PCEM1 Physio Renale Objectifs Plan Dec Ours Rudiments

Module intégré 2 Cardio-vasculaire et Pneumologie Physiologie Cardio-vasculaire

Faculté de Médecine Montpellier-Nîmes

Mars 2007

Dr Antonia Pérez-Martin, Dr Iris Schuster, Pr Michel Dauzat

Rudiments de Physiologie Rénale

Objectifs

� Savoir énumérer les principaux rôles du rein � Savoir décrire l’organisation fonctionnelle du rein et la disposition du néphron � Connaître la définition de la filtration glomérulaire et de la clairance rénale � Connaître les notions de bases relatives au contrôle de l’osmolarité urinaire � Connaître les notions de bases relatives au contrôle du pH sanguin � Connaître le comportement du rein vis-à-vis des substances organiques comme le

glucose

Plan de cours

I – ROLES DES REINS........................................................................................................................................ 2

II - ORGANISATION FONCTIONNELLE DU REIN ..................................................................................... 2

III – LA FILTRATION GLOMERULAIRE...................................................................................................... 3

IV – LA CLAIRANCE RENALE ........................................................................................................................ 4

V – REGULATION DE L’OSMOLARITE URINAIRE................................................................................... 5

VI – CONTROLE DE L’EQUILIBRE ACIDE-BASE...................................................................................... 6

VII – REGULATION DES AUTRES IONS ET SUBSTANCES ORGANIQUES ......................................... 7



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I – Rôles des Reins

Les reins ont un quadruple rôle : - Ils contrôlent les mouvements de l’eau et des ions inorganiques, et contribuent ainsi à

maintenir l’homéostasie (volémie, pH, etc.). - Ils extraient de la circulation sanguine, et excrètent dans l’urine, les déchets métaboliques

comme l’urée, l’acide urique, mais aussi la créatinine (produit de dégradation des protéines musculaires), ainsi que des pigments provenant de la dégradation de l’hémoglobine et donnant à l’urine sa couleur caractéristique.

- En cas de jeûne prolongé, ils peuvent participer à la néoglucogenèse à partir d’acides aminés.

- Ils produisent des hormones et des enzymes. Cette production concerne notamment l’érythropoïétine (hormone stimulant la production de globules rouges), la rénine (impliquée dans la contrôle de la pression artérielle : cf. système rénine – angiotensine – aldostérone : chapitre de Physiologie Cardio-Vasculaire), et le 1,25 dihydrocholécalciférol (vitamine D), jouant un rôle important dans l’équilibre du Ca

++

Ce chapitre traitera essentiellement des deux premiers items.

II - Organisation fonctionnelle du rein Les reins sont des organes pairs, situés dans la partie haute de la cavité abdominale, en arrière

du péritoine. Le rein est un organe en forme en haricot, dont l’unité fonctionnelle est le néphron. Chaque néphron comporte un dispositif de filtration, le glomérule, un dispositif d’ajustement de composition de l’urine, le tubule, et un tube collecteur qui amène l’urine vers les cavités excrétrices, lesquelles se rassemblent pour former le bassinet, relié à la vessie par l’uretère. Dans la partie externe, ou cortex, du rein, se trouvent les glomérules, tandis que les tubules et les tubes collecteurs descendent dans la partie profonde, ou médulla, du rein. Les néphrons sont regroupés en amas ordonnés, les « pyramides ».

Bassinet

UretèreMédullaire

Cortex

Bassinet

UretèreMédullaire

Cortex

Médullaire

Cortex

L’unité de filtration de l’urine primitive est le glomérule rénal : à ce niveau, l’artériole afférente

donne un capillaire qui forme un peloton au sein d’une sorte de cupule à parois creuses, la capsule de Bowman. L’espace situé ainsi entre les deux feuillets de la capsule communique avec un long et fin tuyau, le tubule. Celui-ci comporte une première partie, sinueuse, le tube contourné proximal, puis forme une anse en U descendant plus ou moins loin en direction de la pointe de la pyramide rénale. Cette anse comporte un premier segment rectiligne large, le tube droit proximal, puis une partie très fine, l’anse de Henlé. Celle-ci descend vers le sommet de la pyramide, puis remonte dans le cortex, où elle se poursuit par le tube contourné distal, avant de rejoindre le tube collecteur qui, dans sa descente vers les cavités excrétrices, reçoit l’abouchement de plusieurs tubes distaux des néphrons voisins.

