Notions de physiologie rénale Dr Valérie Crougneau Dr Charles Cartou 18 et 25 novembre 2015
Les reins: à quoi ça sert? Rôle principal: maintien de l homéostasie (=équilibre) du milieu intérieur Epuration des déchets de l organisme protéines, créatinine (= déchet musculaire, kréas = viande), urée, chaînes d anticorps, médicaments, Maintien de l équilibre hydro-électolytique (eau et électrolytes) Maintien de l équilibre acide-base régulation de la pression artérielle : Par le biais de la régulation de la volémie, de la réabsorption de sel Système rénine-angiotensine-aldostérone sécrétion hormonale : EPO Rénine enzyme un-alpha-hydroxylase qui active la vitamine D Dans l insuffisance rénale chronique, toutes ces fonctions sont touchées
Les Reins : A quoi ça sert? Le rein est l organe le plus perfusé de l organisme. Pour un débit sanguin cardiaque de 5 l /min, 1,2 l de sang passent chaque minute dans les 2 reins. La longueur des capillaires glomérulaires est de l ordre de 50 Km.
Mécanismes impliqués? Sang (Plasma + protéines) FILTRATION du plasma ou filtration glomérulaire Urine Primitive (120 ml/min ; 180 l/j) Réabsorption/sécrétion Urine définitive adaptée ou non adaptée (composition/quantité)
La filtration glomérulaire La Barrière de filtration glomérulaire
Barrière de filtration
La filtration glomérulaire L urine primitive (ultrafiltrat du plasma) est composée de tout ce qui est de petit poids moléculaire (acides aminé, phosphore, urée, créatinine..) jamais de GR, de GB ni de protéines car ils ne passent pas la barrière de filtration glomérulaire ( PM 70 000 Da) perméabilité sélective La filtration glomérulaire est un phénomène passif. La filtration glomérulaire a pour moteur essentiel la pression hydrostatique qui règne dans les capillaires glomérulaires = PCG
La filtration glomérulaire La filtration glomérulaire produit 120 ml/mn soit 180l/j d urine primitive!!! Rôle +++ des tubules
La filtration glomérulaire Mais il faut tenir compte aussi - de la P oncotique des protéines dans les capillaires glomérulaires (PO) - de la pression de cohésion tissulaire au niveau de la capsule de Bowman (PCB) - Le coefficient d ultrafiltration (Kuf) dépend de la perméabilité et de la surface de la paroi capillaire
PCG PCB Capillaires glomérulaires PO PF = PCG (PO + PCB) = 60 - ( 30 + 20 ) = 10 mmhg DFG= PF x Kuf
Régulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire L autorégulation du débit sanguin rénal et de la filtration glomérulaire permet de maintenir une filtration STABLE malgré les variations de la pression artérielle. Le flux sanguin rénal est stable tant que la pression artérielle est entre 85 et 200 mmhg grâce à : adaptation myogénique : adaptation permanente des parois vasculaires à leur contenu rétrocontrôle tubulo-glomérulaire par le biais de AJG
Autorégulation du débit sanguin rénal STABILITE
Adaptation myogénique - Basée sur la vasomotricité des artérioles afférentes et efférentes Variation du DSR et DFG selon l état de vasoconstriction des artérioles
Rétrocontrôle tubulo-glomérulaire Appareil juxta glomérulaire - Le glomus - La macula Densa - Le lacis Toute variation du contenu / du débit des urines circulant dans les tubules peut faire l objet d une réadaptation de la filtration glomérulaire
1.Le glomus (cellules myo-épithéliales) Cellules de la paroi de l AA dérivées des C musculaires lisses 1 capacités contractiles : vasoconstriction AA capacités sécrétoires (RENINE): Rénine Enzyme de conversion Angiotensinogène (foie) Angiotensine I Ang. II active les R de l Ang. II sur les cellules musculaires lisses de l AE vasoconstriction AE Ce sont des BARO récepteurs, activés par la baisse de la P hydrostatique régnant dans l AA
2.La macula densa Cellules du TCD modifiées qui entrent en contact avec - les cellules du glomus - les cellules du lacis Ce sont des CHEMO-récepteurs Sensibles aux modifications de volume / de composition (Na+, Cl-) de l URINE qui passe dans le tube contourné distal Elles synthétisent de l adénosine : inhibe la sécrétion de rénine par le glomus, active la vasoconstriction de l AA et la vasodilatation de l AE (d où : baisse du Débit de Filtration Glomérulaire) 2
3.Le lacis Cellules mésangiales extra-glomérulaires 3 En contact avec : le glomus, la macula densa le mésangium intra-glomérulaire Propriétés contractiles : Modification de conformation des C. mésangiales intra - glomérulaires modifie disposition spatiale des capillaires modifie filtration glomérulaire
Fonction d excretion des déchets S évalue par la clairance de la créatinine Insuffisance rénale = défaut de fonctionnement des deux reins (si un seul rein dysfonctionne, l autre prend le relais), que l on diagnostique biologiquement par: - une élévation de la créatinine dans le sang - une diminution de la clairance de la créatinine (+++) L élévation de la créatininémie (déchet musculaire) témoigne d un défaut d excrétion, mais reflète indirectement la défaillance globale des fonctions rénales.
