Cours de Physiologie rénale

Cours de Physiologie rénale Chapitre 3 Compartiments liquidiens Équilibre acide base Le rein

Le Rein (4h) 1 2 3 4 5 6 Bases morphologiques Fonctions rénales : quantification Filtration glomérulaire Excrétion rénale du Na+ Concentration et dilution de l urine Transport et excrétion du glucose du potassium 7 Circulation rénale

Introduction Fonctions essentielles : Maintien de la composition du milieu intérieur Excrétion des produits de dégradation du métabolisme et des substances étrangères Régulation de la pression artérielle Endocrine : EPO et 1,25(OH) 2 D 3

Bases morphologiques Coupe frontale du Rein

Bases morphologiques : Néphron Cortex 9 9 7 1 8 2 1 glomérule 2 tube contourné proximal 3 tube droit proximal 2 Médullaire externe 1 3 7 8 6 10 11 6 3 4 4 branche descendante fine 5 branche ascendante fine 6 branche ascendante large 7 macula densa 8 tube contourné distal 9 tube collecteur initial Médullaire interne 4 5 12 10 canal collecteur cortical 11 canal médullaire externe 12 canal médullaire interne Néphron profond Néphron superficiel 4 à 6 Anse de Henlé 2 à 12 Tubule rénal

Circulation rénale Ao Art rénale droite Art rénale gauche - Débit sanguin rénal 20-25% du débit cardiaque (1000 1200 ml/min) - Répartition - 90% cortex - 9% médullaire externe - 1% médullaire interne

Circulation rénale 5 5 Vasa recta

Circulation rénale

Bases morphologiques : Glomérule

Bases morphologiques : Glomérule Collagène IV Laminine Protéoglycan (charges -) Podocyte membrane basale glomérulaire (MBG) Cellule endothéliale Podocytes MBG Cellules endothéliales GR Podocytes : pores de 4 à 14 nm Cellules endothéliales : pores de 70 à 100 nm Surface de filtration : 1 m 2

Fonctions rénales : quantification 2 Fonctions d échange 1 Filtration Glomérulaire Réabsorption tubulaire Sécrétion tubulaire Réabsorption d eau Glomérule TCP TCD Capillaire péritubulaire Anse Henle 3 Excrétion

Q aff Quantification Q gl Q aff = Q eff + Q gl Q u Q u = Q gl - Q réab + Q sec m = Q x C m aff = m eff + m gl Q eff Q réab Q sec et Q = m / C Q aff = Q v + Q u Q u = Q gl +/- Q éch et m aff = m v + m u m u = m gl - m réab + m sec m u m gl m éch m = +/- u C gl C gl C = Q gl +/- gl m u = m gl +/- m éch C p m éch C p Q v

Quantification : notion de Clairance m u C p Q gl = + m éch C p or m u = Q u x C u * * * Clairance = m u C p = Q u x C u C p Ex : Substance ni réabsorbée, ni sécrétée m ech = 0 Cl = m u C p = Q gl Alors Clairance = Débit de Filtration Glomérulaire (DFG)

Quantification : notion de Clairance exemple : Soit une substance qui ne subit aucun échange tubulaire Sa concentration glomérulaire (plasmatique) est de 10 µm Sa concentration urinaire est de 1000 µm Le débit urinaire est 1 ml/min Question: quel est le débit filtration glomérulaire? Substance ni réabsorbée, ni échangée Donc Clairance = DFG DFG = Clairance = DFG = 1 ml/min x m u C p 1000 µm 10 µm = Q u x C u C p DFG = 100 ml/min

Quantification : notion de Clairance m u C p Q gl = + m éch C p Clairance = m u C p = Q u x C u C p Ex : Substance ni réabsorbée, ni sécrétée alors Clairance = Débit de Filtration Glomérulaire (DFG) Ex : Substance réabsorbée alors Clairance < DFG Ex : Substance sécrétée alors Clairance > DFG

Quantification : Capacité tubulaire maximale de réabsorption Filtration Glomérulaire Réabsorption tubulaire totale Sécrétion tubulaire nulle m sec = 0 Exemple du glucose totalement réabsorbé m u = 0 Excrétion urinaire nulle

Tm Quantification : Capacité tubulaire maximale de réabsorption m aff Exemple : glucose m m gl m gl m u = 0 m u m eff m réab m sec = 0 Q gl m u C p <--seuil m v C p m u / C p = m gl / C p T m / C p clairance = Q gl T m / C p C p

