Physiologie rénale
I.
ANATOMIE DU REIN
HISTOLOGIE DU NEPHRON
A. Introduction
Le rôle du milieu extracellulaire est de
protéger le milieu intracellulaire c’est à dire le
fonctionnement des cellules par rapport au milieu environnant
; c’est une sorte de milieu tampon.
Toutefois, pour qu’il puisse exercer son rôle, il faut que son
volume et sa composition soient constants.
Bi-néphrectomie --> accumulation d’urée et troubles hydro-électrolytiques. la
première fonction du rein est l’épuration sanguine, la
deuxième le maintien de l’homéostasie.
Le premier rôle du rein est de maintenir constant le volume et
la composition chimique du secteur extracellulaire.
Tout dysfonctionnement du rein conduit à plus ou moins long terme à des perturbations de la composition et du volume du LEC : volémie, natrémie, kaliémie.
--> Les troubles du fonctionnement rénal peuvent provoquer une
rétention d’eau, de déchets, des troubles de l’équilibre acide
- base : acidose, accumulation d’urée (urémie).
Le rein joue également un rôle
endocrine :
• SRAA : participe à la régulation de
la pression artérielle à moyen et long terme.
• érythropoïétine (EPO) Normalement
synthétisée par le rein – peut être synthétisée par le foie en
cas de défaillance rénale. Elle stimule la synthèse et la
maturation des érythroblastes. Elle est sous le contrôle de la
pression partielle en O2 ;
• activation de la vit D : hydroxylée
une première fois au niveau du foie puis au niveau du rein
composé actif qui est en fait une hormone qui joue un rôle
important dans le métabolisme phosphocalcique. Troubles
importants du métabolisme phosphocalcique en cas
d’insuffisance rénale.
--> Les reins jouent essentiellement un rôle d’épuration
Ils sont responsables de la formation d’urine à partir du plasma. Ils jouent d’abord un rôle de filtre laissant passer tous les composants du plasma sauf les protéines, puis il agit par retouches tubulaires tout au long du néphron en fonction des besoins de l’organisme.
B. Rappel anatomique : morphologie générale et organisation cellulaire
A l’état normal : deux reins en forme de haricot. Parfois reins accessoires. Un rein adulte pèse 150 g : 300 g de tissus actif. Le grand axe mesure 12 cm ; On peut survivre avec ½ rein, soit 70 g.
L’IRC : insuffisance rénale chronique, est
évaluée par le test de la concentration qui rend compte du
pourcentage de population néphronique fonctionnelle.
• on peut survivre tant que 10 % de la population néphronique est
fonctionnelle
• si < 10 % : nécessité d’une hémodialyse : rein artificiel.
L’idéal reste la greffe, car outre sa fonction de régulation,
le rein a aussi un rôle hormonal.]
B.1) Appareil urinaire
Localisation : les reins sont dans la partie supérieure de la cavité abdominale, de part et d’autre de la colonne vertébrale (D12 - L3) au niveau de la partie haute de l’espace rétropéritonéal. Ils sont au contact du foie et du diaphragme. Le rein droit est plus bas que le gauche. Ils sont protégés par les structures environnantes, mais peuvent être atteints lors de chocs sévères.
| L’urine est
formée en permanence, et reçue dans le bassinet qui occupe
à la fois une position intra et extra-rénale. Le bassinet
donne suite à l’uretère : de chaque côté ils conduisent
l’urine vers la vessie. L’urètre (urèthre) est le canal
permettant à la vessie de se vider à l’extérieur quand
elle est pleine.
Chaque rein est irrigué par une artère rénale, branche de
l’aorte abdominale. Les veines rénales se jettent dans la
veine cave inférieure, par laquelle le sang retourne au
coeur droit. |
 |
Sur une coupe sagittale du rein (coupe dans le sens de la hauteur) : on retrouve le bassinet et l’uretère qui lui fait suite.
On distingue 2 zones principales
• zone corticale : 1 cm
d’épaisseur, elle s’insinue entre les pyramides de Malpighi au
niveau des colonnes de Bertin.
Le cortex est enveloppé par une capsule fibreuse. Des sillons
sont visibles à la surface, délimitant des lobes en regard des
colonnes de Bertin correspondant à chacune des pyramides de
Malpighi.
• La zone médullaire comprend 2 parties, externe et interne,
correspond essentiellement aux pyramides de Malpighi. Elles
ont la forme de cônes dont la base est externe et le sommet
correspond à la papille : extrémités des canaux collecteurs où
est émise l’urine, au niveau des calices. Dans la médullaire,
des stries correspondent aux tubules des néphrons et aux
vaisseaux qui les accompagnent.
B.2) Néphron
L’urine est formée au niveau d’unités fonctionnelles, les néphrons, en très grand nombre, 1,5 millions par rein. Tous ne fonctionnent pas en même temps. Le volume d’urine formé par chaque néphron a été évalué --> on a établi que tous les néphrons ne fonctionnent pas : suppléance possible en cas d’insuffisance rénale partielle .
i Organisation générale
|
• glomérule : siège de l’ultra filtration du plasma qui donne l’urine primitive : U1 (ou filtrat glomérulaire) et dont la composition est très proche de celle du plasma si ce n’est qu’elle contient normalement très peu de protéines. • tubule : tubule : fait suite au corpuscule, comprenant plusieurs parties de caractéristiques histologiques différentes. • tube proximal contourné : au contact du corpuscule de Malpighi • anse de Henlé s’enfonce dans la médullaire interne. Elle comprend un segment descendant : tube proximal droit et segment grêle descendant, un segment ascendant grêle d’abord puis large et droit (tube distal droit) • tube distal contourné qui s’abouche au canal collecteur. |
A l’extrémité du tubule est excrétée l’urine définitive. |
• son rôle , complexe, est de retoucher la
composition de l’urine primitive avec pour conséquence le
maintien des constantes volumique et chimique du LEC.
• en réabsorbant vers le plasma des composés filtrés
• en sécrétant certains composés
| Le néphron
comporte plusieurs parties :
• glomérule Sur le plan fonctionnel : c’est le tube droit proximal, le segment mince et le tube droit distal. C’est pourquoi on parle de segment large ascendant (tube distal droit) et segment large descendant (tube proximal droit). |
|
Schéma topographique du tube urinaire : les
différents segments tubulaires du néphron sont individualisés
sur des critères à la fois cytologiques et topographiques. Un
néphron à anse longue (a) et un néphron à anse courte (b) ont
été représentés. Noter la localisation de l’appareil
juxta-glomérulaire au niveau de la macula densa.
Ils se terminent par la papille au niveau de laquelle l’urine
formée se déverse dans les calice puis le bassinet.
Les glomérules se trouvent dans le cortex. Dans le cortex, on
trouve également les tubes contournés, proximaux et distaux.
Dans la zone médullaire : anses de Henlé et tubes collecteurs.
Il existe 2 types de néphrons : en fonction de la position du
glomérule dans le cortex, et en fonction de la longueur de
l’anse de Henlé.
néphrons
• corticaux : néphrons à anse courte. Leur glomérule est situé dans
le cortex superficiel (externe), ils n’ont pratiquement pas
d’anse de Henlé.
• juxta médullaires : néphrons dont le glomérule est en situation
profonde. Leur anse de Henlé est longue, plonge profondément
dans la médullaire interne jusque vers la papille.
Ces 2 types de néphrons diffèrent quant à :
• leur rôle : les néphrons juxta médullaire, à anse longue,
permettent la concentration de l’urine (les espèces vivant
dans des conditions désertiques ne possèdent que ce type de
néphrons).
• leur nombre : chez l’homme les néphrons corticaux sont 7 fois
plus nombreux que les néphrons juxta médullaires qui ne
représentent que 15 % de l’ensemble.
• leur vascularisation et la longueur de leur anse de Henlé.
Dans un lobe rénal, on distingue 3 parties
• cortex : périphérique, foncé. Il est constitué de 2 parties :
• cortex corticis : zone la plus externe, entouré
de la capsule fibreuse délimitant le rein : zone des
glomérules à anse courte.
• cortex rénal où se trouvent les glomérules à
anse longue. Il s’insinue entre les pyramides.
• médullaire : zone des tubules, centrale, claire
• externe
• interne
• papille
ii Glomérule
Le corpuscule de Malpighi (ou glomérule) comprend 2 parties :
• pôle vasculaire : permet l’arrivée du sang. Le plasma est filtré au niveau d’anses capillaire. Une artériole afférente donne naissance à 7 à 12 anses capillaires selon les espèces. L’ultrafiltration du plasma a lieu à leur niveau. C’est uniquement un phénomène de filtration forcée entre secteur plasmatique et chambre glomérulaire. Les capillaires se résolvent en une artériole efférente.
