Régulation du milieu intérieur: rôle du rein. I. Dupin

Régulation du milieu intérieur: rôle du rein I. Dupin 2015-2016

Introduction Le rein exerce 4 grandes fonctions essentielles: 1) Fonction de maintien de la composition du milieu intérieur (=liquide extracellulaire) Bilan nul des ions et de l eau 2) Fonction de régulation de la pression artérielle systémique Contrôle du volume plasmatique et production de la rénine 3) Fonction d excrétion des «déchets» Produits de dégradation du métabolisme cellulaire et des substances étrangères 4) Fonction endocrine du rein Produit le métabolite rénal de la vitamine D, et l érythropoïétine (hématopoïèse) 2

Introduction 1) Fonction de maintien de la composition du milieu intérieur Stabilité du volume et de la composition du liquide intracellulaire essentielle au fonctionnement cellulaire: dépend de celle du liquide extracellulaire (=milieu intérieur) maintenue dans des limites très étroites. Volémie, volémie normale = 5L Osmolarité, osmolarité plasmatique normale= 290 mosm/l Natrémie, [Na + ] plasmatique normal= 140 mosm/l Kaliémie, [K + ] plasmatique normal= 4,5 mosm/l Glycémie, [Glucose] plasmatique normal= 1 g/l ph=7,40 (voir cours systèmes tampons et diagramme de Davenport) 3

SYMPTOMES PATHOLOGIQUES SYMPTOMES PATHOLOGIQUES Introduction Homéostasie: maintien de certaines grandeurs physico-chimiques du milieu intérieur très proches d une certaine valeur appelée grandeur de référence (ou valeur de consigne), en dépit des perturbations qui tendent à les en écarter. Ces grandeurs sont dites régulées. T centrale T centrale: cours thermorégulation I. Dupin Osmolarité, natrémie: cours Physiologie des compartiments liquidiens JF. Quignard ph: cours systèmes tampons et diagramme de Davenport I. Dupin Volémie Cours régulation du milieu intérieur: rôle du rein P art systémique Volémie Osmolarité Natrémie Kaliémie Glycémie ph 4

Introduction 1) Fonction de maintien de la composition du milieu intérieur À retenir sang Tubule rénal 2: Réabsorption filtrat 1: Filtration 3: Sécrétion urine Excrétion Quantité excrétée=quantité filtrée-quantité réabsorbée+quantité secrétée Ultra-filtrat: composition identique au plasma sans les protéines Filtration: 180 L/jour Volume plasmatique moyen: 3L, filtré plus de 60 fois par jour Excrétion: ~ 1,5L/jour 5

Introduction Pré-requis: Cours Physiologie des compartiments liquidiens - JF Quignard Concept d homéostasie Système régulateur Notion de concentration et de pression Pression osmotique, oncotique, hydrostatique Solutions hypertoniques, hypotoniques, isotoniques Mécanismes des échanges entre compartiments Pompe Na/K 6

Rappels Comment mesurer la concentration des solutés? Molarité (ou concentration molaire): nombre de moles/l de solution Molalité: nombre de moles/kg de solution Osmolarité (ou concentration osmotique): nb de particules par litre de plasma (Osmol/L) Sa valeur physiologique varie entre 280 et 300 mosmol/l NaCl Molarité 200 mmol/l Na + Osmolarité 200 mosmol/l Cl - Osmolarité 200 mosmol/l Osmolarité 400 mosmol/l 7

Sommaire 1. Anatomie du rein 2. Filtration glomérulaire et sa régulation 3. Réabsorption et sécrétion tubulaire 4. Bilan rénal du sodium 8

1) Anatomie du rein Néphron: Unité structuro-fonctionnelle des reins ~1 200 000 néphrons/ rein chez l homme Fonction: élaboration de l urine à partir du plasma Tubule proximal Tubule distal Canal collecteur 9

1) Anatomie du rein Néphron: Glomérule: Partie initiale du néphron Artériole afférente se divise en un réseau capillaire dense, qui conflue pour donner l artériole efférente Siège de la formation de l urine primitive (=ultrafiltrat de plasma) Membrane glomérulaire: Paroi du capillaire (cellules endothéliales) Membrane basale Couche de cellules épithéliales (podocytes) Capsule de Bowman Glomérule Artère rénale Tube contourné proximal Veine rénale Tube contourné distal Tubule Tube collecteur Anse de Henlé 10