Après avoir perfusé la capsule de Bowman, le capillaire glomérulaire se poursuit par une

nouvelle artériole, l’artériole efférente, après quoi le sang poursuit son cheminement par un fin capillaire qui serpente le long du tubule, accompagne l’anse de Henlé, et remonte vers le cortex. A



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proximité du glomérule, la paroi de l’artériole afférente présente, lorsqu’elle vient au contact du tube distal, un amas de cellules différenciées responsables de la sécrétion de rénine (cf. chapitre de physiologie cardio-vasculaire). En regard, la paroi du tubule comporte aussi un amas de cellules, la macula densa. L’ensemble forme l’appareil juxta-glomérulaire, impliqué dans la régulation de la pression artérielle par la cascade rénine – angiotensine – aldostérone.

Glomérule

Tube Droit Proximal

Tube Contourné Distal

Tube ContournéProximal

Anse de Henlé Tube Collecteur

Artériole Afférente Appareil Juxta-Glomérulaire

Espace deBowman

CORTEX

MEDULLA

Tube Collecteur

BrancheDescendante

BrancheAscendante

Aldostérone

A.D.H.

ArtérioleEfférente

CapillaireTubulaire

III – La filtration glomérulaire Au niveau du glomérule, au travers de la paroi de l’artériole et du feuillet interne de la capsule de

Bowman, s’effectue la filtration du sang, donnant naissant à l’urine primitive.

F

Urine

Sang

Artériole Afférente

Glomérule

Tubule

Le filtre glomérulaire est constitué par (1) l’endothélium de l’artériole afférente, avec les orifices aménagés entre les cellules endothéliales (pores), (2) la membrane basale, et (3) l’épithélium de la capsule de Bowman, formé par des cellules (podocytes) dont les extensions enchevêtrées forment une sorte de grille. Ne sont retenues par ce filtre que les globules sanguins et les protéines, ainsi que les substances liées aux protéines, notamment la plupart des acides gras, et environ la moitié du calcium plasmatique.



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SANG

Endothélium (pores)

Membrane basale

Epithélium (podocytes)

SANG – Globules, Protéines

et substances liées aux protéines (acides gras, 50% du Calcium…)

Capsule deBowman

SANG

Endothélium (pores)

Membrane basale

Epithélium (podocytes)

SANG – Globules, Protéines

et substances liées aux protéines (acides gras, 50% du Calcium…)

Capsule deBowman

La « force motrice » de la filtration glomérulaire est le gradient de pression entre la lumière de

l’artériole glomérulaire, et la lumière de la capsule de Bowman. La pression hydrostatique est en partie compensée par la pression oncotique, développée par les protéines retenues à l’intérieur du vaisseau. Le gradient résultant est de l’ordre de 16 mm Hg. Il varie en fonction de l’état de contraction ou relaxation relative de l’artériole afférente et de l’artériole efférente du glomérule Par exemple, le gradient augmente en cas de relaxation de l’artériole afférente et de constriction de l’artériole efférente.

PRESSION

Hydrostatique Oncotique

Capillaire

Espace deBowman

60

15

delta 45

- 29

0

- 29 = 16 mm Hg

Contrôle: Vasomotricité Artériole

Afférente / EfférentePRESSION

Hydrostatique Oncotique

Capillaire

Espace deBowman

60

15

delta 45

- 29

0

- 29 = 16 mm Hg

Contrôle: Vasomotricité Artériole

Afférente / Efférente

IV – La Clairance rénale La composition de l’urine primitive est ensuite ajustée lors de son trajet dans le tubule et dans le

tube collecteur. Certaines substances qui avaient été filtrées sont ensuite réabsorbées, tandis que d’autres sont activement secrétées vers le tubule. La paroi du tubule peut aussi synthétiser certaines substances et les libérer dans la lumière tubulaire.

Urine

Sang


Glomérule

Tubule

F

RS

Urine

Sang


Glomérule

Tubule

F

RS

On peut ainsi définir, pour chaque substance, son taux de filtration glomérulaire, et le comparer à son taux d’excrétion urinaire : la différence est due à la réabsorption et/ou à la sécrétion tubulaire. L’eau est ainsi réabsorbée en grande partie, le glucose est (normalement) réabsorbé en totalité, tandis que la créatinine n’est pas réabsorbée.



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Substance QFG Excrétion Réabsorption