• pôle urinaire : permet le
recueil de l’urine primitive. Il est constitué par
• des cellules endothéliales des capillaires :
elles reposent sur une membrane basale qui joue le rôle de
filtre.
• des cellules épithéliales pariétales et des cellules épithéliales
particulières, les podocytes, en contact avec les cellules
endothéliales. Les cellules épithéliales délimitent la capsule
de Bowman.
iii Tube rénal
-->Tube contourné proximal
Les
cellules de la partie proximale du tube contourné proximal ont
une structure particulière :
face apicale (luminale)
face basale du côté du tissu interstitiel rénal et des
capillaires péritubulaires.
L’ensemble des membranes forment la membrane basolatérale. Les
membranes latérales sont séparées par des espaces
intercellulaires : jonctions assez perméables
2 types de transfert au niveau du tube contourné proximal :
• transfert trans cellulaire
• transfert para cellulaire
--> grande conductivité..
Le tube contourné proximal est le siège d’un trafic intense,
principalement par des mécanismes de transport actif qui va
consommer de l’ATP.
Leur structure histologique les désigne pour les échanges :
microvillosités grande surface d’échange.
Les cellules sont hautes et polarisées : transfert
principalement d’eau et de soluté de la lumière vers le tissu
interstitiel et les capillaires péritubulaires : réabsorption
Au niveau basolatéral : interdigitations de membranes et
mitochondries fournissant l’ATP qui sera utilisé par les
pompes au niveau de cette membrane.
70 % de l’urine primitive sont réabsorbés au niveau du TCP.
--> Anse de Henlé
Le tube proximal droit correspond au segment
large descendant de l’anse de Henlé. Ses cellules sont
différentes : bordure en brosse moins marquée, moins de
mitochondries : les fonctions de transport sont moins
développées.
Segment grêle descendant : cellules plates – le segment est
perméable à l’eau
segment grêle ascendant : comme pour le SGD mais la
perméabilité à l’eau est différente.
les cellules du segment grêle ont peu de transferts actifs :
peu de mitochondries, mais sont responsables de la
concentration de l’urine par passages d’eau.
Le segment large ascendant : proche histologiquement du TPC
mais peu de bordure en brosse – présence de mitochondries.
tube large ascendant
--> Tube contourné distal
siège de transports actifs : beaucoup plus de mitochondries
dans le segment baso latéral (moins toutefois que dans le TCP).
Fin du néphron à ce niveau sur le plan histo et embryologique.
On lui adjoint toutefois le tube collecteur qui fait partie
intégrante du néphron sur le plan fonctionnel.
--> Tube collecteur
il y a 6 tubes distaux par tube collecteur.
composé de cellules principales et cellules intercalées.
Moins de phénomènes de transport que dans le tube contourné
proximal
C’est un segment hétérogène, de perméabilité variable.
• zone de la médullaire externe,
• zone de la médullaire interne,
de perméabilité différente.
C. Irrigation sanguine du rein
Le rôle du rein est de maintenir constante la
composition du plasma : va former l’urine à partir du plasma.
L’irrigation sanguine est fondamentale.
Le rein produit l’urine primitive U1 par ultrafiltration du
plasma à travers la membrane glomérulaire, en excluant les
protéines de gros poids moléculaire. C’est pourquoi on doit
attacher une grande importance au maintien du flux sanguin
rénal et à la circulation rénale (apport en O2).
En cas de chute du débit sanguin rénal, sa capacité
d’épuration diminue.
Le débit sanguin rénal est de 1200 ml / min pour les 2 reins :
1,2 l ce qui représente 20 à 25 % du débit cardiaque total
alors que le poids des reins est de 0,5 % du poids du corps.
Le circuit sanguin est composé des artères amenant l’O2 qui
est utilisé pour les transports actifs. Le circuit veineux est
parallèle au circuit artériel
Le tissu interstitiel est drainé par un circuit lymphatique.
C.1) Circulation rénale
| Les deux reins sont irrigués par les artères rénales correspondantes, issues de l’aorte abdominale. Chaque rein reçoit de l’aorte abdominale une artère rénale dont les branches se divisent, après pénétration au niveau du hile, en artères interlobaires montant entre les lobes, entre les pyramides de Malpighi, dans les colonnes de Bertin. A la jonction des territoires cortical et médullaire, ces artères se divisent et se coudent à angle droit pour former les artères arciformes : les arcades artérielles. De ces dernières vont partir perpendiculairement des artères interlobulaires. Sur chaque artère interlobulaire, se greffent des pelotons vasculaires correspondant chacun à une artériole afférente (perpendiculaire à l’artère interlobulaire). |
|
Les artères afférentes irriguent le glomérule
en se scindant en plusieurs anses capillaires situées à
l’intérieur de la capsule de Bowman qui fait partie intégrante
du glomérule et au niveau de laquelle s’effectue la
filtration. Ces anses capillaires se résolvent en une
artériole efférente.
Il s’agit d’un système porte : l’artère efférente se
redistribue en un système de capillaires péritubulaires qui
irriguent les tubules rénaux par le sang glomérulaire qui a
subi l’ultrafiltration, en l’enveloppant comme un filet.
Selon le type de néphron, la topographie vasculaire après l’artériole efférente varie :
• néphrons corticaux : le réseau
capillaire entoure les tubules mais ne pénètre pas en
profondeur.
• néphrons juxta médullaires : l’artère efférente donne naissance
en plus du réseau péritubulaire autour de la partie haute du
tubule à un réseau capillaire plongeant dans la médullaire et
suivant le parcours de l’anse de Henlé : ce sont les vasa
recta (ou artères droites, en forme d’épingle à cheveu).
C’est important car c’est une zone d’échange,
permettant de récupérer ce qui a été absorbé au niveau des
anses de Henlé et de concentrer l’urine. Les vasa recta
récupèrent l’eau et les solutés qui s’y trouvent.
Ce réseau capillaire conflue en veinules qui elles-mêmes
donnent des veines interlobaires et les veines rénales. La
circulation veineuse suit un chemin approximativement inverse
de celui des artères.
Remarque :
• les artères arciformes naissent
à angle droit des a. interlobaires.
• il en est de même des artères interlobulaires à partir des
artères arciformes
• les artérioles afférentes sont perpendiculaires par rapport aux
a. interlobulaires.
C.2) Haute et basse pression
On
oppose zone corticale et médullaire sur le plan histologique
mais aussi sur le plan du flux sanguin rénal :
• zone corticale : à haute pression capillaires glomérulaires --> ultrafiltration. Il n’y a pas de pression oncotique intraglomérulaire qui s’oppose à la pression de filtration.
• zone médullaire : à basse pression : capillaires péritubulaires
car l’artériole efférente est généralement en vasoconstriction --> chute de pression en aval.
Ceci est important, car c’est au niveau de la zone corticale
qu’a lieu la filtration forcée. Il est donc important que la
perfusion de cette zone soit élevée pour permettre la
filtration de l’eau plasmatique.
Dans la zone médullaire, le capillaire est entouré de tissu
interstitiel. On aura surtout des phénomènes de réabsorption
favorisés quand la pression est basse. (cf. loi de Starling).
La
disposition des artères rénales à angle droit (en espalier)
permet de réguler la pression ou du moins de la maintenir au
niveau de tous les glomérules.
La circulation rénale a beaucoup de particularités. Si on
compare les a. afférentes et efférentes,
• les a. afférentes sont courtes, larges. Elles ont beaucoup de
cellules musculaires lisses, des barorécepteurs, des cellules
sécrétant la rénine (enzyme)
• les a. efférentes sont longues, minces, elles ont moins de
cellules musculaires lisses.
--> il existe normalement un effet de
vasoconstriction plus efficace au niveau de l’afférente que de
l’efférente.
Au niveau de l’artère rénale la pression est de 100 mm Hg,
puis elle diminue progressivement.
On distingue 2 zones de pression :
• haute pression : correspond aux phénomènes régnant dans l’a. afférente et le capillaire glomérulaire : elle peut aller jusqu’à 45 mm Hg. Elle est due à l’activité de la pompe cardiaque. L’a. afférente donne naissance aux anses capillaires lieu de la filtration forcée. L’artère efférente fait suite aux anses capillaires. La pression diminue .
• basse pression : correspond aux
phénomènes régnant dans le capillaire péritubulaire qui est de
l’ordre de 10 mm Hg. Selon les lois de Starling, on aura à ce
niveau un réabsorption. Dans les vasa recta, la pression
diminue encore pour atteindre quelques mm Hg.
C.3) Consommation d’oxygène
= 15 ml/mn : au 2° rang après le coeur (25 ml/mn).
Représente 8% de la consommation totale.
Le taux d’extraction de l’O2 est de 1,5 ml O2/100 ml de sang;
Cette consommation importante traduit des phénomènes de
réabsorption fortement consommateurs d’énergie.
