Physiologie Les reins

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1 Physiologie Les reins Fonction rénale : - l équilibre hydro électrolytique Les reins contrôlent le contenu en eau / ions du milieu intérieur en régulant les échanges de ces substances entre la circulation sanguine et l urine. Les fonctions des reins : - Régulation du volume du LEC et de la pression artérielle - Régulation de l osmolarité (la teneur en particule active) - Maintient de l équilibre ionique : Na+, K+ et Ca++ - Régulation de l équilibre acide-base - Elimination des déchets : créatinine, urée, urobilinogène, hormones, - Production d hormones : EPO et rénine L appareil urinaire : - reins, uretères, vessie et urètre - eau et soluté contenu dans le plasma passe dans la lumière des tubules appelés néphrons (vont modifier la majeure partie du tissu rénal qui vont modifier la composition de ce liquide au cours de son écoulement traitement du filtrat) - les uretères se chargent de conduire ce liquide à la vessie - il sortira par l urètre pour être éliminé Le néphron : - unité fonctionnelle du rein - 80% se trouvent dans la partie corticale - 20% se trouve dans la zone médullaire - chaque rein = 1 million de néphrons

2 - chaque néphron est associé à des vaisseaux sanguins spécialisés Les 3 fonctions du néphron : 1) Filtration : mouvement du liquide du sang vers la lumière du néphron, a lieu dans le corpuscule rénal, aboutit à la formation du filtrat ou urine primitive 2) Réabsorption : retour vers le sang capillaire péritubulaire de substances contenues dans l urine primitive (filtrat) 3) Sécrétion : extraction de substances dans le sang qui vont passe dans l urine primitive (filtrat) Les éléments vasculaires du rein : - Sang arrive dans le rein par l artère rénale qui se divise par la suite en petites artères qui envoient des artérioles dans la corticale - Artériole afférente dans un réseau de capillaires en forme de pelote : le glomérule - Artériole efférente qui débouche dans des capillaires péritubulaires qui entourent le tubule - Capillaires rénaux débouchent dans des veinules qui se drainent dans des veines conduisant le sang hors du rein par la veine rénale Le sang sera filtré au niveau du glomérule. La réabsorption des substances qui vont dans le sang se fait au niveau des capillaires péritubulaires. Eléments tubulaires du rein : - Glomérule entouré par la capsule de Bowman, leur endothélium est fusionné de sorte que le liquide de filtration provenant du capillaire passe directement dans la lumière du tubule - Liquide part dans le tube contourné proximal, dans l anse de Henlé, dans le tube contourné distal, dans le tube collecteur qui passe de la corticale à la médullaire et qui se termine dans le bassinet. Une fois dans le bassinet, le liquide s appelle urine. - La partie finale de la branche ascendante de l anse de Henlé passe entre l artériole afférente et l artériole efférente ce qui forme l appareil juxtaglomérulaire L osmolarité : - Nombre de particule en solution / nombre de particule par litre de solution - La molarité est le nombre de particules dissoutes par litre de solution (mol/l) - Ce qui est important dans l osmolarité c est le nombre de particules et non de molécules, car certaines molécules de dissocient en ions lorsqu elles sont en solution. Exemple : - le glucose se dissout dans l eau en une seule particule alors que lorsque le NaCl se dissout dans l eau, les ions se séparent en Na+ et Cl- Comment passer de la molarité à l osmolarité? - molarité [mol/l] x nombre de particules / molécules = osmolarité [osmol/l] - 1M de NaCl x 2 = 2 osmol/l de NaCl (2 car le NaCl devient Na+ et Cl- lorsqu il se dissout) - L osmolarité normale du corps humain varie entre 280 et 296 osmol/l, on arrondit donc cette valeur à 300 osmol/l