Eau (L) 180 1,8 99%

Na+ (g) 630 3,2 99,5%

Glucose (g) 180 0 100%

Ac. Aminés (g) 70 0 100%

Urée (g) 58 23 60%

Créatinine (g) 1,8 1,8 0%

Par 24h

Substance QFG Excrétion Réabsorption

Eau (L) 180 1,8 99%

Na+ (g) 630 3,2 99,5%

Glucose (g) 180 0 100%

Ac. Aminés (g) 70 0 100%

Urée (g) 58 23 60%

Créatinine (g) 1,8 1,8 0%

Par 24h

La Clairance rénale est un débit qui représente la synthèse de ces mécanismes (filtration,

réabsorption, sécrétion) en désignant la quantité de plasma totalement épurée d’une substance donnée par unité de temps. Chez un sujet sain, la clairance du glucose est ainsi nulle (elle ne l’est pas chez le diabétique en cas d’hyperglycémie lorsque du glucose apparaît dans l’urine : glycosurie !). L’inuline est un colorant filtré, mais ni réabsorbé, ni secrété, ni métabolisé, et que l’on peut donc injecter dans l’organisme pour mesurer le débit de filtration glomérulaire. La créatinine, produit de dégradation des protéines musculaires, est normalement présente dans le plasma, et présente une clairance proche de celle de l’inuline, de sorte qu’elle est largement utilisée, en pratique clinique, pour évaluer la filtration glomérulaire. L’acide para-amino-hippurique (PAH) est quant à lui non seulement filtré, mais aussi secrété, de sorte qu’il est pratiquement éliminé en totalité du plasma. Il peut donc être utilisé, en injection intraveineuse, pour évaluer le débit plasmatique rénal.

Cxxxx = Uxxxx x Vu

Pxxxx

Clairance = Volume de Plasma totalement

épuré de la substance xxxx

par unité de temps

Cx x x x = Clairance de xUxxxx = Concentration urinaire de x

Vu = Débit urinairePs s s s = Concentration plasmatique de x

Cxxxx = Uxxxx x Vu

Pxxxx

Clairance = Volume de Plasma totalement

épuré de la substance xxxx

par unité de temps

Cx x x x = Clairance de xUxxxx = Concentration urinaire de x

Vu = Débit urinairePs s s s = Concentration plasmatique de x

V – Régulation de l’osmolarité urinaire Le sodium filtré fait l’objet d’une réabsorption, principalement, dans la branche ascendante du

tubule. Il s’agit d’un transport actif (qui représente à ce titre la principale dépense énergétique du rein), dont l’ajustement fin est sous contrôle hormonal (aldostérone, agissant principalement au niveau du tube contourné distal et de la partie corticale du tube collecteur). L’eau suit passivement (diffusion) le mouvement du sodium, mais la perméabilité à l’eau du tubule rénal n’est pas homogène : la paroi de la branche descendante est bien perméable à l’eau, au contraire de la branche ascendante, où s’effectue la plus grande part de la réabsorption du sodium. La perméabilité à l’eau de la paroi du tube collecteur est variable, et se trouve aussi sous contrôle hormonal (hormone anti-diurétique : ADH).

H2O

Na+

ATP

K+

Jonction serrée

Membrane baso-latérale

Lumière du Tubule Liquide interstitiel

H2O

Na+

ATP

K+

Jonction serrée

Membrane baso-latérale

Lumière du Tubule Liquide interstitiel



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La disposition en anse du tubule rénal est à la base d’un mécanisme démultiplicateur aboutissant à la création d’un gradient d’osmolarité. En effet, au cours de son trajet dans la branche ascendante, l’urine est progressivement appauvrie en sodium par le fonctionnement du transport actif. Ainsi, l’urine arrivant au tube contourné distal est moins concentrée que l’urine se trouvant à l’extrémité de l’anse de Henlé. Dans la branche descendante de cette anse, l’eau diffuse en fonction du gradient osmotique créé dans l’espace interstitiel par la réabsorption du sodium. L’osmolarité du liquide interstitiel augmente ainsi autour de l’extrémité de l’anse (où elle peut atteindre 1400 mOsm/litre), et décroît progressivement vers la zone corticale (où elle est proche de 300 mOsm/litre) : c’est ainsi que s’établit le gradient cortico-médullaire. Un mécanisme comparable se produit le long du capillaire tubulaire, qui suit le trajet de l’anse. Dans le tube collecteur, dont la paroi est perméable à l’eau, l’urine se concentre progressivement au fur et à mesure qu’elle progresse vers les cavités excrétrices. La perméabilité à l’eau de la paroi du tube collecteur est modulée par l’ADH.

VI – Contrôle de l’équilibre acide-base La ventilation pulmonaire et l’excrétion urinaire des ions H

+ sont les deux principaux volants de la

régulation du pH sanguin, dont la valeur « normale » est de 7,4. Les variations de ce pH peuvent relever de causes multiples, notamment l’intensité du métabolisme (producteur d’acide lactique, notamment), l’importance du catabolisme protéique, et l’abondance des secrétions digestives. Ainsi, en pathologie, les vomissements, extériorisant du liquide gastrique, très acide, provoquent une perte d’ions H

+, donc une alcalose. Inversement, la diarrhée, provoquant une déperdition de secrétions

intestinales, basiques, entraîne une acidose. La ventilation contribue à compenser ces variations : l’hyperventilation provoque une hypocapnie, donc une alcalose, tandis que l’hypoventilation provoque une hypercapnie, donc une acidose.