C.4) Répartition du FSR entre cortex et médullaire
Il existe une différence entre
cortex et médullaire pour les pressions, de même, il existe
une différence de flux sanguin
|
|
circulation corticale |
circulation médullaire |
|
Débit |
350 - 450 ml/mn/100 g |
externe : 100 - 120 ml/mn/100 g interne : 10 - 15 ml/mn/100 g |
|
% du flux total |
90 % |
10 % |
|
volume vasculaire |
20 % masse rénale |
20 % masse rénale |
|
Rôle |
filtration glomérulaire transferts tubulaires tubes proximal et distal |
mécanisme de dilution - concentration (vasa recta) : échanges beaucoup plus lents. |
C.5) Importance de cette répartition
L’importance de flux à travers le cortex permet
une bonne filtration. (90 % - alors que les volumes
vasculaires entre la corticale et la médullaire sont
comparables) Il apporte de plus de l’O2, nécessaire aux
processus de réabsorption (cf. réabsorption du Na).
Dans les vasa recta, le sang circule très lentement : les
échanges sont facilités avec le tissu interstitiel.
D.
Circulation lymphatique
parallèle au circuit sanguin. Cette circulation de drainage a un rôle mineur. Elle pourrait ramener les protéines qui auraient réussi à filtrer.
E.
Appareil juxta glomérulaire
E.1) Morphologie
Le début du tube distal contourné vient au
contact des artérioles afférente et efférente du glomérule.
Les fibres orthosympathiques, à médiateur noradrénaline, ont
un effet vasoconstricteur.
L’artériole afférente alimente les anses capillaires
glomérulaires responsables de la filtration. Elle détermine le
débit sanguin à travers les capillaires.
Ces artérioles afférentes sont munies de baro récepteurs,
sensibles aux variations de pression.
On rencontre à leur niveau des cellules particulières, de type
endocrine, les cellules myo épithéliales, ou juxta
glomérulaires, ou granulaires, libérant la rénine qui joue un
rôle important dans la régulation de la pression artérielle,
et au niveau de l’artériole elle-même.
Le tube distal, au contact du glomérule présente des cellules
différenciées, sensibles aux variations de concentration de
l’urine tubulaire distale en Na et Cl : chémorécepteurs (chimio-récepteurs).
Cette partie du tubule distal correspond à la macula densa..
Entre les anses capillaires et le tube distal : cellules du
lacis
Entre les anses capillaires, se trouve le tissu mésangial
• au niveau de la macula densa : on trouve des récepteurs
sensibles à la composition de l’urine tubulaires :
chémorécepteurs sensibles à la concentration en sodium et
chlore de l’urine distale.
• au niveau des cellules myoépithéliales se trouvent des
récepteurs sensibles aux variations de pression locale :
barorécepteurs.
Ces 2 zones : l’artériole afférente et la macula densa sont
les points de départ de circuits de régulation de la pression
artérielle.
F.
Système rénine angiotensine
F.1) Description
La
rénine est une enzyme protéolytique : ce n’est pas une
hormone.
Le SRA joue un rôle important dans la régulation sanguine,
l’excrétion urinaire du sodium et l’hémodynamique rénale.
Quand la rénine est libérée, elle va cliver l’angiotensinogène
(α2 globuline de 60 000 Da)
synthétisée par le foie, libérée dans la circulation sanguine.
Il va donner naissance à un décapeptide (10 a.a.),
l’angiotensine I.
L’angiotensine I n’a pas d’effet biologique : il doit être
transformé en angiotensine II en présence de l’enzyme de
conversion, principalement dans la circulation pulmonaire.
C’est le produit actif. Il est transformé en angiotensine III
et autres produits de dégradation par des angiotensinases.
Une binéphrectomie -->
activité rénine plasmatique ≈ 0. En
fait le système rénine est également présent au niveau de
l’endothélium vasculaire, et peut avoir une action locale,
également au niveau de la glande surrénale et le cerveau.
L’enzyme de conversion est également ubiquitaire. De plus, elle n’agit pas que sur la transformation angiotensine I et II mais intervient dans la production de bradykinine à partir de kininogène. La production d’angiotensine II est un puissant vasoconstricteur. La bradikinine est un puissant vasodilatateur.
F.2) Actions de l’angiotensine II
agit
comme une hormone : action sur des récepteurs spécifiques
--> 2 méthodes pour bloquer l’action du SRA
bloquer l’activité de l’enzyme de conversion (IEC : Captopril)
mais a des effets sur la production de bradikinine
utilisation de molécules se fixant sur les récepteurs de
l’angiotensine II (récent).
Effets
de l’angiotensine II
vasoconstriction artériolaire
• au niveau rénal
• effets systémiques : ensemble de la circulation, dus aux effets
du système rénine angiotensine du rein mais également de celui
des vaisseaux.
Le lieu d’action dépend de la concentration d’AN II : il faut
une plus grande concentration pour une action systémique.
--> rôle du système dans la régulation de la PA.
Excrétion rénale du sodium
AN
II --> réabsorption du sodium
: de l’urine tubulaire vers les capillaires péritubulaires.
C’est un effet indirect dû à la stimulation de la sécrétion
d’aldostérone par la cortico-surrénale, qui réabsorbe le
sodium.
Il semble aussi que AN II stimule la réabsorption du sodium
dans le tube proximal.
Stimulation du comportement dipsique
recherche de l’eau quand on a soif. A pour origine des
récepteurs du SNC. On sait qu’il existe aussi un SRA au niveau
central : c’est ce système qui stimule le comportement
dipsique.
Stimulation de ADH
ADH favorise la rétention d’eau.
F.3) Contrôle de la sécrétion de rénine
i Variations de pression
La
variation de pression de perfusion de l’artère rénale sera
détectée au niveau des barorécepteurs de l’artériole
afférente.
Facteurs contrôlant la sécrétion de rénine
baisse de laa pression de perfusion --> augmentation de la sécrétion
de rénine
stimulation de rénine --> augmentation d' AN II : rétablit la situation.
D’autres baro-récepteurs permettent de réguler la pression artérielle : crosse de l’aorte et sinus carotidiens : à la sortie du cœur gauche. Ces récepteurs sont à l’origine de la régulation à court terme de la PA par le baro-réflexe agissant sur des centres du SNC.
Ces baro-récepteurs sont aussi le point de départ d’un circuit passant par le système nerveux orthosympathique : les fibres sympathiques innervent également l’appareil juxta glomérulaire qui sera donc activé par les baro-récepteurs de l’aorte et du système carotidien --> libération locale de NA sur l’appareil juxta glomérulaire, agissant sur des récepteurs ß1 spécifiques qui vont stimuler la sécrétion de rénine…
ii
Modification de la composition du liquide tubulaire distal
Les
récepteurs de la macula densa sont sensibles au contenu en
sodium et en chlore : la modification de la composition du
liquide tubulaire distal va également contrôler la sécrétion
de rénine.
Il est rare que la volémie intervienne en clinique sur la
pression. Cependant, plus le volume sanguin est important,
plus la pression est élevée, plus il diminue, plus elle est
basse.
La volémie dépend de la teneur de l’organisme en sodium :
adéquation parfaite entre sodium et volémie.
• toute baisse de la teneur en sodium de
l’urine tubulaire distale va être le reflet d’une baisse de l’organisme en sodium, détectée par les récepteurs de la
macula densa --> stimulation de la
rénine.
• toute baisse de la volémie --> stimulation de la
sécrétion de rénine.
iii Stimulation adrénergique
baisse TA -->stimulation adrénergique --> stimulation de l’appareil juxta glomérulaire
iv Rétrocontrôle :
AN II inhibe la sécrétion de rénine
II. FILTRATION GLOMERULAIRE
Première étape de la formation d’urine : filtration du plasma sans les protéines filtrat glomérulaire : urine primitive, U1.
A. Bases morphologiques de la filtration glomérulaire
Le capillaire est formé d’une couche
endothéliale. C’est un des plus perméable de l’organisme. Les
cellules sont au contact d’une membrane basale qui est le
filtre glomérulaire. Au contact de la basale : cellules
épithéliales particulières, les podocytes. La membrane se
réfléchit latéralement et se recouvre d’un épithélium
classique.
Le plasma passe dans la chambre urinaire par filtration sous
l’effet de la pression hydrostatique : traverse la couche
endothéliale la basale, les podocytes.
A.1) L’endothélium capillaire
est de type fenêtré : pores de diamètre important : 50 à 100 nm (lamina fenestrata). L’eau plasmatique passe facilement.