Quantification : Capacité tubulaire maximale de sécrétion Filtration Glomérulaire Réabsorption tubulaire nulle m réab = 0 Sécrétion tubulaire m v = 0 Exemple d une substance non réabsorbée, mais sécrétée Excrétion urinaire

m Quantification : Capacité tubulaire maximale de sécrétion m aff m u m gl m gl m u m eff m réab = 0 m sec Q aff Q gl m u C p m v = 0 seuil C p seuil m u / C p = m gl / C p + m sec / C p C p Si m sec < T m : clairance = Q aff Si m sec > T m : clairance = Q gl + T m / C p

Filtration glomérulaire Débit de filtration glomérulaire DFG = 120 ml/min Q gl = 180 l/24h Fraction de filtration : = 20 % Rapport de filtration : Q aff C up C p Filtrat glomérulaire ou urine primitive up : urine primitive PM Rapport de filtration Eau 18 1 Glucose 180 1 Inuline 5 500 1 Myoglobine 17 000 075 Hémoglobine 68 000 003 Albumine 69 000 001 Globulines > 70 000 0

Mécanismes de la filtration glomérulaire 3 facteurs physiques conditionnent la filtration 1 Pression efficace de filtration 2 Perméabilité membranaire 3 Nature des molécules filtrées

Mécanismes de la filtration glomérulaire 3 facteurs physiques conditionnent la filtration 1 Pression efficace de filtration (P e ) P e = P aff - P intra - P onk - P aff : la pression dans le sang afférent 60 mmhg qui tend à faire passer l'eau vers l'urine - P intra : la pression intratubulaire environ 10 mmhg, tend à diminuer la filtration - P onk : la pression onkotique des protéines environ 30 mmhg, tend à retenir l eau dans le sang Au total P e = 20 mmhg

Mécanismes de la filtration glomérulaire 3 facteurs physiques conditionnent la filtration 1 Pression efficace de filtration 2 Perméabilité membranaire - Capacité de transfert (K) telle que Q gl = K x Pe K = 5 à 6 ml/min/mmhg 3 Nature des molécules filtrées - Taille (faible PM > fort PM) - Charge (Anions < Cations) - Combinaison à des protéines

Filtration glomérulaire Facteurs de variation de la filtration glomérulaire - Surface corporelle (SC) : Q gl /SC = Cste - Age : Q gl SC 3 50 ans - Néphrectomie (compensation) Contrôle de la filtration glomérulaire - Pression intra-tubulaire (obstacle U) - Pression onkotique (deshydratation) - Pression capillaire

Mesure du débit de filtration glomérulaire Clairance d une substance non échangée - Inuline (exogène) - Créatinine (endogène) +++ - Urée (endogène) DFG = Clairance = m u = Q u x C p C u C p

Mesure du débit de filtration glomérulaire exemple : Un patient présente le bilan sanguin et urinaire suivant : Natrémie = 150 mm Créatininémie = 200 µm Protidémie = 90 g/l Créatininurie des 24h = 9600 µm Diurèse des 24h à O8 l Question: quel est le débit de filtration glomérulaire? est-ce normal? quel est le mécanisme le plus probable? Créatinine considérée non échangée DFG = Clairance = m u = Q u x C p donc Clairance = DFG C u C p DFG = 08 l/24h x 9600 µm 200 µm DFG = 384 l/24h ou 27 ml/min IRF

Critères diagnostiques d une IRA fonctionnelle contexte clinique évocateur : DEC non obstructive : écho rénale avec absence d obstacle sur les voies urinaires urée P/ Créat P > 100 Na U / K U < 1 Natriurèse abaissée < 20 mmol/l urée U / urée P > 10 créat U / créat P > 30 ***

Mesure du débit de filtration glomérulaire DFG = Clairance = de l inuline m u = Q u x C p C u C p Clairance de la créatinine peut être estimée par l Equation de Cockcroft et Gault chez l'homme = 123 x Poids (kg) x (140-âge) / créatinine (µmol/l) chez la femme = 104 x Poids (kg) x (140-âge) / créatinine (µmol/l) Cette formule n est pas à apprendre et pose des problèmes!