3 Quelques chiffres : - Dans la capsule de Bowman, il y a 180 litres par jour à. L osmolarité dans la capsule de Bowman est de 300 mosm - A la fin du tube contourné proximal, il y a 54 litres par jour. L osmolarité = 300 mosm - A la fin du tube collecteur, on ne retrouve que 1,5 litres d urine ayant une osmolarité variant entre mOsM. Seulement 1,5 litre sera évacué par jour, les 178,5 litres restant sont réabsorbés. Iso-osmotique / hypo-osmotique : - Tube proximal : réabsorption des substances dissoutes accompagnée d eau. Ce tube est chargé de reprendre du liquide iso-osmotique - Anse de Henlé : l urine primitive sera diluée par réabsorption de solutés et d un peu d eau. L urine devient hypo-osmotique par rapport au plasma. A ce niveau du trajet, 90% du volume filtré dans la capsule de Bowman a été réabsorbé dans les capillaires. - Tube contourné distal et tube collecteur : il ne reste plus que 1,5 litre de filtrat (urine) avec une osmolarité comprise entre 50 et 1200 mosmol/l. La régulation hydroélectrolytique sera sous le contrôle de plusieurs hormones. La filtration : Le corpuscule rénal comprend 3 barrières de filtration. 1) l endothélium du capillaire : Fenêtré, tapissé de protéines, ne laisse pas passer les cellules sanguines et le protéines 2) une membrane basale : agit comme un tamis et empêche les protéines qui auraient passer l endothélium de passer plus loin 3) l endothélium de la capsule de Bowman : cellules spécialisées, des podocytes : ils émettent des prolongements appelés pédicelles qui entourent les capillaires glomérulaires. réseau qui augmente la surface de drainage. La filtration est réalisée grâce à la pression hydrostatique intracapillaire. Ce mécanisme est influencé par : - La pression hydrostatique : du sang qui traverse les capillaires glomérulaire pousse le liquide à travers l endothélium, pression = 55mm Hg - La pression oncotique : dans les capillaires est supérieure à celle du liquide contenu dans la capsule de Bowman. Une pression de 30 mm Hg qui favorise le mouvement du liquide vers les capillaires. - Liquide dans la capsule de Bowman crée une pression hydrostatique de 55mm Hg qui s appose au liquide qui arrive dans la capsule. Le liquide filtré doit donc déplacer le liquide déjà présent dans la capsule de Bowman. Cette pression qui s oppose à la filtration est de 15mm Hg. VOIR SCHEMA p.19 Quelques chiffres : - Le volume de liquide filtré dans la capsule de Bowman par unité de temps est le débit de filtration glomérulaire (DFG) - Ce débit est d environs 125 ml/min soit 180 litres par jour. - Le volume total de plasma est de 3 litres, ce qui signifie que tout le volume plasmatique du corps est filtré 60 fois par jour ou 2,5 fois par heure

4 Le DFG est contrôlé par régulation du débit sanguin des artérioles rénales. (Vasoconstriction et vasodilatation entraînent des changements de pression hydrostatique) Lorsqu il y a vasodilatation, il y aura plus de sang dans l artériole afférente donc le DFG sera plus élevé. Au contraire, s il y a vasoconstriction, le diamètre de l artériole afférente sera plus petit, le DFG sera lui aussi diminué. Si l on vasoconstricte l artériole efférente, il y aura une augmentation de la pression hydrostatique dans le glomérule, ce qui entraînera une augmentation du DFG. La macula densa : - Portion modifiée de l épithélium du tubule Cellules granulaires : - parois adjacente de l artériole afférente contenant des cellules musculaires lisses spécialisées. - Ces cellules sécrètent de la rénine, une enzyme impliquée dans le contrôle de l équilibre hydro-électrolytique. Schéma p.22 La réabsorption : - il y a 99% du liquide filtré qui est réabsorbé lors de son trajet dans les néphrons. La majeure partie de la réabsorption a lieu dans les tubes proximaux et une petite partie dans les tubes distaux. La réabsorption peut être active ou passive : - Transport actif des Na + : l urine primitive qui sort de la capsule de Bowman et qui passe dans le tube