1 UNIVERSITE DE SFAX ANNEE UNIVERSITAIRE INSTITUT SUPERIEUR DE 2004-2005 BIOTECHNOLOGIE DE SANTE 2 ème ANNEE BASE COURS D HISTOLOGIE SPECIALE L APPAREIL URINAIRE Préparé par : Pr. Ag Leila Keskes
2 I. INTRODUCTION L appareil urinaire est composé de deux reins, deux uretères, la vessie et l urètre (figure 1). Les reins assurent le maintien de l équilibre hydroélectrolytique de l organisme grâce à sa capacité de filtrer le plasma sanguin. La filtration du sang aboutit à la formation de l urine primitive qui subit des modifications dans le tubule rénal grâce à des mécanismes de réabsorption et de sécrétion assurés par les structures rénales, transformant l urine primitive en urine définitive. Celle-ci est véhiculée dans les uretères puis stockée dans la vessie jusqu à son émission en dehors de l organisme au cours de la miction par l urètre. Figure 1 : Appareil urinaire II. LES REINS A. ORGANISATION GENERALE ET ANATOMIE MICROSCOPIQUE Au nombre de deux, les reins sont situés dans la région lombaire de part et d autre de la colonne vertébrale. Ils sont plaqués contre la paroi abdominale postérieure.
3 Ils ont la forme de haricot à grand axe longitudinal, légèrement oblique de dedans en dehors. Leur bord interne est concave, le bord externe est convexe. Ils mesurent environ 12 cm de long, 6 cm de large et 3 cm d épaisseur (figure 2). Ils sont enveloppés d une capsule fibreuse et entourés par du tissu adipeux. Figure 2 : Schéma de l anatomie des reins En coupe frontale et médiale, le bord interne présente une dépression centrale, le hile qui contient le bassinet. Celui-ci est une cavité de forme conique qui se prolonge à l intérieur du rein par 2 ou 3 grands calices. Ces derniers se ramifient en 8 à 10 petits calices (figure 3). Figure 3 : Schéma d une coupe frontale du rein
4 Le parenchyme rénal est divisé en deux zones distinctes: la médullaire (M) interne et la corticale externe (C) (figure4). La médullaire est constituée par une douzaine de formations triangulaires à base externe, les pyramides de Malpighi (1). Leur sommet fait saillie dans les petits calices sous forme d une zone renflée, la papille (3). Celle-ci est percée d une vingtaine d orifices (aire criblée) d où s écoule l urine. Figure 4 : Parenchyme rénal en coupe frontale La base des pyramides de Malpighi se continue dans le cortex par de fins prolongements, les pyramides de Ferrein (5) à sommet externe. Cet aspect macroscopique du parenchyme rénal est dû à l arrangement spatial des tubules rénaux qui constituent les unités morphologiques et fonctionnelles du rein. En effet, le rein est formé par la juxtaposition d un nombre très élevé de tubules comprenant chacun une partie excrétrice ou tube collecteur sur lequel se branchent des parties filtrantes et sécrétrices, les néphrons. Entre les structures tubulaires se trouve le tissu interstitiel formant de fines travées contenant les ramifications vasculaires Chaque néphron présente à décrire quatre segments (figure 5): * le glomérule ou corpuscule de Malpighi qui représente la partie filtrante siégeant exclusivement dans le cortex.