Mesure du débit de filtration glomérulaire DFG = Clairance = de l inuline m u = Q u x C p C u C p Le DFG peut être estimé à partir de la créatininémie par l équation CKD-EPI (Chronic Kidney Disease EPIdemiology collaboration, Levey, 2009) - la créatininémie (exprimée en μmol/l) doit être dosée par une méthode enzymatique traçable IDMS ; - on peut utiliser la calculette de la Société Française de Néphrologie, accessible en ligne : http://wwwsoc-nephrologieorg/eservice/calcul/edfghtm - le résultat, étant déjà indexé à la surface corporelle, ne doit pas être réadapté à la surface corporelle du patient

Suivi des Insuffisants Rénaux Clairance de la créatinine (% de la clairance normale) Créatinine (mg/dl) IR DFG (ml/min/173 m 2 ) Épuration extra rénale

Excrétion rénale du Na + Transfert de Na + dans le néphron Glomérule TCP Anse de Henlé TCD et canal collecteur Contrôle de l excrétion rénale du Na + Proximal Distal Exploration de l excrétion du Na + (Cf Poly)

Transfert de Na + dans le néphron Glomérule : Filtration simple m Na gl = Q gl x [Na + ] Débit massique de Na + = 0120 l/min x 140 mmol/l = 168 mmol/min (550 g/24h) TCP : Réabsorption de Na + +++ (70%) Réabsorption concomitante d eau 2 étapes : - transfert cellulaire actif - traversée capillaire passive

Transfert de Na + dans la première partie du TCP Na + X Na + Na + H + AC HCO 3 - ATP K + X Na + Na + P onk P hémod URINE CO 2 + H 2 O SANG INTERSTITIEL Co-transports Na X : 1 Glucose 2 Acides aminés 3 Phosphates (HPO 4 2- ) 4 Ion Cl - ou HCO 3-5 Lactate AC : anhydrase carbonique

Transfert de Na + dans la seconde partie du TCP + - Cl - Cl- Cl- Cl- Na Cl- + Cl - Na + Na + Na+ H + Hbase Na + ATP K + Na + Na + P onk P hémod Base - K + Cl - Cl - URINE SANG INTERSTITIEL Urine concentrée en Cl - Diffusion para-cellulaire de Cl - Potentiel trans-épithélial Diffusion para-cellulaire de Na +

Transfert de Na + dans la partie ascendante de l anse de Henlé URINE H 2 0 INTERSTITIEL SANG Na + K + Na + H + 2 Cl - AC K + Cl - Na + HCO - 3 ATP K + Na + Na + Na + CO 2 + H 2 O K + Ca ++ Mg ++ + - Imperméabilité à l eau Potentiel trans-épithélial (courant K + ) Diffusion para-cellulaire de Na +

Transfert de Na + dans le TCD URINE H 2 0 INTERSTITIEL SANG Na + Cl - Na + H + Na + Ca ++ Mg ++ Na + Na + Mg ++ Na + Ca ++ Ca ++ ATP Na + Na+ ATP K + Cl - - + Imperméabilité à l eau Potentiel trans-épithélial inversé entraînant la Diffusion para-cellulaire de Cl - Réabsorption active de Na +

Contrôle de l excrétion rénale du Na + Proximal Balance glomérulo-tubulaire Hormone atriale natriurétique Distal Hormone atriale natriurétique Aldostérone Glucocorticoïdes

Contrôle proximal de l excrétion du Na + Balance glomérulo-tubulaire Filtration simple du Na + dans le Glomérule Débit massique de Na + : m Na gl = Q gl x [Na + ] Fraction m Na gl m Na reab = constante Si DFG (Q gl ) diminue de moitié, alors m Na reab diminuera de moitié

Contrôle proximal de l excrétion du Na + Balance glomérulo-tubulaire Hormone natriurétique atriale FNA Vaso C art eff Vaso D art aff Pe DFG Excrétion Na +

Contrôle distal de l excrétion du Na + Hormone natriurétique atriale FNA Excrétion Na + Na +

Contrôle distal de l excrétion du Na + Hormone natriurétique atriale Volémie endothéline aldostérone FNA rénine AngioT II réabsorption tubulaire de Na + natriurèse

Contrôle distal de l excrétion du Na + Aldostérone Surrénales Aldostérone Réabsorption Na + Excrétion Na +

Surrénale Médullosurrénale Catécholamines (adrénaline ) Corticosurrénale Glucocorticoïdes (cortisol ) Minéralocorticoïdes (aldostérone)

Système rénine angiotensine-aldostérone Volémie Activation système nerveux sympathique Activation barorécepteurs appareil juxtaglomérulaire Diminution NaCl Macula densa AngioT II intrarénale rénine AngioT II circulante fraction filtrée Sécrétion d aldostérone réabsorption tubulaire de Na + natriurèse