La clairance ou débit de filtration glomérulaire Quantité de «matière» extraite du sang pendant un temps donné à travers le filtre glomérulaire Cl = capacité des reins à épurer 1 ml de plasma en 1 min (unité : ml/min) Exemple : clairance de la créatinine à 30 ml/min signifie que les reins sont capables d épurer 30 ml de plasma de toute leur créatinine en 1 minute.
Clairance de la créatinine Créatinine = produit du métabolisme musculaire peu réabsorbé au niveau tubulaire Comme la créatinine est un déchet des muscles, son taux est variable : en fonction de la masse musculaire En fonction de l âge des patients On utilise donc plutôt la clairance de la créatinine pour définir l insuffisance rénale. IR = diminution de la clairance de la créatininémie On peut mesurer la clairance de la créatinine ou l évaluer avec des formules prenant en compte la masse musculaire supposée du patient
La clairance de la créatinine peut se mesurer : grâce aux urines de 24 h en utilisant une formule qui rapporte le taux de créatinine dans les urines au taux de créatinine sanguin. débuter recueil après la première miction du matin. Fin après la première miction du lendemain Taux de créatinine sanguin le même jour Clearance de la créatinine mesurée = (U/P) x V (en ml/min) U = concentration de la créatinine dans les urines de 24h (en mmol/l ou g/l) P = concentration de la créatinine dans le plasma (prise de sang) (même unité) V = volume total des urines de 24h en ml/min Cette mesure n est pas toujours possible (selon le profil du patient). Limite = qualité du recueil des urines par le patient
La clairance de la créatinine peut s évaluer en fonction du taux de créatinine et de la masse musculaire du patient (qu on évalue ) Formule de Cockroft-Gault (1976) : homme : 1,25 x (140 - âge) x poids kg / (créatinine) plasmatique µmol/l femme : 1,05 x (140 - âge) x poids kg / (créatinine) plasmatique µmol/l MDRD: DFG (ml/min/1.73 m2) = 186 x (Scr)-1.154 x (Age)-0.203 x (0.742 si femme) x (1.210 si phénotype africain) CKD-EPI: DFG = 141 x min(scr/k,1) a x max(scr/k,1) -1,209 x 0,993 Age x 1,018 (si femme) Scr : créatinine sérique (µmol/l) K : 62 pour les femmes et 80 pour les hommes a : -0,329 pour les femmes et -0,411 pour les hommes min indique le minimum de Scr/K ou 1 max indique le maximum de Scr/K ou 1 En pratique, Cockroft donne souvent une bonne approximation sauf personnes agées et obèses. MDRD sous évalue la fonction rénale des jeunes costauds Normal entre 100 et 120 ml/min
Evaluation de la fonction rénale Créatinine sérique : oui mais... Creat 200µmol/l clair (mdrd) 20 ml/min Creat 200µmol/l clair (mdrd) 40 ml/min (cock) 70 ml/min
La meilleure évaluation de la fonction rénale = mesure de la clearance de l inuline «Gold standard», reflet le plus précis de la filtration glomérulaire! Réalisé en quelques heures en laboratoire spécialisé (CHU) : injection IV d un traceur (inuline), dont la cinétique d élimination est dosée dans le sang et les urines. Rarement réalisée: nécessite hospitalisation de jour, cher En pratique, on ne le fait que dans certains cas particulier si on veut être absolument sûr de la fonction rénale (adaptation traitements, chimio en particulier )
Stratification de la maladie rénale chronique Stade Description TFG (ml/min/1,73 m2) 1 Lésions rénales avec TFG Normal normal ou>90ml/min 2 TFG peu 89-60 ml/min 3 TFG modérement 59-30 ml/min 4 TFG très 29-15 ml/min 5 Insuffisance renale terminale <15 ml/min D après Am J Kidney Dis 2002; 39 (2, suppl 1): S46-S75
Les réajustements tubulaires Rôle : Modification des urines primitives en «urines définitives» quantitative : Volumes des urines (1 à 2 L/J) qualitative : Composition des urines Maintien de notre milieu intérieur
Les réajustements tubulaires Le fonctionnement tubulaire est basé sur des transferts d eau et de substance qui sont : R R Réabsortion vers les Capillaires péri-tubulaires S S Sécrétion vers la lumière tubulaire Lumière tubulaire Capillaire péritubulaire
Les réajustements tubulaires Laperméabilitéde l épithélium tubulaire est variable tout au long des tubules : tantôt proportionnée tantôt dissociéepour l eau et les différents électrolytes.