5 * le segment proximal, formé du tube contourné proximal (TCP) situé dans le cortex ; celui-ci est poursuivi par un court segment droit qui pénètre dans la zone médullaire. Il est le siège de la réabsorption et de la sécrétion de nombreuses substances. * le segment moyen, composé de l anse de Henlé, située dans la zone médullaire * et le segment distal comportant un court segment droit situé dans la médullaire se prolongeant dans le cortex par le tube contourné distal (TCD). Il a également une fonction de réabsorption et de sécrétion. Les tubes collecteurs sont rassemblés en petits nombres dans le cortex, réalisant les pyramides de Ferrein. De là, ils descendent dans la médullaire perpendiculairement à la surface du rein et traversent la pyramide de Malpighi en s élargissant ; ils deviennent alors les tubes de Bellini qui s abouchent dans l aire criblée par un orifice excréteur. Figure 5 : Schéma du néphron
6 B. HISTOLOGIE DU TUBULE RENAL (NEPHRON - TUBE COLLECTEUR) 1) Le glomérule rénal ou corpuscule de Malpighi C est une vésicule de 175 à 200 µm de diamètre formée d une capsule, la capsule de Bowman disposée autour d un peloton vasculaire formé de trois à six capillaires en forme d anse. Cette vésicule présente deux pôles diamétralement opposés : un pôle vasculaire par où pénètre une artériole afférente et sort une artériole efférente et un pôle urinaire d où part le TCP (figure 5). La capsule de Bowman est composée de deux feuillets : * l un pariétal formant la limite externe du glomérule, * l autre dit viscéral tapissant la face externe des capillaires. Les deux feuillets délimitent un espace ou chambre glomérulaire en continuité avec la lumière du TCP. Figure 5 : Schéma et coupe histologique du glomérule rénal Le feuillet pariétal est formé d une fine couche conjonctive et d une couche discontinue de cellules épithéliales pavimenteuses. Il se réfléchit au niveau du pôle
7 vasculaire et se continue par le feuillet viscéral. Celui-ci est formé par une couche de cellules volumineuses, les podocytes (figure 6). Les anses capillaires sont réunies autour d un axe conjonctif, le mésangium formé de cellules mésangiales de nature myofibroblastique. Figure 6 : Schéma montrant les podocytes autour des capillaires glomérulaires Les podocytes sont des cellules qui possèdent un corps contenant le noyau et des prolongements cytoplasmiques qui entourent les capillaires. Les prolongements primaires donnent naissance à des prolongements secondaires qui s intercalent entre ceux des podocytes voisins (figure 7). Figure 7 : Ultrastructure du podocyte montrant les prolongements primaires et secondaires
8 Chaque prolongement secondaire forme au contact de la membrane basale des capillaires des petites expansions, les pédicelles délimitant entre elles des fentes de filtration à travers lesquelles s écoule l urine primitive (figure 8). Figure 8 : Coupe en Microscopie électronique montrant les podocytes autour des capillaires glomérulaires Le peloton vasculaire est composé de capillaires de 5 à 15 µm de diamètre issus de la ramification de l artère afférente. L endothélium capillaire est formé de cellules jointives percées de pores de 50 à 100 nm de diamètre. Elles reposent sur une membrane basale continue composée de collagène type IV. Cette lame basale joue un rôle majeur dans la sélectivité de la filtration glomérulaire, notamment aux protéines. Elle est le constituant principal de la barrière sang-urine (figure 9) qui est composée des éléments suivants : prolongements cytoplasmiques des cellules endothéliales membrane basale pédicelles des podocytes.
9 Figure 9 : Ultrastructure de la barrière sang-urine 2)Le segment proximal Il fait suite au glomérule, partant du pôle urinaire. Il est large de 50 à 65 µm. Sa paroi est formée d un épithélium cubique simple reposant sur une membrane basale (figure 10). Figure 10 : Schéma montrant les différents segments du néphron et leur histologie
10 Les cellules épithéliales présentent des différentiations membranaires apicale à type de bordure en brosse (figure 11 et 12). Au pôle basal, la membrane plasmique décrit de nombreux replis basaux irréguliers donnant en coupe l aspect de labyrinthe (figure 12). Le noyau des cellules épithéliales est rond, volumineux et en position centrale. Figure 11 : Histologie du TC Le cytoplasme est riche en organites cytoplasmiques, surtout en mitochondries (figure 12). La structure de ces cellules épithéliales est en rapport avec une intense activité de réabsorption d électrolytes et de métabolites (sucres, protéines...). Figure 12 : Schéma montrant l utrastructure de la paroi du TCP
11 3) Le segment moyen Il correspond à l anse de Henlé qui comporte deux portions : - une descendante grêle de 15 µm de diamètre, bordée par un épithélium endothéliforme (figures 10 et 13). - une ascendante large de 30 µm de diamètre, bordée par un épithélium cubique bas pauvre en organites (figure 13). Figure 13 : Coupe du rein montrant des sections transversales de l anse de Henlé et du Tube collecteur 4) Le Segment distal Il fait suite à la branche montante de l anse de Henlé. Il a un diamètre moyen de 40 µm. Après un cours trajet rectiligne, il devient sinueux et forme le tube contourné distal qui avant de se jeter dans un tube collecteur de la pyramide de Ferrein, marque un bref passage à proximité du pôle vasculaire du glomérule d origine. A ce niveau il forme la macula densa et participe à la formation de l appareil juxtaglomérulaire. L épithélium qui borde sa lumière est cubique et moins différencié que celui du segment proximal. Les cellules sont dépourvues de bordure en brosse (figure 14). Le cytoplasme est clair, pauvre en organites. Les microvillosités sont rares et courtes.