Système rénine angiotensine-aldostérone Angiotensinogène (foie) Cathepsine G Chymase Cathepsine G (mastocytes) Angiotensine I (10 aa) Rénine (appareil juxtaglomérulaire ou Macula densa) Enzyme de conversion de l angiotensine (poumons + endoth péritub) Angiotensine II (8 aa)

Contrôle distal de l excrétion du Na + Hormone natriurétique atriale Aldostérone (rénine-angiotensine) Glucocorticoïdes

Concentration et dilution de l urine Notion de clairance osmolaire Mécanismes Gradient cortico-papillaire Hormone anti-diurétique (ADH) Contrôle des pertes d eau Exploration de l équilibre hydrique

Clairance osmolaire Clairance Osmolaire = Q osm = Q u x U P Volume de plasma fictif qui serait complètement débarrassé de ses osmoles pendant l unité de temps Q u : Débit urinaire (ml/min) U : Pression osmolaire dans l urine (osm) P : Pression osmolaire dans le plasma (osm) 3 cas : U/P = 1 urines iso-osmotiques au plasma Q osm = Q u U/P > 1 urines plus concentrées que le plasma Q osm > Q u U/P < 1 urines plus diluées que le plasma Q osm < Q u

Clairance osmolaire Q H2O Clairance Eau libre = = Q osm - Q u Volume d eau qu il faudrait ajouter à des urines hyperosmotiques pour les rendre iso-osmotiques au plasma Volume d eau qu il faudrait enlever à des urines hypo-osmotiques pour les rendre iso-osmotiques au plasma

Concentration et dilution de l urine Notion de clairance osmolaire Mécanismes Gradient cortico-papillaire Hormone anti-diurétique (ADH) Contrôle des pertes d eau Exploration de l équilibre hydrique

Concentration et dilution de l urine Perméabilité au Na + Cortex Médullaire externe Médullaire interne Anse de Henlé

Concentration et dilution de l urine Perméabilité à l eau Cortex Médullaire externe Médullaire interne Anse de Henlé

Concentration et dilution de l urine Perméabilité Cortex à l eau au Na + Médullaire externe Médullaire interne Concentration Anse de Henlé Dilution

Concentration et dilution de l urine Gradient cortico- % du volume de plasma filtré par le glomérule papillaire

Hormone antidiurétique (ADH) ou Arginine vasopressine (AVP) Hypothalamus Post-hypophyse ADH Réabsorption d eau Récepteur ADH Tubule collecteur cortical Canal collecteur cortical Canal collecteur médullaire Diurèse

Contrôle des pertes d eau Osmolalité plasmatique efficace Volémie TA Stimulation osmorécepteurs (hypothalamus) Activation barorécepteurs (Oreillettes cardiaques, crosse Aortique, sinus carotidien) ADH circulante perméabilité à l eau du canal collecteur réabsorption d eau diurèse Gradient corticopapillaire

Concentration et dilution de l urine ANTIDIURESE déshydratation DIURÈSE AQUEUSE surcharge liquidienne aspect des urines urines urines concentrées diluées gradient élevé atténué cortico-papillaire ADH +++ faible Débit urinaire 500 ml/24h >2 litres/24h (oligurie si < 500) Osmolarité 1200 mosm/l 50 mosm/l des urines

Urée (cf poly) Glucose Transport et excrétion de l urée, du glucose, du potassium A l état normal : Glycémie 41 à 61 mmol/l (ou 07 à 11 g/l) Glycosurie Nulle A l état pathologique : Glycosurie + - Glycémie > seuil rénal (Diabète) (14 mmol/l ou 25 g/l) - Diminution du seuil rénal (Néphropathies) - Diminution du Tm du glucose Diurèse osmotique

Urée (cf poly) Glucose Potassium Transport et excrétion de l urée, du glucose, du potassium Concentration plasmatique régulée (Kaliémie) Sorties de potassium Extra-rénales digestive ou cutanée (non contrôlées) Excrétion urinaire contrôlée

Transport et excrétion urinaire du potassium Filtration Glomérulaire Réabsorption tubulaire proximale Sécrétion dans le Canal collecteur [K + ] 4 mmol/l 100% Q K gl 691 mmol/24 h Réaborption Anse de Henlé 35% 5% 10% Excrétion urinaire Kaliurie Réabsorption par le canal collecteur

Sécrétion de K + dans le canal collecteur URINE INTERSTITIEL SANG Na + Na + K + K + ATP K + Na + Na + ATP K + H + K + - + - [K + ] - 100 mmol/l 30 mv 80 mv [K + ] 4 mmol/l + + Sécrétion 50 mv Activité de la Na + -K + ATPase Gradient électrochimique Perméabilité membranaire au K + (canal apical K + ) Réabsorption Activité de la H + -K + ATPase Perméabilité membranaire au K + (canal basal K + )