A.2) membrane basale : 3 zones
lamina rara interna
lamina densa
lamina rara externa
gel hydraté formé de collagène entrecroisé avec d’autres
polymères créant des interstices dont la taille moyenne est de
3 à 5 nm.
toute perturbation de la basale modifie la filtration
glomérulaire et de la fonction rénale
A.3) Podocytes
cellules épithéliales particulières, pourvues
de pédicelles(pieds)
pédicelles mineurs interdigités entre eux. Des pores sont
présents : ce n’est pas le facteur de la barrière
glomérulaire.
A.4) Perméabilité de la membrane glomérulaire :
La membrane glomérulaire n’est pas perméable à
toutes les substances du plasma
on l’évalue en mesurant la concentration en substance dans
l’urine primitive et le plasma.
[U1]
------ = 1
[P]
la substance est totalement filtrée : c’est le cas de l’inuline. Elle est totalement filtrée car sa masse molaire est faible : 5400 Da.
Albumine : .
[U1]
------ = 0.01
[P]
Sa
masse molaire est de 69 000 Da – son diamètre est de 3,5 nm.
toutes les substances de masse molaire > 80 000 ne passent
pas.
On s’est aperçu qu’un autre facteur intervient : ce n’est pas
un simple tamisage moléculaire en fonction de la masse des
substances : importance de la charge des substances.
L’albumine est chargée négativement.
Le Dextran est un composé de taille similaire à l’albumine.
Son coefficient de filtration, quelque soit son rayon
moléculaire, varie beaucoup en fonction de sa charge : filtre
beaucoup plus quand il est cationique que quand il est neutre
ou anionique.
--> la membrane est chargée négativement.
A.5) Rôle des cellules mésangiales
Elles sont situées dans l’axe des cellules capillaires. Elles auraient 3 rôles :
i Activité phagocytaire
--> rôle dans l’immunité primaire.
ii rôle structural
de maintien des anses capillaires
iii propriétés contractiles
--> pourraient modifier le diamètre des anses capillaires
baisse de diamètre --> baisse du flux sanguin rénal.
B.
Déterminants de la filtration
glomérulaire
B.1) Débit de filtration glomérulaire
B.2) La pression d’ultrafiltration
On se retrouve dans le cadre de la loi de
Starling à la différence que l’eau plasmatique passe dans la
chambre glomérulaire alors qu’ailleurs elle passe dans le
tissu interstitiel, à la différence aussi que les anses
capillaires ont une porosité supérieure à celle des autres
capillaires de l’organisme. 180 l sont filtrés en 24 h, soit 9
fois plus que dans le reste de l’organisme.
Le moteur de la filtration forcée est la pression
hydrostatique que l’on peut appeler pression
d’ultrafiltration.
DFG : est le volume d’eau plasmatique, contenant des solutés,
qui franchit à chaque minute la barrière glomérulaire.
DFG dépend de la pression d’ultrafiltration, PUF, qui est égal
au gradient de pression hydrostatique existant entre le
capillaire et la chambre urinaire moins le gradient de
pression oncotique entre le capillaire et la cavité
glomérulaire. La pression oncotique de la chambre urinaire T
est nulle : les protéines ne filtrent pas.
PCG = pression hydrostatique du capillaire – c’est le reflet
de l’activité de la pompe cardiaque.
PT = pression hydrostatique dans la chambre glomérulaire, est
due à la pression d’écoulement dans le tube urinaire
πCG = pression oncotique des
protéines du capillaire glomérulaire.
πT = 0
B.3) Rat Munich
La pression hydrostatique dans le capillaire
glomérulaire a pu être mesurée directement chez le rat Munich
qui a des gros glomérules à la surface du rein, d’accès
facile. Chez le rat : PCG = 45 mm Hg.
Par analogie, on pense que chez l’homme la PCG est 45 mm Hg.
A cette PCG s’opposent 2 forces :
• la pression hydrostatique dans la chambre glomérulaire : PT = 10
mm Hg. .
• la pression oncotique du plasma qui tend à retenir l’eau :
πCG = 25 mm Hg.
PUF = PCG - (PR + πCG)
PUF = 45 - (10 + 25) = 10 mm Hg. au pôle afférent.
Un facteur différencie le capillaire rénal des autres
capillaires où la totalité de l’eau filtrée est de 20 l / 24
h. Au niveau du rein : 180 l / 24
--> la pression oncotique diminue tout au long du
capillaire glomérulaire : au pôle efférent, elle sera de 35 mm
Hg : il n’y a plus d’ultra filtration au pôle efférent.
Toute variation de la pression hémodynamique entraîne des
variation du débit de filtration glomérulaire : champ étroit
de 10 mm Hg : cette PUF est fragile.
La pression hydrostatique capillaire peut être augmentée par
une vasoconstriction sur l’artère efférente.
Le DFG est de 125 ml / min : dans les conditions
physiologiques, 125 ml de plasma filtre chaque minute. Or à ce
niveau, l’eau plasmatique filtre de façon importante, alors
que les protéines ne filtrent pas.
La pression oncotique va varier
au départ la concentration protéique plasmatique est de 70 g/l
(l’albumine représente 40 g/l), ce qui correspond à une
pression oncotique de 25 mm Hg : πCG
= 25 mm Hg.
les protéines ne filtrant pas, leur concentration plasmatique
augmente : à la sortie des capillaires, elle est de 87,5 g/l
soit CG = 35 mm Hg.
De ce fait,
• au pôle afférent : PUF = 45 - (10 + 25) = 10 mm Hg.
• au pôle efférent : PUF = 45 - (10 + 35) = 0 mm Hg d’où l’arrêt de
l’ultrafiltration.
C. Composition de l’urine primitive
--> on obtient un ultrafiltrat du plasma qui par définition ne
doit pas contenir de protéine. Mais cela n’est
vraisemblablement pas le cas car il y a des pores de grand
calibre. Ainsi, même dans des conditions physiologiques, une
faible quantité de cellules sanguine et de protéines filtre à
travers la paroi glomérulaire.
Dans U1 : [P] = 0,2 à 0,3 g/l.
[P]PLASMA = 70 g / l
--> rapport urine / plasma de la concentration
protéique = 0,036 : les protéines filtrent très peu.
Si on tient compte d’un DFG de 125 ml / min,180 l/24 h, on
devrait avoir : [P]Udef = 36 g/24 h. Or, : [P]Udef < 150 mg/j.
--> la réabsorption des protéines est quasi totale.
NB : si il y a des lésions du filtre glomérulaire, il y a
passage
• de molécules protéiques et apparition d’une protéinurie : on les
retrouve dans l’urine définitive
• d’éléments cellulaires : hématurie. (l’hématurie peut aussi être
due à un saignement au niveau de l’arbre urinifère lui-même :
vessie, uretère, urètre)
DFG = 125 ml/mn/1,73 m²
Débit plasmatique rénal DPR = 600 ml/mn/1,73 m²
--> FF = DFG/DPR = 20 %
FF : fraction de filtration
Dans la mesure où il n’y a pas de modification de la PUF, le
DFG représente 20 % du DPR.
D. La constance du débit de filtration
Les variations de pression artérielles
devraient avoir pour effet un arrêt de la filtration
glomérulaire (cf. supra)
En fait, pour des variations de pression systémiques comprises
entre 80 et 180 mm Hg, il existe un phénomène d’autorégulation
auquel viennent s’ajouter des mécanismes de régulation
extrinsèque :
système orthosympathique.
D.1) Autorégulation du FSR
| Lorsque la
TA varie entre 80 et 180 mm Hg, le FSR est maintenu
constant. On démontre qu’il s’agit d’une auto-régulation :
mécanisme intrinsèque qui peut être mis en évidence sur le
rein dénervé isolé perfusé et sur le rein greffé. Cette
constance du FSR assure la constance du DFG indispensable
pour que le rein puisse jouer son rôle épurateur du
plasma. Normalement, ces variations de pression devraient avoir des répercussions selon les lois de Starling. On peut imaginer qu’un mécanisme protège les anses capillaires des variations de pression entre 80 et 180 mm Hg. |
|
Le rein comprend 2 systèmes capillaires
• système capillaire glomérulaire elle doit être maintenue à 45 mm
Hg
• système capillaire péri-tubulaire.
Le
système capillaire glomérulaire est précédé par l’artériole
afférente, suivi de l’artériole efférente. On pense que ce
sont les résistances vasculaires qui règnent au niveau de
l’artériole afférente et de l’artériole efférente qui doivent
jouer un rôle majeur.
On imagine un tuyau d’arrosage que l’on serre de plus en plus
fort : le tuyau va gonfler en amont, la pression augmente en amont. De l’autre côté, la pression va diminuer ainsi que
le débit.
une vasoconstriction de l’artériole afférente : augmente les R(AFF) --> augmente Pression du capillaire glomérulaire et du débit plasmatique rénal, baisse
du DFG.
une vasoconstriction de l’artériole efférente : augmentation des résistances de l’artériole efférente -->
baisse du débit plasmatique rénal des capillaires glomérulaires, mais
leur pression augmente : les facteurs se compense et le DFG reste
constant.