1) Anatomie du rein Néphron: Tubule Une seule couche de cellules épithéliales+ Mb basale Capsule de Bowman Tube contourné proximal Tube contourné distal Lieu d élaboration progressive de l urine définitive Glomérule Tubule proximal Anse de Henlé Artère rénale Tubule Tubule distal Tube connecteur Tubule collecteur (puis large canal collecteur) Veine rénale Tube collecteur Anse de Henlé 11

1) Anatomie du rein Néphron: Tubule Substances filtrées par le glomérule: Capsule de Bowman Tube contourné proximal Tube contourné distal réabsorbées substances que l organisme doit garder Glomérule secrétées produits de dégradation du métabolisme, substances dont l organisme doit se débarrasser uniquement filtrées Artère rénale Veine rénale Tubule Tube collecteur Anse de Henlé 12 Excrétion= élimination dans l urine définitive, résultante de filtration, réabsorption, sécrétion

2) La filtration glomérulaire Processus unidirectionnel, passif, sous l effet de la pression glomérulaire Glomérule=filtre mécanique Ultrafiltration: le filtrat qui pénètre dans le tubule rénal est composé de tous les éléments du sang sauf: - Globules, plaquettes - Protéines (sauf les plus petites) 14

2) La filtration glomérulaire 3 filtres en série: À retenir cellule membrane endothéliale basale cellule épithéliale (podocyte) Pores: retiennent les globules sanguins Diaphragme des fentes de filtration 15 Glycoprotéines anioniques et fibrilles de collagène

2) La filtration glomérulaire Sélectivité du filtre glomérulaire: La perméabilité d une substance dépend de sa taille et de sa charge: Maximale pour molécules < 10 kda (urée) Nulle au-delà de 70 kda (albumine, globulines) Filtrat glomérulaire: Ultrafiltrat de plasma sans les protéines À retenir Composition identique sauf pour les substances liées aux protéines: Ca 2+, acides gras, hormones stéroïdiennes, certains médicaments Un peu plus d anions et moins de cations que dans le plasma (pour compenser le faible taux d anions protéiques) Osmolarité ~ 290 mosmoles/l (cours Physiologie des compartiments liquidiens) 16

2) La filtration glomérulaire Fraction de filtration et débit de filtration glomérulaire À retenir Fraction de filtration= 20% Débit plasmatique rénal ~ 625 ml/min Débit de filtration glomérulaire (DFG)= 0,2 X 625= 125 ml/min pour les 2 reins 17

2) La filtration glomérulaire Les forces mises en jeu dans la filtration glomérulaire Pression hydrostatique: P SG (sang)>p CA (capsulaire) Filtration Glomérule (capillaires) À retenir Force osmotique qui s oppose aux échanges: Pression oncotique induite par la concentration de protéines dans le sang: π SG Pression oncotique due à la concentration de protéines dans la capsule: π CA ~ 0 Absorption capsule 18

2) La filtration glomérulaire Les forces mises en jeu dans la filtration glomérulaire À retenir Glomérule (capillaire) P SG = 55 mmhg π SG = 30 mmhg Filtration Absorption P CA = 15 mm Hg π CA =0 Capsule Pression nette de filtration PNF= (P SG -P CA ) (π SG -π CA ) = (55-15 ) (30-0)= 10 mmhg Filtration Débit de filtration glomérulaire DFG = PNF X K f 19

2) La filtration glomérulaire Les déterminants du débit de filtration glomérulaire (DFG): Le coefficient d ultrafiltration K f K f = surface X perméabilité Contraction des cellules mésangiales: Surface totale des capillaires actifs K f DFG Peu d effet en conditions physiologiques normales 20

2) La filtration glomérulaire Les déterminants du débit de filtration glomérulaire (DFG): La pression nette de filtration PNF PNF= P SG -P CA π SG À retenir Pression hydrostatique glomérulaire P SG Pression artérielle: effet négligeable sauf variations extrêmes Pression hydrostatique capsulaire P CA lors d obstruction des voies urinaires (calcul rénal) PNF, DFG Pression oncotique glomérulaire π SG ou selon la concentration de protéines plasmatiques ou de la PNF et du DFG 21

2) La filtration glomérulaire Exemple: Un patient souffrant de cirrhose hépatique présente des concentrations sanguines de protéines plasmatiques diminuées et un DFG augmenté. Expliquez pourquoi 22

2) La filtration glomérulaire Exemple: Un patient souffrant de cirrhose hépatique présente des concentrations sanguines de protéines plasmatiques diminuées et un DFG augmenté. Expliquez pourquoi PNF= P SG -P CA π SG La quantité de protéines plasmatiques diminue π SG diminue La pression nette de filtration PNF augmente DFG (= PNF X K f ) augmente 23