Contrôle de l excrétion urinaire du K + Kaliémie Stimulation Na + -K + ATPase Inhibition canaux K + basolatérale basolatéraux sécrétion tubulaire de K + Kaliurèse

Contrôle de l excrétion urinaire du K + Kaliémie Aldostérone circulante augmentation Négativité luminale (réab Na + ) stimulation Na + -K + ATPase basolatérale activation canaux K + apicaux sécrétion tubulaire de K + Kaliurèse

Contrôle de l excrétion urinaire du K + ph alcalose métabolique Augmentation conductance canaux K + apicaux sécrétion tubulaire de K + Kaliurèse

Contrôle de l excrétion urinaire du K + Apports de K + Kaliémie ADH Débit urinaire sécrétion tubulaire de K + ph Aldostérone Apports d eau Débit de Na + Volume extra-cellulaire Apports de H + Apports de Na +

Transport et excrétion de l urée, du glucose, du potassium Urée (cf poly) Glucose Potassium Protons et bicarbonates

Transport et excrétion urinaire des protons Filtration Glomérulaire nulle Excrétion urinaire H + libres (négligeable) Acidité titrable (1/3) NH 4 + (2/3)

Transport et excrétion urinaire Déplétion potassique des NH 4 + Cortisone + + + + Aldostérone Alcalose

Transport et excrétion urinaire des bicarbonates Filtration Glomérulaire [HCO 3- ] 25 mmol/l Réabsorption tubulaire proximale Réabsoption tubulaire distale 100% 80% Q HCO3 - gl 4800 mmol/24 h Réaborption Anse de Henlé 15% 3% 0% Excrétion urinaire nulle Réabsorption par le canal collecteur

Transport et excrétion urinaire des bicarbonates Filtration Glomérulaire Réabsorption tubulaire proximale Réabsoption tubulaire distale [HCO 3- ] 25 mmol/l 100% 80% Q HCO3 - gl 4800 mmol/24 h Réaborption Anse de Henlé 15% 3% Excrétion urinaire Non nulle Alcalose Sécrétion par le canal collecteur

Transport et excrétion de l urée, du glucose, du potassium Urée (cf poly) Glucose Potassium Protons et bicarbonates Calcium et Phosphore (cf poly)

Circulation rénale Ao Art rénale droite Art rénale gauche - Débit sanguin rénal 20-25% du débit cardiaque (1000 1200 ml/min) - Répartition - 90% cortex - 9% médullaire externe - 1% médullaire interne

Circulation rénale

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Q aff Q gl Q aff = Q u + Q v Q u Q eff Q réab Q sec et m aff = m u + m v Q v

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Q aff Q gl Q aff = Q u + Q v Q u Q eff et PAH acide para-amino-hippurique : m aff = m u + = m v Q aff x C p Substance totalement sécrétée à faible concentration Q aff Q réab = 0 Q sec = m u C p Q v = 0

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Q art rénal 80 180 mmhg P art Rein isolé perfusé : - Absence d hormones circulantes - Absence d innervation

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Système rénine - angiotensine AgT II : résistances vasculaires rénales vasoc artériole efférente (faible C) R a eff DSG P aff DFG constant

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Système rénine - angiotensine AgT II : résistances vasculaires rénales vasoc artériole afférente (forte C) DSG P aff DFG

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Système rénine angiotensine Système nerveux sympathique (riche) Stimulation a1 modérée : vasoc artériole efférente - DFG constant Stimulation a1 forte : vasoc artériole afférente et efférente - DFG diminué

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Système rénine angiotensine Système nerveux sympathique (riche) Hormone natriurétique atriale FNA : inhibe la sécrétion de rénine vasoc artériole efférente vasod artériole afférente

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Système rénine angiotensine Système nerveux sympathique (riche) Hormone natriurétique atriale Prostaglandines - Métabolisme de l AA (cycloxygénase) - PGI 2 et PGE 2 sont vaso D des artérioles afférente et efférente - DSG et DFG Attention aux AINS (inhibiteurs de COX)

Circulation rénale Mesure du Débit sanguin rénal Contrôle du Débit sanguin rénal Autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire Système rénine angiotensine Système nerveux sympathique (riche) Hormone natriurétique atriale Prostaglandines Facteurs paracrines - Bradykinine et NO sont vaso D des artérioles aff et efférente - Endothéline est vasoc des artérioles aff et efférente