-->
influence des résistances sur le débit de filtration
glomérulaire.
En fait, ce mécanisme d’auto-régulation reste mal connu : on a
pensé à un mécanisme qui existerait au niveau de l’artériole
afférente : mécanisme myogénique de Starling :
une augmentation de la pression de perfusion (baisse
du DFG) --> augmente étirement de la paroi de
l’artériole afférente --> vasoconstriction
car présence de baro-récepteurs : baisse du calibre de l’artériole afférente et retour à DFG normal.
A l’inverse, baisse de perfusion --> augmentation du calibre du vaisseau --> maintien du flux
sanguin.
Cette autorégulation a en fait des limites :
baisse du DPR et DFG en dessous de 80 mm Hg.
baisse du DPR et DFG (dans une moindre mesure) au dessus de
200 mm Hg.
D.2) Régulation extrinsèque
Dans
certaines circonstances, hypoxie – stress – exercice physique,
on observe une baisse du DFG.
Lors de l’exercice, les besoins en O2 des muscles sont augmenté : augmentation du débit cardiaque total, augmentation des débits locaux dans certains territoires, et
vasoconstriction dans le territoire rénal.
Facteurs
intervenant :
• Angiotensine II : vasoconstricteur
• à une concentration faible : < 10-12 môle : vasoconstriction
uniquement rénale
• à une concentration > 10-12 môle : vasoconstriction générale
semble agir dans un premier temps sur l’artériole efférente,
puis sur l’artériole afférente
diminue les R à l’écoulement, augmente le DPR, augmente P° hydrostatique, augmente DFG.
--> l’AN II joue t elle un rôle dans la régulation intrinsèque ?
le système rénine – angiotensine est mis en jeu en cas de baisse de pression de perfusion. AN II diminue le DFG si agit sur l’artériole afférente. En fait elle agit sur l’artériole efférente : AN II ne semble pas intervenir dans la régulation intrinsèque (car n’est pas stimulée lors d’une augmentation de pression, mais d’une baisse de pression).
Ø de DFG en présence de AN II : AN II
est normalement stimulée quand la pression de perfusion
diminue
Or dans le mécanisme de régulation intrinsèque, on a une Ø de DFG si on a une
Ú de pression de perfusion : le maillon de la chaine manquant entre l’ de la pression de perfusion et la
de DFG n’est pas AN II puisqu’elle est sécrétée en cas de de
perfusion et dans ces circonstances, la résistance de
l’artériole afférente et DFG.
Le mécanisme de régulation intrinsèque lors d’une augmentation
de pression DFG : c’est ce que fait l’AN II mais elle n’est
sécrétée qu’en cas de diminution de la pression de perfusion.
Autres mécanismes de régulation extrinsèques :
• SN orthosympathique : NA, qui agit directement sur les récepteurs
à l’origine d’une vasoconstriction, et sur les récepteurs
en stimulant la production de rénine et donc d’angiotensine II
Elle agirait surtout sur l’artériole efférente.
Elle peut venir se superposer à l’autorégulation, dans des
conditions pathologiques ou physiologiques.
La NA a un effet vasoconstricteur plus important que AN II.
Il intervient dans l’orthostatisme, l’hypoxie, l’exercice
physique, le stress.
La bradykinine et les prostaglandines ont un effet opposé à
ceux de la NA et AN II : action vasodilatatrice.
III. TRANSPORTS TUBULAIRES
A. Introduction
Le
rôle du rein est le maintien de l’homéostasie, dans un premier
temps la composition du plasma. La filtration glomérulaire est
un phénomène physique.
La régulation va s’exercer au niveau des transports
tubulaires.
--> c’est une fonction complexe.
Le passage d’une substance de la lumière tubulaire dans le
tissu interstitiel rénal puis le capillaire va provoquer un
appauvrissement de l’urine en cette substance : c’est une
réabsorption vers le plasma.
A l’inverse, on peut observer le passage d’une substance du
plasma du capillaire péritubulaire à l’intérieur de la lumière
tubulaire : appauvrissement du plasma et enrichissement de
l’urine : c’est une sécrétion.
L’excrétion concerne tout ce qui sera évacué par le canal
collecteur et les uretères dans la vessie.
Les transferts se font de 2 manières :
voie trans cellulaire
voie para cellulaire : passage entre les cellules : voie très
importante, uniquement dans le tubule proximal.
B. Transports actifs
Les transferts sont une fonction de régulation
: en fonction des besoins de l’organisme, ces échanges se font
par mécanismes contrôlés :
transports actifs : consomment de l’énergie : Na K ATPase
abondante au niveau du tubule proximal.
Il faut distinguer les transports actifs
primaires comme Na K ATPase : le passage à travers la membrane
dépend directement de la consommation d’ATP.
secondaire improprement appelés « cotransports » : ions ou
substances accompagnant un transport actif primaire :
symport : 2 ions, ou un ion et un soluté vont dans le même
sens
antiport : un ion et un autre ion ou un soluté vont dans le
sens contraire.
des transporteurs sont des protéines membranaires
L’ion H+ est sécrété : se rend dans la lumière urinaire
sécrété par la cellule tubulaire par transport actif primaire
(H+ ATPase)
réabsorption par Na K ATPase : 3 Na entrent dans le plasma
pour 2 K qui entrent dans la cellule.
Une Ca2+ ATPase réabsorbe le calcium.
On retrouve une Na K ATPase au niveau de la membrane latérale.
Ces mécanismes de transport actif sont sous le contrôle
d’hormones (exemple : Aldostérone pour le Na).
Les
hormones sont sous le contrôle des variations des éléments
plasmatiques (natrémie, degré d’hydratation) dans le but de
maintenir l’homéostasie.
--> permet des flux unidirectionnels en fonction des
besoins de l’organisme.
C. Canaux ioniques
Outre
les transports actifs, les canaux ioniques permettent le
passage des éléments : canaux à sodium, à chlore,
Les canaux à sodium sont fermés par les diurétiques, ouverts
par les hormones, en particulier l’aldostérone.
Les transferts par les canaux ioniques sont plus rapides que
par les pompes, mais ils sont en nombre limité.
Transports passifs : diffusion simple en fonction d’un
gradient de concentration par exemple, d’un gradient
osmotique, le plus souvent par la voie paracellulaire, au
niveau du TPC. C’est principalement le cas de l’eau : emmenée
par un gradient osmotique en faveur de son passage de la
lumière vers l’interstitium : entraînement par solvant.
Notion de seuil rénal.
Beaucoup de transports se font par mécanisme actif : il y a
une saturation. Quand la concentration d’une substance
dans la lumière tubulaire rénale, elle est réabsorbée
activement jusqu’à saturation : on atteint le seuil rénal,
correspondant à la concentration de cette substance dans le
plasma, (du capillaire glomérulaire pour la réabsorption – du
capillaire péri tubulaire pour la sécrétion ) pour laquelle la
capacité maximale de transfert tubulaire est saturée, le Tm
est atteint.
Ex : PAH, sécrété, jusqu’à un seuil saturable car le mécanisme
est actif.
IV. LES CLAIRANCES RENALES
A. Définition
Elle est liée au rôle du rein : rôle
d’épuration du plasma (to clear en anglais).
On dit clearance ou clairance (s’applique aussi au foie).
A chaque instant, on a filtration de plasma à travers la
membrane glomérulaire : eau et les différents constituants.
|
La clairance est le volume de plasma débarrassé d’une substance par le rein en un minute |
C’est un volume virtuel.
B. Modalités d’expression
Cas
de l’urée : la clairance de l’urée est : = 67 ml / min.
Le DFG = 125 ml / min : chaque minute, 125 ml d’eau
plasmatiques sont filtrés, et à chaque minute, le rein
débarrasse totalement l’urée contenue dans 67 ml de plasma.
La mesure de la clairance est utilisée en néphrologie pour
mesurer la fonction rénale.
La clairance est un débit.
--> la capacité du rein d’épurer le plasma de l’urée
qu’il contient n’est pas optimale. Cela veut dire que outre le DFG vont s’ajouter des mécanismes de réabsorption et de
sécrétion.
|
|
Si une
substance est simplement filtrée (pas de réabsorption), C
= 125 ml / mn. Cela veut dire que DFG = C quantité filtrée = quantité excrétée |
| • quantité
filtrée = DFG x P ([c] de la substance dans le plasma) |
• quantité excrétée = V x P
débit de l’urine
[c] de la substance dans |
| • DFG x P = V x U |
UV C = ---- P avec U en mg/ml V en ml/mn P en mg/ml |
UV
C = ----
P
Normalement,
V ≈ 1 ml / min
--> on peut calculer la clairance d’une substance en
connaissant les concentrations.