contourné proximal a les mêmes [concentrations] de substances dissoutes que le LEC (liquide extracellulaire). Ces substances vont quitter la lumière tu tubules grâce au transport actif des Na+ par lequel les cellules du tubules créent une différence de [ ] et un gradient électrochimique. L eau suit les solutés réabsorbés par osmose. Le transport des Na+ fournit la principale force motrice de la plupart des mécanismes rénaux de réabsorption. Schéma p.24 - Transport actif secondaire : Symport avec le Na+ permet les réabsorption de nombreuses substances comme le glucose, les acides aminés, les ions et des métabolites organiques - dans la membrane apicale il y a des cotransporteurs qui poussent des substances à être transportées contre leur gradient de [ ] en utilisant l énergie fournie par le Na+ qui se déplace suivant son gradient de [ ]. - Le Na+ est pompé à l extérieur de la cellule tandis que les substances cotransportées sortent de la cellules par diffusion facilitée. - Les mécanismes de transport : - Saturation : débit maximal lorsque tous les transporteurs disponibles sont occupés. - Spécificité : capacité de transporter un seul type de molécule ou un groupe de cellules homologues. - Compétition : substrats homologues vont entre en compétition les uns avec les autres pour un même transporteur. SCHEMA p Exemple : - la glycémie : pour les gens normaux, tout le glucose qui passe dans le néphron est réabsorbé avant la fin du tube contourné proximal. Chez le diabétique, lorsque la

5 glycémie est trop haute, les transporteurs sont tous saturés et sont donc incapables de réabsorber tout le glucose qui traverse le tubule. Une partie du glucose part dans les urines, on parle alors de glycosurie. - Le seuil rénal du glucose est dépassé lors d une glycémie de 1,8 g/l. Les pressions : - Pressions à l intérieur du capillaire péritubulaire favorisent la réabsorption grâce à la faible pression hydrostatique qui règne dans ces capillaires. - Pression moyenne dans les capillaires = 10mm Hg - Pression glomérulaire = 55mm Hg - Pression qui favorise le mouvement du liquide vers l intérieur des capillaires et de 30mm Hg - Il en résulte une pression de 20mm Hg qui va favoriser l absorption du liquide dans ces capillaires. La sécrétion : - Transfert de molécule du LEC vers la lumière du néphron réalisé grâce à des transporteurs membranaires - Permet au néphron d augmenter l excrétion d une substance - Mécanisme actif car la sécrétion déplace des substances contre leur différence de concentration L excrétion : - l élimination de l urine est le résultat final de tous les processus qui se sont produits dans le rein. - Le glucose, les acides aminés, les métabolites utiles ont été réabsorbés dans le sang tandis que les déchets organiques sont plus concentrés. - EXCRETION = FILTRATION REABSORPTION + SECRETION La clairance : - La clairance d un soluté est le débit auquel ce soluté disparaît de l organisme par excrétion (ou métabolisme) - Le DFG est un indicateur global de la fonction rénal. - L inuline : elle diffuse librement du sang vers le néphron, elle n est ni réabsorbée ni sécrétée donc toute l inuline qui arrive dans le tubule rénal est excrétée. La clairance de l inuline = 100mL/min (schéma et explication p.32) - Glucose = 0mL/min - Urée = 50mL/min - Pennyciline = 150mL/min La miction : - l urine définitive se collecte dans les bassinets, descend dans les uretères jusqu à la vessie. L urine y est stockée jusqu à son élimination par un processus appelé miction. - La vessie de prolonge par l urètre. Le passage entre la vessie et l urètre est fermé par deux anneaux musculaires, l u interne composé de musculature lisse, l autre externe composé de musculature squelettique. Homéostasie hydro-électrolytique : - But : maintenir constants les 4 paramètre : le volume de liquide, l osmolarité, le concentration de chaque ion et le ph.