12 Figure 14 : Histologie des TCD et TCP 5) Le tube collecteur Les tubes collecteurs naissent dans la région corticale et pénètrent dans la médullaire où ils forment les tubes de Bellini. Leur lumière est bordée par des cellules cubiques dont la hauteur augmente au fur et à mesure le calibre des tubes augmente (figure 15). Le cytoplasme des cellules est clair car pauvre en organites. Figure 15 : Coupes tranversale et longitudinale du tube collecteur 6)Appareil juxta-glomérulaire L appareil juxta-glomérulaire (AJG) est formé par l association au pôle vasculaire du glomérule des artères afférente et efférente, de la macula densa et des
13 cellules du lacis. Ces dernières occupent la zone triangulaire délimitée par les autres constituants de l AJG (figure 16). L AJG est un maillon important de la chaîne de régulation de l homéostasie grâce à la synthèse de la rénine qui stimule la production par le foie d angiotensine qui elle même stimule la sécrétion d aldostérone dont l action s exerce au niveau du TCD pour réguler les échanges ioniques. Figure 16 : Schéma montrant le glomérule et l AJG C. VASCULARISATION DU TUBE RENAL La physiologie rénale est conditionnée par le mode de distribution des vaisseaux sanguins à l intérieur de l organe. Le sang arrive au rein par l artère rénale qui pénètrent par le hile. Elle se divise en 2 à 3 branches d où se détachent des artères interlobaires. Celles-ci montent entre les pyramides de Malpighi, jusqu'à la jonction cortico-médullaire où elles se divisent en artères arciformes qui ont un trajet parallèle à la surface rénale (figure 17). De ces artères arciformes naissent deux types de branches : des artères corticales qui montent perpendiculairement en direction de la surface et des branches descendantes destinées à la médullaire.
14 Les artères corticales donnent régulièrement naissance aux artères afférentes des glomérules puis pénètrent dans la capsule en se ramifiant. Figure 17 : Vascularisation sanguine du rein Les artères efférentes qui font suite aux capillaires donnent naissance à un réseau capillaire péritubulaire qui entourent les parties proximales, moyennes et distales des tubules rénaux. Le retour veineux commence dans la capsule dans des veines capsulaires qui donnent naissance à des veines corticales. Celles-ci reçoivent le sang provenant des réseaux capillaires péritubulaires ; elles se jettent ensuite dans les veines arciformes qui accompagnent les artères arciformes, ensuite dans des veines médullaires qui confluent elles-mêmes vers les veines rénales. D. HISTOPHYSIOLOGIE Les structures du néphron sont adaptées à trois fonctions principales : filtration du plasma, réabsorption et sécrétion (figure 18).
15 Figure 18 : Histophysiologie du rein La filtration se fait à travers la barrière glomérulaire qui ne retient en principe que les protéines de poids moléculaire supérieur ou égal à 70Kda. Les substances filtrées (eau, électrolytes) franchissent facilement cette barrière en traversant les pores cytoplasmiques des cellules endothéliales, la lame basale et les fentes de filtration. La barrière est formée par la membrane basale qui constitue un tamis à mailles serrées, et par les prolongements cytoplasmiques des cellules endothéliales et des podocytes. Le débit de la filtration dépend de la perméabilité de la barrière et de la pression de filtration (pression hydrostatique et oncotique). Il est habituellement de 180l/j, ce qui implique que la quasitotalité de l ultratfiltrat est destiné à être réabsorbé dans les structures tubulaires du néphron. La réabsorption et la sécrétion tubulaire s effectuent le long du tubule rénal et servent à modifier la composition de l urine primitive, permettant ainsi l adaptation de l osmolarité urinaire aux besoins de l organisme. - Dans le segment proximal, la réabsorption concerne essentiellement l eau et le sodium. C est une réabsorption iso-osmotique.