On peut facilement calculer la clairance d’une substance
donnée :
recueil d’urine sur un certain temps : mesure du volume
d’urine – par exemple sur 2 h - après avoir fait évacuer la
vessie au temps 0. On mesure la concentration de la substance
dans l’urine et dans le plasma.
C. Le concept de clairance
Il y a 4 types de substances en ce qui concerne les clairances :
|
|
|||
|
Substances
uniquement filtrées, non retouchées au niveau du tubule |
Substance
filtrées puis réabsorbées au niveau du tubule |
Substances filtrées puis secrétées au niveau du tubule. |
Substances filtrées, réabsorbées et sécrétées |
Les 3 derniers types sont des clairances glomérulo-tubulaires.
D.
Mesure du flux plasmatique rénal
| C’est la
quantité de plasma qui perfuse l’ensemble des 2 reins à
chaque minute FPR < FSR car sang = plasma + éléments figurés. Pour mesurer le FSR, on utilise une substance, le PAH : acide para-amino-hippurique qui, à une concentration inférieure à 50 mg/l a la propriété d’être totalement épuré du sang : le PAH est d’abord filtré puis sécrété. C(PAH) = FPR |
|
Le
processus de sécrétion est un mécanisme actif : si [PAH] > 50
mg/l, on a une saturation du processus de sécrétion --> on retrouve du PAH dans le sang veineux.
Pourquoi la clairance du PAH est elle égale au flux
plasmatique rénal ?
Si [PAH]A < 50 mg / l --> [PAH]V
= 0
Soit [PAH]A = PA et [PAH]V = PV
La quantité de PAH qui pénètre dans les 2 reins = FPR x PA
La
quantité de PAH qui va sortir des reins = U x V +
FPR x P(V)
éliminée sort par
par les reins les veines
FPR x P(A) = FPR x P(V) + UV
FPR (PA-PV) = UV
UV
FPR = ------- = C(PAH)
PA
Si
[PAH]A > 50 mg/l [PAH]V 0
--> La mesure de la concentration
veineuse rénale nécessite alors un cathétérisme sélectif.
Pour la mesure du FPR, on injecte du PAH en perfusion et on
attend que sa concentration se stabilise, à un niveau
inférieur à 50 mg / l, puis on mesure la clairance du PAH.
--> FPR = 600 ml/min/1,73 m² : on ramène
toujours les constantes rénales à la surface corporelle
(abaques fonction du poids et de la taille de Dubois et
Dubois).
Si l’hématocrite est de 45 %, FSR = 1100 ml/min/1,73 m².(1000
chez la femme).
Le traitement du PAH par le tubule rénal se fait par un
mécanisme actif : il existe un seuil.
Le Tm PAH correspond à la concentration qui sature la
sécrétion : 50 mg / l.
|
|
|
Tm est le transport maximal du PAH.
50 mg / ml est la valeur seuil de la concentration du PAH à
partir de laquelle la sécrétion du PAH est saturée.
La quantité excrétée par les reins est égale à la quantité
filtrée + la quantité sécrétée.
Le Tm PAH = quantité sécrétée qui correspond à la valeur
seuil. Elle peut être déterminée graphiquement : différence
entre QE – QF : quantité excrétée – quantité filtrée. Il
correspond à un plateau.
La quantité filtrée est proportionnelle à la
concentration du PAH dans le plasma : PA x DFG.
C’est ce qu’on appelle la charge filtrée.
La quantité sécrétée atteint un plateau à 50 mg / l : valeur saturante correspondant à la valeur seuil du rein.
La quantité excrétée U.V est égale à la
quantité filtrée + quantité sécrétée.
A partir de 50 mg / l, il y a parallélisme entre U.V et F
La clairance du PAH n’est constante que pour les faibles
concentrations plasmatique. Au-delà, la clairance se rapproche
du DFG (125 ml / min).
Tm PAH = 50 x 0,125 l / min = 70 mg / min
FPR = C(PAH)
E. Mesure du débit de filtration glomérulaire DFG
Il est mesuré par la
clairance d’une substance X totalement filtrée, ni réabsorbée
ni sécrétée.
Elle doit être filtrée librement : de faible masse
moléculaire.
Pour de telles substances, la quantité filtrée est égale à la
quantité excrétée
QF = QE
DFG x P(x) = U(x) x V
P(x) = [x] pl (mg/ml)
U(x) = [x] u (mg/ml)
U(x) x V
DFG = --------------
P(x)
DFG = UxV/Px = Cx
C’est la clairance glomérulaire.
E.1) Clairance de l’inuline
La
concentration d’une substance filtrée non réabsorbée et non
sécrétée permet la connaissance du DFG à condition que cette
substance soit non détruite, non produite par le rein, sans
effet sur le rein.
Parmi les substances de cet type, une est utilisée en clinique
:
l’inuline
PM 5400 Da
polymère du fructose
l ibrement filtrée
ni réabsorbée ni sécrétée
La clairance est de 125 ml/mn/1,73 m² : clairance
glomérulaire. Cela permet de connaître le DFG.
Le problème est qu’il s’agit d’une substance exogène : aussi
faut il la perfuser et maintenir constant le débit pour
maintenir constante la concentration plasmatique.
La détermination de la clairance est importante dans
l’exploration fonctionnelle rénale car toute insuffisance
rénale se traduit par une diminution de la clairance d’autant
plus que l’atteinte rénale est importante.
Protocole : on perfuse l’inuline, on mesure sa concentration
plasmatique en attendant que sa concentration se stabilise à
environ 1 mg / ml. Puis on mesure toutes les ½ h. On recueille
les urines pendant 2 h et on mesure la concentration en
inuline, on relève le débit urinaire.
La clairance à l’inuline, substance exogène est
relativement difficile à mesurer.
E.2) Clairance de la créatinine
On utilise aussi en clinique la créatinine, qui
à la différence de l’inuline est une substance endogène : il
n’y a pas besoin de perfusion IV.
La créatinine dérive de l’hydrolyse de la créatine phosphate
aussi appelé phosphagène. C’est le stock d’ATP du muscle.
La créatine phosphate, en donnant un phosphore à l’ADP
(contraction musculaire) pour le régénérer en ATP est
transformée en créatinine par hydrolyse.
Le muscle constitue une source endogène qui a l’avantage de
produire de la créatinine à taux constant.
La production de la créatinine dépend de la masse musculaire;
elle est d’autant plus élevée que la masse musculaire est
importante.
Elle se trouve dans le plasma à taux constant. Elle va être
filtrée. A la différence de l’inuline, elle est légèrement
sécrétée, d’autant plus que la concentration en créatinine est
importante.
C’est la valeur utilisée pour étudier une insuffisance rénale.
Ccréat = 120 ml/mn/1,73 m² (100 chez la femme).
Bien que la créatinine soit sécrétée, on l’utilise plutôt que
l’inuline pour mesurer le DFG car c’est un protocole plus
facile que celui utilisé pour l’inuline :
• prélèvement sanguin : mesure de la concentration plasmatique
• recueil d’urine pendant un temps donné
• mesure de la concentration urinaire
• mesure du volume urinaire.
Autres indicateurs pouvant être utilisés pour calculer le DFG
mais qui sont rarement utilisés : sucres:
• manitol
• sorbitol
F. Les clairances glomérulo-tubulaires
Le nombre de substance ayant une clairance
glomérulaire est réduit.
Généralement, les substances sont d’abord filtrées puis
sécrétées, ou réabsorbées, ou les deux.
Une substance filtrée et réabsorbée a une clairance inférieure
à celle de la créatinine.
Filtration + sécrétion : clairance supérieure à celle de la
créatinine, cf. PAH : CPAH > Cinuline.
Filtration + sécrétion + réabsorption : la clairance pourra
être supérieure ou inférieure à celle de la créatinine.
Les mécanismes de réabsorption sont généralement des mécanismes actifs : avec seuil. La totalité de la substance est réabsorbée quand sa concentration est inférieure au seuil. C’est le cas des substances indispensables au fonctionnement de l’organisme.
F.1) Exemple : Glucose :
Dans
des conditions physiologiques, quand la glycémie est normale,
la totalité du glucose est réabsorbée.
--> la clairance du glucose est égale à 0.
Jusqu’à une concentration de 1,8 g / l. Le glucose est filtré
et totalement réabsorbé : la glycosurie est nulle. Quand la
concentration artérielle dépasse 1,8 g/l, la glycosurie
apparaît car la réabsorption qui se fait par des mécanismes
actifs est saturée et le glucose ne peut être totalement
réabsorbé. La glycosurie est un bon test de dépistage du
diabète sucré.