Les réajustements tubulaires Tube contourné proximal = réabsorption 80 % du liquide filtré tout le glucose tous les bicarbonates et acides aminés la majeure partie du Na, du Ca, du P Anse de Henlé = concentration / dilution par établissement d un gradient cortico-papillaire
Les réajustements tubulaires Tube contourné distal = réabsorption de Na+ en échange de K+ et H+ sous l influence de l aldostérone Tube collecteur = ajustement de la concentration finale de l urine sous l influence de l ADH
Aldostérone FAN vitamine D PTH Angiotensine II ADH Action des hormones d origine rénales et extra-rénales
Equilibre de l eau L absorption et l élimination d eau doivent s équilibrer. Cette fonction d équilibre est remplie par le rein et par la soif. + 0,3 l Eau du métabolisme 0,9 l Eau de la nourriture 1,3 l Boissons 2,5 l Absorption totale 0,1 l Eau des selles 0,9 l Transpiration et respiration 1,5 l Urine 2,5 l Perte totale
Equilibre de l eau Filtration et Réabsorption 60 l d urine/jour à la sortie tubuloproximale 20 l d urine/jour à l entrée tubulodistale 10 l d urine/jour à la sortie tubulodistale 180 l de filtrat/jour 1500 l de sang/jour par les artères rénales 1,5 l d urine/jour à la sortie du canal collecteur production finale d urines : 1,5 l
Osmolarité: 300 mosm/l A.D.H. EAU + Osmolarité: 600 mosm/l
HYPOPHYSE
Récepteurs à l osmolarité du sang : osmorécepteurs Récepteurs au volume sanguin: volorécepteurs Lobe antérieur Lobe postérieur A.D.H. A.D.H.
HYPOVOLEMIE Volorécepteurs du système vasculaire situés dans le cœur, l aorte et les carrefours carotidiens HYPEROSMOLARITE Osmorécepteurs du secteur sanguin situés dans l hypothalamus et les méninges HYPOTHALAMUS POST-HYPOHYSE ADH REIN: augmentation de la réabsorption de l eau au tube collecteur et réduction de la diurèse pour permettre de restaurer la volémie ou/et l osmolarité
le sodium 2 formes : Na fixé, osseux (30 %) Na échangeable (70 %) = Na extra-cellulaire + une partie du Na intra-cellulaire Na extra-cellulaire = 140 mmol/l apport alimentaire très variable sorties : selles sueur ++ urine ( 99 % des apports) réabsorption massive au TCP et sélective au TCD (aldostérone)
Le potassium Kaliémie = valeur très finement régulée car danger +++ de l hyperkaliémie 90 % du K est intra-cellulaire : concentration intra-cellulaire = 120 mmol/l concentration extra-cellulaire = 3.5-4.5 mmol/l seule entrée = alimentation absorption digestive 100 % très rapide (15 à 30 mn)
Le potassium sorties : selles (5 à 10 %) sueur ++ rein (90 %) avec une régulation fine : réabsorption de 55 à 60 % au TCP sécrétion au TCD (échange avec Na ou H) sous l effet de l aldostérone
Equilibre acido-basique L état d acidité ou d alcalinité d une solution peut donc se définir par sa concentration en ions H+. cette concentration s exprime en unité ph: ph= - log(h +) LE ph SANGUIN EST SITUE ENTRE 7,38 et 7,45 et il reste stable entre ces deux valeurs. Or le métabolisme cellulaire est à l origine d une production d ions H+ permanente. La stabilité du ph sanguin est assurée par l intervention de substances tampons qui vont capter les H+ pour les neutraliser et faciliter leur élimination Le bicarbonate avec son acide faible, l acide carbonique représente dans le milieu extra cellulaire le système tampon le plus important de par sa masse disponible et sa rapidité d intervention (HCO3 -,Na+) + (A-,H+) H2CO3+ A Na Bicarb. de sodium+ acide fort Acide carbonique + sel
CO2+H2O ACIDES NON VOLATILES: H+ A- H2CO3 HCO3- Na+ CO2 et H2O ANa
Equilibre acido-basique Filtration glomérulaire: 4500 mmol/l de HCO3-. REABSORPTION DES bicarbonates dans le TCP à 99% (pour éviter les pertes!) REGENERATION DES bicarbonates dans le TCD et le canal collecteur
