l'eau, cette dernière parvient rapidement au sang. Quand la concentration d’ADH est maximale, par exemple en cas de déshydratation grave, les uns produisent seulement de 400 à 500 ml d'urine très concentrée par jour : si le taux d’ADH, les aquaporines II sont retirées des membranes apicale par endocytose et un plus grand volume d'urine diluée est alors excrétée. La régulation de la réabsorption facultative de l'eau s'effectue par un mécanisme de rétro inhibition mettant en jeu l'ADH. Quand l'osmolarité ou la pression osmotique du placement et du liquide interstitiel augmente (en cas de déséquilibre) ; c'est-à-dire quand la concentration en eau décroît même faiblement comme dans le cas de vomissements, de diarrhées ou de transpiration excessive, ce qui correspond à une stimulation/stimulus, les osmorécepteurs de l'hypothalamus détectent cette augmentation de la pression osmotique. Les cellules neurosécrétrices de l'hypothalamus (centre de régulation) transmettent alors des influx nerveux par leurs axones dont les boutons terminaux sont situés dans la neurohypophyse. Ces derniers libèrent par exocytose de l’ADH supplémentaire dans le sang. Sous l'effet de l'hormone, les cellules principales du dernier segment du tubule contourné distal et du tubule rénal collecteur (effecteurs) deviennent plus perméables à l'eau. Au fur et à mesure que la réabsorption facultative de l'eau augmente, la perte d’eau dans les urines diminue. Lorsque l'osmolarité du plasma et du liquide interstitiel revient à la normale, les osmorécepteurs hypothalamiques cessent de stimuler les cellules neuro- sécrétrices de l'hypothalamus, qui à leur tour cessent de libérer de l'hormone antidiurétique (ADH). La réduction du volume sanguin, qui se produit par exemple en cas d'hémorragie, constitue un autre stimulus puissant pour la sécrétion d’ADH. Les personnes dont l'activité de l’ADH est déficitaire peuvent excréter jusqu'à 20 l d'urine par jour. Le facteur natriuretique auriculaire Une forte augmentation du volume sanguin provoque la libération par le cœur du facteur natriuretique auriculaire. L'importance du rôle de ce facteur dans la fonction tubulaire normale reste à préciser mais on s'est qu'il peut inhiber la réabsorption décision sodium et donc de l'eau dans le tubulé contourné proximal et le tubule rénal collecteur et qu’il inhibe la sécrétion de l'aldostérone et de l’ADH. Ces effets augmentent l'excrétion des ions sodium dans l'urine (natriurie) et par conséquent entraîne une diminution de la réabsorption de l'eau par osmose, d'où l'augmentation de la production d'urine (diurèse), ce qui fait diminuer le volume sanguin et la pression artérielle.