Le glucose dans la lumière tubulaire va exercer une osmolalilté qui va empêcher la réabsorption de l’eau, augmente la polyurie :augmentation du débit urinaire définitif --> déshydratation --> mise en jeu du mécanisme compensateur de la soif : polydipsie.
--> c’est un exemple de clairance glomérulo-tubulaire < Cinuline.
La clairance de l’inuline est indépendante de la concentration
du plasma en inuline : il s’agit d’une simple filtration. Pour
le PAH, plus la concentration augmente et plus la clairance
diminue. Pour le glucose, plus la concentration augmente, plus
la clairance augmente.
VI. TUBULE PROXIMAL
A.
Morphologie des cellules du
tube proximal
Les cellules du TCP sont polarisées, à l’origine de transfert unidirectionnel. L’équipement enzymatique est riche avec beaucoup de mitochondries : tout l’équipement nécessaire aux transports actifs.
B. Réabsorption du sodium au niveau du tube proximal
Le sodium est le principal cation du LEC. Sa
quantité doit être maintenue constante.
Une grande partie du sodium filtré est réabsorbé par le TCP.
Le sodium n’est jamais sécrété.
La réabsorption se fait par un mécanisme actif. De ce
mécanisme de réabsorption vont dépendre des mécanismes actifs,
secondaires à la réabsorption du sodium (d’où son importance).
La cellule tubulaire proximale
U1 = plasma sans les protéines.
Na est dans le plasma sous forme Na Cl et Na HCO3. Ils sont à
l’état dissocié.
2 facteurs sont en faveur de l’entrée de Na
dans la cellule :
• les cellules du TCP ont un potentiel négatif de – 70 mV.
• la concentration du sodium dans la cellule est faible.
L’entrée du sodium du côté apical se fait aussi par des
mécanismes de cotransport avec
glucose
ions bicarbonate
acides aminés.
La
membrane basale est porteuse de nombreuses pompes Na K ATPase
qui vont faire sortir le sodium de la cellule, maintenant la
concentration intracellulaire du sodium constant : transfert
unidirectionnel dont le moteur est en fait la pompe Na K
ATPase. Le sodium est ensuite expulsé dans le milieu
interstitiel et repasse dans les capillaires péritubulaires.
Les ions Na passent la membrane apical en antiport avec les
ions H+.
Les ions H+ sont sécrétés.
Les ions Cl Le potentiel interne de la cellule est négatif :
les ions Cl ne peuvent pas diffuser à l’intérieur de la
cellule. Il semble que leur réabsorption passe par un échange
avec les ions formates HCOO- qui sont sécrétés : l’acide
formique est un acide faible. Il pénètre dans la cellule par
diffusion non ionique ; il se dissocie en donnant un ion H+
échangé contre un Na+ et un ion formate qui est sécrété. A
chaque fois qu’un ion formate est sécrété, un ion Cl entre
dans la cellule transfert
électro-neutre de Na+ et CL- : en particulier dans le TCP.
--> les mécanismes qui participent à la
retouche tubulaire dépendent de transporteurs et de mécanismes
de transport actifs secondaires. Tout est lié à la
réabsorption du sodium .
Dans la partie terminale du tube proximal, il interviendrait
un passage au niveau des espaces inter cellulaires par
entraînement du Cl par le Na.
60 à 70 % du sodium filtré sont réabsorbés au niveau du tube
proximal.
--> gradient osmotique entre le tissu interstitiel et l’urine tubulaire. Ce sera le moteur de la réabsorption de l’eau : 60 à 70 % de l’eau filtrée.
--> dans le tube proximal, la réabsorption est massive et iso
osmotique : pour 140 mEq de Na réabsorbé, 1 litre d’eau est
réabsorbé.
A la fin du tube proximal on a donc réduit le volume d’urine
de 70 %. La composition de U1 est peu modifié : l’effet du
tube proximal est surtout quantitatif.
C.
Entrée de l’eau et du NaCl et
d’eau dans les capillaires péritubulaires
Application
de l’hypothèse de Starling
La pression oncotique est très élevée : 35 mm Hg car la
filtration très importante de l’eau plasmatique, fait
augmenter la concentration des protéines, pouvant atteindre
une pression oncotique de 35 mm Hg.
L’artériole efférente est en vaso-constriction : dans le
circuit lui faisant suite la pression de perfusion chute dans
les capillaires péritubulaire (10 mm Hg)
en faveur du retour de l’eau.
D.
Inter relation entre débit de
filtration glomérulaire et réabsorption tubulaire proximale
La
filtration glomérulaire détermine la concentration en
protéines des capillaires péritubulaires :
plus la filtration augmente, plus la concentration
des protéines augmente dans les
capillaires péritubulaires, et le mécanisme de réabsorption
est plus important.
Si DFG diminue, la pression oncotique diminue, la réabsorption sera moins importante.
E. Réabsorption d’autres solutés
Les transports au niveau de la membrane
apicale.
Le passage du sodium se fait par un antiport avec H+.
glucose, acides aminés, phosphates : transporté en même temps
que le sodium, en synport.
De même il existe un lien entre la réabsorption du sodium et
des ions bicarbonates.
E.1) glucose :
chez
l’homme sain non diabétique, la quantité filtrée est égale à
la quantité réabsorbée.
C’est un des facteurs qui maintient constante la glycémie.
Le tube proximal est le site majeur de la réabsorption du
glucose : il réabsorbe la totalité du glucose filtré. C’est un
mécanisme de transport actif secondaire : il est saturable.
Quand la glycémie augmente, la charge filtrée augmente --> saturation de la réabsorption à partir d’un seuil de 1,8 g /
l. La glycémie normale est de 0,8 à 1 g / l. Chez le
diabétique, le glucose ne peut plus entrer dans la cellule et
il a donc intérêt à se débarrasser du glucose en excès.
Evolution
des débits de glucose en mg / min en fonction de la glycémie
:
Jusqu’à 1,8 g / l la quantité réabsorbée est égale à la
quantité filtrée --> E = 0.
Le seuil est atteint à partir de 1,8 g/ l et la quantité
excrétée devient proportionnelle à la quantité filtrée.
La courbe est arrondie : la saturation des mécanismes de
réabsorption n’est pas identique dans tous les néphrons. --> traduit l’hétérogénéité des néphrons.
• La capacité de la totalité des néphrons est dépassée à 3,5 g / :
seuil maxima. (varie d’un individu à l’autre).
• Le seuil moyen correspond au prolongement de la courbe
d’excrétion : 2,5 à 2,9 g. l-1.
Calcul
du Tm du glucose : quantité maximale qui peut être réabsorbée
: QR = QF – QE.
En moyenne : 350 mg . min-1. (pas à savoir mais savoir le
calculer).
Le glucose est filtré en grande quantité dans le diabète. Il
va se trouver en grande quantité dans le tube proximal. L’eau
est réabsorbé en même temps que le sodium. Le glucose non
réabsorbé, par son effet osmotique, va s’opposer à la
réabsorption de l’eau : polyurie par diurèse osmotique -->
déshydratation, détectée --> polydipsie.
--> Glycosurie + Polyurie + Polydipsie = diabète
sucré.
QE = QF - QR
E.2) Acides aminés
Ils sont précieux pour le fonctionnement de
l’organisme.
Ils sont récupérés par le rein : passent la membrane luminale
par un co-transport lié au sodium : c’est un mécanisme actif
secondaire.
Concentration dans le plasma : 500 mg / l. Ils entrent dans le
plasma au moment de la phase digestive. Ils servent à la
synthèse des protéines. Certains sont précurseurs d’hormones.
Ce sont des petites molécules qui filtrent librement en
totalité au niveau de la barrière glomérulaire.
La charge filtrée est égale à la concentration x débit de
filtration glomérulaire
0,5 g x 180 l / 24 h : 90 g / 24 h.
La quantité excrétée est de 1 g /24 h : la presque totalité
des acides aminés a été réabsorbée.
C’est un mécanisme actif secondaire, qui comme pour le glucose
est saturable.
Il existe plusieurs mécanismes pour les acides aminés :
plusieurs types de transporteurs.
acides (a. glutamique)
neutres
basiques (glutamine)
L’amino
acidurie normale est très faible.
Dans les conditions normales le rein réabsorbe tous les acides
aminés ayant filtré : le rein assure la constance de l’amino
acidémie.
Cependant dans certaines circonstance on observe des amino
acidurie
• par saturation des mécanismes de réabsorption : une anomalie
métabolique provoquant une concentration excessive d’un acide
aminé dans le sang et saturation des mécanismes de transport
--> amino acidurie spécifique
• par déficience des transports spécifiques
--> maladie de Hartnup (tryptophane baisse donc manque de tryptophane dans le métabolisme), cystinurie,
maladie de Fanconi. (retenir les mécanismes, pas les noms).