3) Réabsorption et sécrétion tubulaire sang Tubule rénal 2: Réabsorption filtrat 1: Filtration 3: Sécrétion urine Excrétion Quantité excrétée=quantité filtrée-quantité réabsorbée+quantité secrétée Ultra-filtrat: composition identique au plasma sans les protéines Filtration: 180 L/jour Volume plasmatique moyen: 3L, filtré plus de 60 fois par jour Excrétion: ~ 1,5L/jour 25

3) Réabsorption et sécrétion tubulaire Filtration glomérulaire: 100%, 180 L par jour Réabsorption 99% du filtrat est réabsorbé: -Surtout dans le TCP -Régulation hormonale dans le TCD et le tube collecteur urine: 1%, ~1,5 L par jour 26

[Na + ] 3) Réabsorption et sécrétion tubulaire Transport actif du Na + : principale force motrice dans tous les segments du tubule rénal Coté apical: canaux sodiques, symports et antiports Coté basal: pompe Na + K + ATPase Liquide tubulaire Cellule épithéliale ADP Capillaire péritubulaire ext pompe Na + K + ATPase 2 K + À retenir Na + Canal sodique ATP Pompe int ATP 3 Na + ADP Na + Diffusion Transport actif Expulse des cellules 3 ions Na + contre 2 ions K + 27 Distance

3) Réabsorption et sécrétion tubulaire Transport actif du Na +: nécessite de l énergie Consommation d O 2 par le rein Quantité de Na + filtré Contrôle très précis: de petites variations de l excrétion du sodium peuvent entraîner des grandes variations du volume urinaire (cf cours Physiologie des compartiments liquidiens) 28

4) Bilan rénal du sodium Sodium de l organisme= 60 mmol/kg de poids corporel, 40 mmol/kg sont échangeables Sodium échangeable: - 90% dans le liquide extracellulaire - 5% dans les cellules - 5% dans les tissus conjonctifs et les zones superficielles de l os Na + : principal cation du liquide extracellulaire : [Na + ] plasma = 135-145 mmol/l ([Na + ] plasma = «natrémie») Na + : cation peu présent dans les cellules: [Na + ] cellulaire = 10-20 mmol/l Gradient tendant à faire rentrer le Na + dans la cellule, gradient maintenu grâce à la pompe Na/K-ATPase. Sodium: rôle majeur car il détermine la tonicité du liquide extracellulaire 30

4) Bilan rénal du sodium Sodium et volume du liquide extracellulaire: Liquide extracellulaire (LEC) Plasma (3L) Filtration Liquide interstitiel (11L) À retenir Absorption Enjeu du maintien du volume du LEC: Maintien du volume plasmatique, du débit cardiaque, de la pression sanguine et de la perfusion tissulaire Volume du compartiment interstitiel déterminé par le compartiment plasmatique à travers les échanges capillaires À retenir Le paramètre détecté et régulé est la volémie efficace = partie du LEC qui va assurer la perfusion des tissus 31

4) Bilan rénal du sodium Sodium et volume du liquide extracellulaire: Volémie efficace (=partie du LEC qui va assurer la perfusion des tissus): - Paramètre très précisément régulé - Mais non mesurable en pratique - Paramètre qui dépend de la quantité globale de sodium (90 à 95% des solutés cationiques du LEC) Chez un sujet normal: À retenir Toute modification du volume du LEC module la réabsorption rénale de sodium jusqu'au rétablissement du volume du LEC initial. Augmentation du contenu en Na + (entrées>sorties) rétention rapide d eau pour maintenir constante la concentration plasmatique de sodium (=natrémie) 32

4) Bilan rénal du sodium Entrées de sodium: Apport alimentaire habituel: 100-300 mmol/24h Sel de cuisine, pain, fromages, laitages, charcuteries Tout le sodium ingéré est absorbé par l intestin Sorties de sodium: Extrarénales: non régulées, négligeables à l état normal Voie cutanée: concentration de Na faible dans la sueur (10 mmol/l) Perte peut devenir importante si débit sudoral augmente fortement Voie digestive: peut devenir importante en cas de diarrhée hydroélectrolytique 33 Rénales: excrétion de sodium ajustée aux entrées alimentaires Si apport alimentaire de 250 mmol/24h, 99% du sodium filtré est réabsorbé: 65% dans le tubule proximal 25% dans l anse de Henlé 9% dans les tubules distal et collecteur