6 - Les reins se chargent de nombreux ions - Les poumons des H+ et HCO3- (par le CO2) Pourquoi est-ce si important? L eau et le Na+ sont associé au volume et à l osmolarité du LEC, les trouble de l équilibre du K+ entraînent des problèmes pour le fonctionnement du cœur er des muscles modifiant le potentiel de membrane, le Ca +2 est impliqué dans des processus vitaux tels que l exocytose, la contraction musculaire, la formation des os, la coagulation et les H+ et HCO3- vont déterminer le ph. - Le système hydro-électrolytique est un processus intégrateur car il implique les systèmes respiratoire et cardiovasculaire ainsi que les reins et le comportement de l individu. - Les poumons et le cœur (sous contrôle nerveux) agissent très vite tandis que les reins (sous contrôle endocrinien) auront un effet plus tardif mais à plus long terme. - L augmentation ou la diminution du volume sanguin vont être gérés par le système cardiovasculaire. Si ces perturbations durent ou si elles sont de grandes amplitudes, ce sont les reins qui vont intervenir. Equilibre hydrique : - l eau représente 60% (ou 42 litres) du poids d un homme de 70kg - les entrées d eau doivent être égales aux sorties. - En moyenne l apport quotidien devrait être de 2 à 2,5 litres. Les 42 litres d eau sont divisés en 3 : - Liquide extracellulaire = 2/3 de l Eau Corporelle Totale (ECT) ou 28 litres - Liquide interstitiel = 4/5 du LEC ou 11,2 litres - Plasma = 1/5 du LEC ou 2,8 litres Pour gérer son eau, l organisme a deux solutions : 1) il doit éliminer un excès d eau. Les reins produisent une grande quantité d urine diluée (50 mosm. Il faut réabsorbé les solutés sans laisser suivre l eau par osmose 2) Il doit épargner l eau : les reins vont produire moins d urine et celle-ci sera très concentrée (1200 mosm). Il faut que l eau soit réabsorbée en laissant les solutés dans le tubule. La Vasopressine (ou hormone anti-diurétique): - implique l ajout ou le retrait de canaux hydrique dans la membrane apicale. - Hormone posthypophysaire - La vasopressine favorise la mise en place de canaux hydrique dans la membrane apicale ; l eau pourra alors sortir par osmose car le liquide interstitiel et le liquide intracellulaire ont une concentration de soluté plus élevée. - Ces canaux hydriques sont des aquaporines. Lorsque ces canaux ne sont pas nécessaires, ils sont stockés dans des vésicules de stockage cytoplasmiques. Il y a 3 paramètres qui vont simuler la sécrétion de Vasopressine : 1) l osmolarité plasmatique : valeur cible 280 mosm (300 pour simplifier les schémas) 2) le volume sanguin 3) la pression artérielle Relation entre vasopressine et [ ] du plasma = récupérer de l eau pour diminuer la concentration du plasma

7 Comment le rein arrive-t-il à produire de l urine concentrée? La clé de la capacité du rein é produire de l urine concentrée est l osmolarité élevée de l interstitium de la médullaire. - Système d échange à contre-courant : l anse de Henlé et ses vaisseaux associé : les vasa recta - Cette disposition à contre courant permet le transfert de quelque chose d un vaisseau à l autre. VOIR SCHEMA p.45 Le multiplicateur par contre courant : - la branche descendante est perméable à l eau mais pas aux ions - L eau de déplace par osmose vers le liquide interstitiel en laissant les solutés dans le tubule - Au bout de l anse de Henlé, le filtrat peut atteindre 1200 mosm - Dans la branche descendantes, les propriétés du tubule changent, il devient imperméable à l eau et transporte activement le Na+, le K+ et le Cl- vers le liquide interstitiel - L osmolarité du filtrat va diminuer pour atteindre 100 mosm - Résultat net de ce multiplicateur : production de liquide interstitiel hyperosmotique dans la médullaire et de filtrat hypoosomotique à la sortie de l anse de Henlé L équilibre sodique (aldostérone) : - sous le contrôle de l aldostérone (hormone stéroïde) issue de la corticosurrénale - plus cette molécule est présente, plus le Na+ est réabsorbé - site d action : dernier tiers du tubule distale et le tube collecteur «cortical» - les cellules cibles sont les cellules P (principales) qui ont des pompes à Na+ et K+ sur la membrane et différents transporteurs et canaux sur la membrane apicale. Mode d action de l aldostérone : - réponse précoce : canaux apicaux pour le Na+ et le K+ restent plus longtemps ouverts réabsorption de Na+ et sécrétion de K+ - réponse tardive : canaux nouvellement synthétisés et des pompes dont ajoutés dans les membranes des cellules P La réabsorption du Na+ et celle de l eau sont régulée séparément dans la partie distale du néphron ; l eau ne suit pas automatiquement le Na+ car il faut que la vasopressine soit présente pour que cette partie soit perméable à l eau. Au contraire, dans le tubule proximale, la réabsorption du Na+ est toujours accompagnée d eau car ce tubule est toujours perméable à l eau. Contrôle de la sécrétion d aldostérone : - augmentation de la concentration extracellulaire de K+. De cette façon, l organisme se protège contre une hyperkaliémie. (taux de K+ trop élevé dans le sang, pouvant provoquer arret cardio vasculaire) - baisse de la pression artérielle : voie complexe faisant intervenir le système rénineangiotensine-aldostérone (SRAA) schéma p.50 - augmentation de l osmolarité du LEC inhibition - diminution importante du Na+ plasmatique stimulation

8 Qu est ce qui stimule ce système (SRAA) - les cellules juxtaglomérulaires des artérioles afférentes du néphron, responsables de la sécrétion de la rénine, sont sensibles à la pression artérielle - des neurones sympathiques activés par le centre de contrôle cardiovasculaire se terminent sur ces mêmes cellules. - Rétrocontrôle de la macula densa dans le tubule distal : lorsque le flux quotidien diminue à cet endroit, les cellules de la macula densa indiquent aux cellules granulaires qu elles doivent sécréter de la rénine Action de l angiotensine : - elle augmente la sécrétion de vasopressine (par des récepteurs situé dans l HT) elle aide ainsi à maintenir le volume sanguin et la pression artérielle - elle stimule la soif ce qui va augmenter le volume sanguin et la pression artérielle - elle a une action vasoconstrictrice qui entraîne une augmentation de la pression artérielle sans changer le volume sanguin - les récepteurs à cette hormone situés dans le centre de contrôle cardiovasculaire augmentent la stimulation sympathique du cœur et des vaisseaux entraînant une augmentation du débit cardiaque et une vasoconstriction, deux paramètres conduisant à l élévation se la pression artérielle Système inverse provoquerait une perte d eau et de Na+ dans l urine ce qui fait baisser la pression artérielle : - il s agit des peptides natriurétiques auriculaire et cérébral - famille d hormones qui semblent être des antagonistes endogènes du SRAA - hormones sécrétée lorsque les cellules myocardiques s étendent au-delà de la normale augmentation du volume sanguin Equilibre potassique : - 2% du K+ dans le LEC - Si il y a trop de K+, de l aldostérone est libérée dans le sang par effet direct de l hyperkaliémie sur la corticosurrénale - Action sur les cellules P de la partie distale du néphron bise à maintenir les canaux ioniques apicaux ouverts plus longtemps et à accélérer la pompe Na+/K+, permettant d augmenter l excrétion rénale de K+ L homéostasie : - But : maintenir le volume et l osmolarité dans les limites de l acceptable. Mais dans certains cas, les pertes de liquides peuvent dépasser les apports et inversément - Voies les plus courantes pour les pertes liquides : transpiration excessive, vomissement, diarrhées et hémorragies. - Un gain de liquide est rarement une situation critique - Tout ce qui est en plus doit être éliminé et tout ce qui est perdu doit être remplacé. La déshydratation : - cette situation va déclencher des réponses rénale et cardiovasculaire - déshydratation sévère = diminution du volume et augmentation de l osmolarité - Menace immédiate = augmentation de l osmolarité qui va provoquer une contraction des cellules. - But lors d une déshydratation : restaurer la pression artérielle, le volume du LEC et l osmolarité en conservant le liquide pur éviter d augmenter les pertes, déclencher