E.3) Les ions phosphates
Présents en grande quantité dans l’organisme :
700 g. Il participe avec le calcium à la constitution de l’os.
Le squelette contient environ 90 % du phosphate total de
l’organisme : forme minérale.
Dans les tissus mous, le phosphore est sous forme organique :
liaisons riches en énergie, phospholipides : ions phosphates.
Dans le LEC : 1 % de la totalité du stock de
l’organisme. La phosphatémie est de 1 mmol / l.
Ce sont de petits ions, filtrés librement, réabsorbés presque
totalement dans les conditions normales de phosphatémie : ions
utiles à l’organisme.
Le seuil rénal est de 1 mmol / l : quand la phosphatémie
augmente les
phosphates sont excrétés : contribue dans une certaine mesure
à maintenir constante la phosphatémie.
La réabsorption se fait par un co-transport électro neutre
avec le sodium.au niveau de la membrane apicale (2 Na+ pour un
ion HPO42-)
Le
seuil rénal des phosphates varie en fonction de nombreux
facteurs physiologiques :
enfant : seuil plus élevé que chez l’adulte (besoin d’édification
du squelette).
activité physique : diminue le seuil --> phosphaturie plus élevée
apport alimentaire en phosphates : ration riche --> abaisse le seuil : --> excrétion urinaire. Le seuil s’élève si la ration est pauvre
en phosphate pour mieux préserver les phosphates.
le calcium a un effet sur la phosphaturie : il y a en général
compétition entre le calcium et les ions phosphates. Le
calcium freine la réabsorption des ions phosphates quand la
teneur du régime est faible en calcium. Il augmente la
réabsorption des phosphates quand le régime est riche en
calcium.
facteurs hormonaux
parathormone : sécrétée par les glandes parathyroïdes. Elle
stimule l’excrétion des phosphates en abaissant le seuil
rénal.
La vit D a l’effet inverse : freine l’excrétion des phosphates
en augmentant le seuil de réabsorption.
E.4) Bicarbonates
Il
existe d’autres mécanismes de réabsorption du sodium au niveau
du tube proximal, dont un mécanisme dépendant de la
réabsorption des bicarbonates.
La réabsorption des bicarbonates
Dans la lumière du tube proximal. Les ions Na+ sont sous forme
de NaCl et bicarbonates.
Une partie des ions Na+ est réabsorbée en antiport en échange
avec les ions H+.
Les bicarbonates sont le principal tampon du LEC et de
l’urine. Ils vont tamponner les ions H+ -->
H2CO3 : les bicarbonates prennent en charge les ions H+
sécrétés en échange avec Na+ . L’acide carbonique va être
dissocié très rapidement dans la lumière tubulaire en H2O et
CO2 grâce à l’anhydrase carbonique de la bordure en brosse.
--> genèse d’un gradient de CO2 qui va
entrer dans la cellule tubulaire proximale. C’est le siège de
mécanismes actifs produisant du CO2.
Des capillaires péritubulaires vont libérer du CO2 qui rejoint
la cellule.
A l’intérieur de la cellule il existe aussi une anhydrase
carbonique qui en présence d’eau va donner H2CO3 qui en se
dissociant va donner HCO3- et H+ qui va être sécrété.
Schéma récapitulatif : réabsorption des ions sodium et
bicarbonates.
Na et HCO3- sont réabsorbés en même temps.
La réabsorption des bicarbonates dépend de la sécrétion des
ions H+. En absence de sécrétion de H+, les bicarbonates ne
sont pas tamponnés et il ne se forme pas d’acide carbonique.
Ce ne sont pas les bicarbonates qui sont réabsorbés : ils sont
réabsorbés à travers le CO2. Les bicarbonates ne passent pas
la membrane apicale : il faut un recyclage des ions H+.
Pour chaque bicarbonate réabsorbé, il y a un ion H+ qui est
sécrété.
La réabsorption des bicarbonates et celle du sodium sont
liées.
Un rôle fondamental est joué par l’anhydrase carbonique.
Si on bloque l’AC, les bicarbonates ne sont pas réabsorbés,
ainsi qu’une partie de la réabsorption du Na et de l’eau : on
utilise dans certaines circonstances un inhibiteur de l’anhydrase
carbonique, l’acétazolamide (Diamox®). C’est un diurétique.
Les ions bicarbonates sont toujours réabsorbés, jamais
sécrétés.
Le
seuil des bicarbonates est de 27 mEq / l.
La bicarbonatémie normale est de 27 mmol / l (un peu plus
basse chez le jeune enfant) : le rein récupère les
bicarbonates de sorte que la bicarbonatémie soit constante.
C’est en effet le principal tampon de l’organisme, du LEC en
particulier : il faut récupérer les bicarbonates et ils ne
doivent pas être en excès.
bicarbonatémie augmente: alcalose métabolique
bicarbonatémie diminue: acidose métabolique.
Le seuil de réabsorption varie en fonction de la situation de
l’équilibre acido basique
acidose --> le seuil augmente pour tamponner les ions H+ en excès.
alcalose --> le seuil diminue
F.
TRANSFERTS DU SODIUM APRES LE TUBE
PROXIMAL
F.1. Transferts au niveau de l’anse de Henlé.
20 % du sodium filtré est réabsorbé à ce
niveau.
La branche ascendante de l’anse de Henlé (premier segment du
tube distal) est le siège d’une réabsorption de sodium sans
réabsorption d’eau (imperméabilité des cellules à l’eau) =
effet élémentaire.
• transport actif par la Na-K
ATPase à la membrane basale
• co-transport électriquement neutre de 2 Cl- pour 1 K+ et un Na+
au pôle apical.
• K+ retourne dans la lumière tubulaire
• NaCl s’accumule dans l’interstitium.
Ce processus est à l’origine du gradient d’osmolalité
cortico-papillaire.
F.2. Transferts au niveau du tube contourné distal et du canal collecteur.
Ils
aboutissent à la réabsorption de la presque totalité du Na+
contenu dans l’urine.
C’est une réabsorption active.
Elle est contrôlée par l’aldostérone qui augmente la perméabilité de
la membrane luminale à Na+ et K+ avec augmentation de la production d’ATP et de l’activité de la pompe Na-K
ATPase.
G. POTASSIUM
Principal cation intracellulaire.
La kaliémie est la valeur défendue : le rôle du rein est de
maintenir la kaliémie constante. Elle ne représente que 4 mmol
/ l.
Pour 5 l de plasma : représente 20 mmol.
L’alimentation apporte des quantités importantes : 40 à 150
mmol / j.
Elles vont se répartir dans un premier temps dans le plasma
puis dans l’ensemble du LEC. La kaliémie augmente à la suite
des repas.
2
solutions possibles
faire entrer le potassium dans la cellule où la concentration
est très élevée, et ne changera donc peu.
le rein maintien constant la kaliémie
en hypokaliémie, le rein réabsorbe les ions K+
en hyperkaliémie, le rein sécrète les ions K+.
Au niveau du TPC, les ion K+ sont réabsorbés faiblement. Leur
réabsorption suit celle du sodium. Il semble que le passage
des ions K+ se fasse au niveau des espaces intercellulaires.
La membrane cellulaire proximal serait imperméable au
potassium.
Au niveau des portions plus distales du néphron, sur le canal
collecteur, le potassium est surtout sécrété, en fonction des
variations de la kaliémie : l’augmentation de la kaliémie
entraîne une sécrétion accrue du potassium et inversement.
Au niveau du segment distal du néphron, la réabsorption du Na
et la sécrétion du K est sous contrôle d’une hormone,
l’aldostérone.
La sécrétion de l’aldostérone est stimulée par l’angiotensine
II et par une augmentation de la kaliémie. Elle agit sur un
récepteur qui va agir au niveau du noyau, va stimuler
l’expression des gènes qui codent pour la Na K ATPase de la
membrane baso latérale, les canaux ioniques Na+, K+, et pour
l’échange Na+ - H+.
--> Sur le tube proximal : réabsorption massive iso
osmotique du sodium, de l’eau, du glucose, des acides aminés,
bicarbonates, phosphates.
Dans la partie distale du néphron, il intervient des
régulations par l’intervention d’hormones, de facteurs locaux.
L’aldostérone est stimulée par l’hyperkaliémie --> libération de l’aldostérone qui se lie à des récepteurs du
tube distal, qui activent l’expression des gènes --> augmentation du nombre et de l’activité des Na K ATPases, augmentation des canaux à sodium --> réabsorbe le
sodium, qui retourne dans le capillaire péritubulaire. La
perméabilité membranaire au potassium est augmentée, le K+ est
excrété : on compense l’hyperkaliémie par une fuite urinaire
de K+.
REPRODUCTION COMPLETE OU PARTIELLE INTERDITE