4) Bilan rénal du sodium Réabsorption du Na + dans le tube contourné proximal (TCP) Ne pas retenir le schéma par coeur Liquide tubulaire Na + H + H + Na + Cellule épithéliale X X ADP Na + Na + Na + ATP Liquide interstitiel K + Co-transport Na + -X, avec X= glucose acides aminés phosphates (HPO 4 2- ) ion Cl - ou HCO 3 - lactate 65% du Na + est rapidement réabsorbé 34

4) Bilan rénal du sodium Réabsorption du Na + dans l anse de Henlé Attention: dans la partie ascendante de l anse de Henlé seulement Liquide tubulaire Cellule épithéliale Liquide interstitiel 2 Cl - 2 Cl - Na + Na + K + K + Co-transport électroneutre Na/K/2Cl ADP Na + ATP 2 Cl - K + Ne pas retenir le schéma par coeur 35

4) Bilan rénal du sodium Réabsorption du Na + dans l anse de Henlé Le filtrat est concentré dans la partie descendante de l anse de Henlé: l eau sort du filtrat alors que les solutés y restent 15% de l eau est réabsorbée Le filtrat est dilué dans la partie ascendante de l anse de Henlé: l eau reste dans le filtrat et les solutés en sont extraits 25% du sodium est réabsorbé H 2 O Na + 36

4) Bilan rénal du sodium Réabsorption du Na + dans le tube contourné distal (TCD) et le tubule collecteur Dans la première partie du TCD: Imperméabilité à l eau Réabsorption de Na + et de Cl - Diminution de l osmolarité du liquide tubulaire Avec la branche ascendante large de l anse de Henlé, ils constituent le segment diluant du tubule rénal 37

4) Bilan rénal du sodium Réabsorption du Na + dans le tube contourné distal (TCD) et le tubule collecteur Dans le reste du TCD et dans le tubule collecteur: Cellules principales Réabsorption de Na + Réabsorption d eau en présence de l hormone anti-diurétique (ADH) Cellules intercalaires (voir cours systèmes tampons et diagramme de Davenport) Réabsorption de bicarbonates Sécrétion d H + 38

4) Bilan rénal du sodium Réabsorption du Na + dans le tube contourné distal (TCD) et le tubule collecteur Dans le reste du TCD et dans le tubule collecteur: Réabsorption par les cellules principales: Liquide tubulaire Cellule principale Capillaire péritubulaire Dépendant de l activité de la pompe Echange de Na + et de K + à travers des canaux sur la membrane apicale Régulation hormonale par de l aldostérone en fonction des besoins en Na + canal sodique amiloride sensible Na + K + ADP Na + ATP K + Ne pas retenir le schéma par coeur 39

4) Bilan rénal du sodium En résumé: À retenir La réabsorption du Na+ et de l eau par les reins se fait de deux façons: - Réabsorption obligatoire dans le TCP et l anse de Henlé: ~ 90% du Na+ et 80% de l eau - Réabsorption facultative (sous contrôle hormonal) dans le TCD et le tubule collecteur La dernière phase de traitement du filtrat dans le TCD et le tubule collecteur comprend de la réabsorption et de la sécrétion Les cellules principales (TCD): - Réabsorbent le Na + sous contrôle de l aldostérone - Réabsorbent de l eau sous contrôle de l ADH 40

4) Bilan rénal du sodium Contrôle de l excrétion rénale du sodium: Proximal: Balance glomérotubulaire Facteur natriurétique auriculaire (FNA) Distal: Facteur natriurétique auriculaire (FNA) Aldostérone 41

4) Bilan rénal du sodium Contrôle proximal de l excrétion rénale du sodium Balance glomérotubulaire: Réabsorption d eau et de solutés (Na +, HCO 3- ) varie proportionnellement aux quantités filtrées À retenir Ex: réabsorption du Na + dans le TCP = ~ 65% du Na + filtré Si le DFG augmente: augmentation du débit massique du Na + filtré augmentation de la réabsorption du Na + dans le TCP (~65% du Na + filtré) Intérêt: Limiter les apports d eau et de solutés au néphron distal dont les capacités de transport sont limitées, lorsque le DFG augmente. 42

4) Bilan rénal du sodium Contrôle proximal de l excrétion rénale du sodium Facteur natriurétique auriculaire (FNA) hormone polypeptidique essentiellement synthétisée par l'atrium droit du cœur Facteur natriurétique auriculaire (FNA) Vasodilatation de l artère afférente Vasoconstriction de l artère efférente Augmentation du DFG sans changement du débit sanguin rénal Excrétion de Na + À retenir 43