16 D autres électrolytes comme le K+, l ion phosphate, le Ca+, Mg et bicarbonate sont réabsorbés à plus de 85 %. Les protéines sont réabsorbées par pinocytose à la base des microvillosités. Le glucose est réabsorbé en totalité grâce à un co-transport avec le Na ; puis il est excrété vers le milieu interstitiel grâce à une excrétion passive facilitée. - Dans la branche descendante, l eau et le Na+ diffusent librement ; par contre, la branche ascendante est imperméable à l eau, mais possède une pompe à Na+ qui absorbe activement l ion Na+ ; celui-ci est par la suite excrété de façon active dans le milieu interstitiel. Cette différence de perméabilité crée un gradient de pression osmotique corticomédullaire puisque l urine de la partie inférieure de l anse, perméable a une osmolarité égale à celle du milieu interstitiel (1200 mosm/l), mais l urine qui arrive dans le TCD l urine est hypotonique et possède une osmolarité de (100 mosm/l) du fait de la diminution de la concentration du Na sans élimination d eau (figure 18). - Au niveau du TCD, la réabsorption du Na+ est active et se fait en échange avec l ion K+ grâce à une ATPase Na+-K+ dépendante. Cette pompe est sous le contrôle de l aldostérone secrétée par la surrénale dont la synthèse est modulée par le système rénine-angiotensine. Le TCD participe aussi à l équilibre acido-basique de l organisme grâce à l excrétion d ions H+ et d ammoniaque, sous forme d ions ammonium (NH4+). - Au niveau du tube collecteur, la perméabilité des cellules épithéliales à l eau est variable selon la présence ou non d une hormone hypothalamique l ADH (hormone antidiurétique) dont la synthèse est régulée par l osmolarité plasmatique. En présence d ADH, les cellules sont perméables à l eau qui va diffuser librement vers l interstitium. L osmolarité urinaire augmente ainsi progressivement et les urines deviennent hypertoniques. En l absence d ADH, l eau ne diffuse pas à travers la paroi tubulaire et l osmolarité de l urine reste basse (urines hypotoniques). III. LES VOIES URINAIRES Les voies urinaires comprennent un segment sus-vésical, composé des calices, du bassinet et des deux uretères, un segment vésical et un segment sousvésical correspondant à l urètre (figure 19).
17 Figure 19 : Schéma des voies urinaires La structure histologique de la paroi des différents constituants est formée de 3 couches: une muqueuse, une musculeuse et une adventice. La muqueuse est formée par un épithélium urinaire qui repose sur un chorion. L épithélium est stratifié de type polymorphe. Il est composé de cellules basales, de cellules intermédiaires et de cellules superficielles en forme de raquette. (figure 20). Le chorion est fait de tissu conjonctif riche en fibres élastiques ainsi qu en vaisseaux sanguins et lymphatiques. Figure 20 : Structure de la muqueuse des voies urinaires
18 - La musculeuse est formée par des faisceaux de cellules musculaires lisses séparés par des travées conjonctives. Ces faisceaux constituent deux couches longitudinales interne et circulaire externe dans les calices, le bassinet et les 2/3 supérieurs de l uretère et trois couches, longitudinales interne et externe et circulaire moyenne dans le 1/3 inférieur de l uretère (figure 21). Dans la vessie, la musculeuse est développée et de structure plexiforme - L adventice est composée de tissu conjonctif lâche contenant des fibres de réticuline et d élastine, des faisceaux et des nerfs et de nombreux adipocytes. Figure 21 : Coupe tran sversale de l uretère montrant les trois couches de la paroi La structure diffère selon le sexe : - l urètre masculin comprend trois segments: l urètre prostatique, l urètre membraneux, et l urètre spongieux (12-13cm). La muqueuse est formée par un épithélium urinaire près de la vessie, puis devient cylindrique stratifié et enfin se transforme en épithélium pavimenteux stratifié non kératinisé près de l orifice urétral externe. - L urètre féminin a une longueur moyenne de 4 cm ; il suit un trajet rectiligne entre la vessie et la vulve. Sa structure histologique est similaire à celle de l urètre masculin.
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