9 les réflexes cardiovasculaires pour augmenter la pression artérielle et en stimulant la soif pour rétablir le volume liquidien et l osmolarité Lors d une déshydratation, tous les mécanismes de compensation sont activés : - les réponses cardiovasculaires : augmentation du débit et de la résistance périphérique pour augmenter la pression - l angiotensine II (p.58) : nombreux effets qui vont avoutir à une augmentation de pression ; parmi ceux-ci la stimulation de la soif, la libération de la vasopressine, la vasoconstriction - la vasopressine : augmente la perméabilité à l eau des tubes collecteurs permettant la réabsorption d eau ; celle-ci n est cependant possible qu avec le rapport d eau augmenté - la prise d eau ou la perfusion de solution saline : ce sont les seules mécanismes qui permettent de remplacer le liquide qui a été perdu et de restaurer l osmolarité du LEC à des valeurs normales L équilibre acido-basique : - fonction essentielle de l organisme : le ph d une solution est la mesure de sa concentration en H+ - il n y a que les ions H+ libérés d une molécule qui influencent le ph - une base peut se lier avec un ion H+ et va donc faire augmenter le ph - ph < 7 = acide - ph > 7 = alcalin, basique - ph sanguin = 7,4 - mesure du ph = -log [H+] échelle logarithmique changement de 1 unité ph correspond à une multiplication par 10 de la [H+] La plus grande source d acide dans une journée et la production importante de CO2 pendant la respiration aérobie. En se combinant avec de l H2O, il forme de l acide carbonique qui va ensuite se dissocier en H+ et HCO3- (réaction qui a lieu dans toutes les cellules). Si l accumulation du CO2 ne serait pas régulée de manière très précise, le ph changerait de façon dramatique. L homéostasie du ph dépend de 3 mécanismes : 1) les tampons : agissent en premier (absorber des ions H+ libres) 2) la ventilation : réponse rapide, contrôlée de façon réflexe (élimine le CO2) 3) les reins : agissent plus lentement mais très efficacement et se charge de toutes les perturbations résiduelles (s occupent d affiner le niveaux de réglage du ph) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - La partie distale néphron joue un rôle important la régulation fine de l équilibre acido-basique. Les cellules intercalaires contiennent beaucoup d anhydrase carbonique ce qui leur permet de convertir rapidement le CO2. Il existe 2 types de cellules intercalaires : 1) lors d une acidose, les cellules de Type A : sécrètent des H+ et réabsorbent des HCO3- (augmentation de K+) 2) lors d une alcalose, les cellules de type B : sécrètent des HCO3- et réabsorbent des H+ (diminution des K+)

10 Les déséquilibres acido-basiques : - acidose respiratoire : hypoventilation alvéolaire à cause d une augmentation des résistances ces voies aériennes lors d asthme ou d une altération des échanges gazeux lors d une fibrose ou d un emphysème - acidose métabolique : les entrées nutritionnelles et métaboliques des H+ dépassent son excrétion, lors d une acidose lactique ou d une acidocétose ou par perte excessive de HCO3- lors de diarrhées - Alcalose respiratoire : résultat d une hyperventilation qui peut se produire en cas d anxiété, de montée en altitude ou de ventilation artificielle excessive - Alcalose métabolique : lors de vomissements excessifs du contenu acide de l estomac ou ingestion excessive d anti acides contenant des HCO3-