4) Bilan rénal du sodium Contrôle distal de l excrétion rénale du sodium Facteur natriurétique auriculaire (FNA) hormone polypeptidique essentiellement synthétisée par l'atrium droit du cœur Facteur natriurétique auriculaire (FNA) Inhibe la réabsorption de sodium par le TCD et le tubule collecteur par blocage des canaux sodiques des cellules principales Excrétion de Na + À retenir 44

4) Bilan rénal du sodium Contrôle distal de l excrétion rénale du sodium Facteur natriurétique auriculaire (FNA) hormone polypeptidique essentiellement synthétisée par l'atrium droit du cœur Facteur natriurétique auriculaire (FNA) Effets en dehors du rein: Inhibe la libération d aldostérone Diminution de la libération d ADH et de la soif 45

4) Bilan rénal du sodium Contrôle distal de l excrétion rénale du sodium Aldostérone: Hormone minéralocorticoïde sécrétée par les glandes corticosurrénales Aldostérone Favorise la synthèse des canaux sodiques amilorides sensibles et des Na/K ATPases (tubule collecteur) Excrétion de Na + À retenir 46

4) Bilan rénal du sodium 47 La boucle de régulation Régulation non immédiate: natriurèse peut se poursuivre alors que les apports ont été suspendu. Le bilan sodique est alors négatif, les sorties seront supérieures aux entrées (et inversement lors de la réintroduction du sel). Na mmol/24h Bilan négatif de Na: E<S 71 Poids corporel 70 (kg) 69 Bilan nul de Na: E=S 300 250 200 150 100 50 0 Bilan positif de Na: E>S 1 3 5 7 9 11 13 15 17 jours Apport alimentaire Excrétion urinaire

4) Bilan rénal du sodium La boucle de régulation Variable régulée: volémie efficace (=partie du LEC qui va assurer la perfusion des tissus): - Paramètre très précisément régulé - Mais non mesurable en pratique - Paramètre qui dépend de la quantité globale de sodium (90 à 95% des solutés cationiques du LEC) Chez un sujet normal: À retenir Toute modification du volume du LEC module la réabsorption rénale de sodium jusqu'au rétablissement du volume du LEC initial. Augmentation du contenu en Na + (entrées>sorties) rétention rapide d eau pour maintenir constante la concentration plasmatique de sodium (=natrémie) 48

À retenir 4) Bilan rénal du sodium La boucle de régulation Les récepteurs: Dépistent les variations de la volémie efficace Agissent sur des effecteurs Lesquels modifient in fine l excrétion rénale de Na + Les récepteurs et les voies de régulation dépendent du sens de la modification de la volémie: En cas de diminution de la volémie : on met en jeu le système rénineangiotensine-aldostérone via des récepteurs rénaux. En cas d'augmentation de la volémie : on met en jeu le facteur atrial natriurétique (FAN) sécrété au niveau des oreillettes, via des récepteurs extrarénaux. 49

4) Bilan rénal du sodium Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) Angiotensinogène (foie) Angiotensine I (10 aa) Angiotensine II (8 aa) Rénine (enzyme) (appareil juxtaglomérulaire ou macula densa) Enzyme de conversion de l angiotensine (ECA) (poumons+endothélium péritub) Réabsorption tubulaire de Na + Sécrétion Vasoconstriction Stimulation d aldostérone de la soif 50

4) Bilan rénal du sodium Mécanismes d activation du système rénine-angiotensine par diminution de la volémie Pas à retenir Glomérule Cellules de l appareil juxtaglomérulaire sécrétrices de rénine Macula densa Tube contourné distal (TCD) Barorécepteurs de l artère afférente: Pression Rénine 51 Artériole afférente Artériole efférente Barorécepteurs artériel et volorécepteurs: Pression Volume Stimulation du SN sympathique Rénine Osmorécepteurs de la macula densa: DFG, NaCl dans le TCD Rénine

4) Bilan rénal du sodium Volémie Activation système nerveux sympathique Activation barorécepteurs de l appareil juxtaglomérulaire Diminution NaCl macula densa Angiotensine II intrarénale rénine Angiotensine II circulante Fraction filtrée Sécrétion d aldostérone Réabsorption tubulaire de Na + Natriurèse 52

4) Bilan rénal du sodium Volémie Distension des myocytes auriculaires aldostérone FNA rénine Angiotensine II Réabsorption tubulaire de Na + Natriurèse 53

Régulation du milieu intérieur: rôle du rein I. Dupin 2015-2016