Contrôle :

• Ventilation Pulmonaire

• Rein

• Sécretions : Gastrique (acide)

Intestinales (alcalines)

• Métabolisme: Ac. Lactique

• Catabolisme protéique (ac. Phosph., Sulf.)

pH Sanguin = 7,4

Hyperventilation : A

lcalose

Hypoventilation : A

cidose

Diarrhée: Acidose

Vomissements : Alcalose

Contrôle :

• Ventilation Pulmonaire

• Rein

• Sécretions : Gastrique (acide)

Intestinales (alcalines)

• Métabolisme: Ac. Lactique

• Catabolisme protéique (ac. Phosph., Sulf.)

pH Sanguin = 7,4


lcalose

Hypoventilation : A

cidose

Diarrhée: Acidose


pH Sanguin = 7,4


lcalose

Hypoventilation : A

cidose

Diarrhée: Acidose


Les ions H

+ font l’objet d’un transport actif vers la lumière du tubule, et permettent ainsi, dans les

conditions de base, la récupération de l’ensemble des ions bicarbonate. En cas d’acidose, les ions H+

excédentaires peuvent se combiner à des ions non bicarbonate et être excrétés dans l’urine. Il s’agit essentiellement d’ions phosphates et d’ammonium, ces derniers étant synthétisées lors du métabolisme de la glutamine dans la cellule tubulaire. Dans les deux cas, le résultat net est le déversement de nouveaux ions bicarbonate dans le plasma.

Eau

Eau

Eau

Eau

NaCl

NaCl

Aldostérone

ADH



Mars 2007


Excrétat

Liquide interstitiel

H2O + CO2

H2CO3

H+ HCO3-

H2CO3

H2O + CO2

ATP

S

ANH4

+ HCO3-

H2PO4-

Na+

Na+

HCO3-

Filtrat

Anhydrase carbonique

CO2

HPO42-

GlutamineGlutamine

Excrétat

Liquide interstitiel

H2O + CO2

H2CO3

H+ HCO3-

H2CO3

H2O + CO2

ATP

S

ANH4

+ HCO3-

H2PO4-

Na+

Na+

HCO3-

Filtrat

Anhydrase carbonique

CO2

HPO42-

GlutamineGlutamine

VII – Régulation des autres ions et substances organiques Le rôle du rein vis-à-vis des ions et substances organiques est centré sur le maintien de

l’homéostasie. Ces substances étant filtrées, il importe donc qu’elles soient réabsorbées intégralement, de sorte que leur taux plasmatique ne soit pas affecté.

Cette réabsorption met en jeu un moteur primaire : le transport actif de sodium, extrait de la lumière tubulaire par des pompes ATP dépendantes. L’échange se fait avec différents ions, et le gradient de concentration ainsi créé fournit la force motrice des mécanismes d’échanges, via un cotransport (symport, véhiculant deux substances dans la même direction), ou un échange (antiport, véhiculant deux substances en directions opposées).

• Moteur primaire : pompe / ATP

• Diffusion : K+, Cl-, Na+

• Antiports : Na+ / H+

• Symports : Na+ / 2Cl-, K+

Na+ / Glucose

Na+ / Acides Aminés

S

ATP

A

• Moteur primaire : pompe / ATP

• Diffusion : K+, Cl-, Na+

• Antiports : Na+ / H+

• Symports : Na+ / 2Cl-, K+

Na+ / Glucose

Na+ / Acides Aminés

S

ATPATP

AA

L’exemple le plus démonstratif est celui du glucose, dont la filtration est suivie d’une réabsorption

qui, dans les circonstances usuelles chez le sujet normal, est totale. Cependant, la capacité de réabsorption du glucose est limitée, de sorte que du glucose commence à apparaître dans l’urine lorsque son taux plasmatique dépasse environ 1,8 g/litre. Lorsque la capacité de réabsorption est totalement saturée, le taux d’excrétion urinaire du glucose devient proportionnel à son taux plasmatique.

Débit Urinairede Glucose (g/min)

0,4

Taux Plasmatiquede Glucose (g/L)2 4

FiltrationExcrétion

Réabsorption

Débit Urinairede Glucose (g/min)

0,4

Taux Plasmatiquede Glucose (g/L)2 4

FiltrationExcrétion

Réabsorption



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Pour en savoir plus : (Plusieurs figures de ce chapitre sont inspirées de cet ouvrage).

Physiologie Humaine « Vander, Sherman, Luciano »

Eric P. Widmaier, Hershel Raff, Kevin T. Strang

Chenelière – McGraw-Hill, Montréal, 2004 Maloine, Paris, 2004

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