Le rôle du rein dans la régulation de la pression artérielle Le maintien d un PA constante résulte de l inter action de deux facteurs opposés: Le volume sanguin ou volémie L état des résistances artérielles périphériques (RAP) La pression artérielle = Volémie X RAP La pression artérielle = Qc (débit cardiaque ou volémie) X RAP
Le rôle du rein dans la régulation de la pression artérielle Rôle du rein dans la volémie La volémie est contrôlée par le rein par l excrétion de Na dans les urines. Toutes augmentations de la PA va entraîner une augmentation de l élimination de NA dans l urine de manière à équilibrer le volume sanguin
Le rôle du rein dans la régulation de la pression artérielle Rôle du rein dans les RAP SRAA Par action vasculaire vasoconstriction artérielle puissante (rénine)
Le rôle du rein dans la régulation de la pression artérielle Le rein régule la PA par le contrôle de la volémie par la réabsorption et élimination du sodium sous effet de l aldostérone des résistances artérielles périphériques en contrôlant la vasoconstriction ou la vasodilatation sous l effet de la rénine Rôle majeur du système Rénine Angiotensine Aldostérone
LE SYSTEME RENINE ANGIOTENSINE Diminution de la pression de perfusion de l artère afférente Cathécholamines, stimulation sympathique Concentration des électrolytes dans le tubule (Na Cl) Baro-récepteurs de l artère afférente Récepteurs ß1 adrénergiques Cellules de la Macula Densa CELLULES JUXTA GLOMERULAIRES RENINE
LE SYSTEME RENINE-ANGIOTENSINE RENINE ANGIOTENSINOGENE ANGIOTENSINE I ENZYME DE CONVERSION ANGIOTENSINE II
ANGIOTENSINE II SURRENALE ARTERES VASOCONSTRICTION ALDOSTERONE Réabsorption du Na au TCD AUGMENTATION de la Pression Artérielle
L ALDOSTERONE: hormone sécrétée par la cortico surrénale Hypernatrémie-Hypokaliémie _ + Cortico surénale ALDOSTERONE REIN (TCD) Hyponatrémie-Hyperkaliémie Système Rénine Angiotensine REABSORPTION du SODIUM et ELIMINATION du POTASSIUM en échange
25 Equilibre phospho-calcique
Excrétion urinaire du calcium Filtration glomérulaire : >10g/jr mais : 97 à 99% sont réabsorbés au niveau tubulaire Réabsorption tubulaire régulée par la PTH
Dérivés du cholestérol Alimentation Peau et UV VIT D3: cholécalciférol 25 HYDROXYLASE 25 OH VIT D3 1 ALFA HYDROXYLASE 1-25(OH)2 VIT D3
1-25 (OH)2 VIT D3 L ABSORPTION du Ca dans le tube digestif FIXATION DU Ca sur l os
Effet de la Parathormone Calcémie Parathormone Rein 1α hydroxylase Os Résorption osseuse Excrétion de Ph + Réabsorption de Ca 2+ Formation de Calcitriol [Vit 1-25 (OH) 2 D 3 ] Libération de Ca + et Ph 2+ Absorption intestinale de CaHPO 4
Anémie + IRC Rein responsable de la synthèse d érythropoietine
Avantages du traitement de l anémie Améliorations importantes de la qualité de vie telle que signalée par les malades 1 Diminution importante de l index de masse du ventricule gauche 2 Ralentissement de l évolution vers une insuffisance rénale 3 1 Revicki DA et al. Am J Kidney Dis 1995; 25 (4): 548-554 2 Potrtolés J et al. Am J Kidney Dis 1997; 28 (4): 541-548 3 Jungers P et al. Nephrol Dial Transplant 2001; 16: 307-312
Les Multiples Fonctions du Rein Produit final du métabolisme Production d urée, de créatinine etc. Equilibre en Calcium Structure des os Activation de la vitamine D hematopoiese Formation d Erythropoïétine Equilibre en Potassium Equilibre en eau Réabsorption de bicarbonate Equilibre en sodium Activité cardiaque Régulation du ph Pression sanguine
INSUFFISANCE RENALE: perte des fonctions normales des reins Modifications de l élaboration des urines: - Accumulation des déchets, - Désordres hydro-électrolytiques, - Perturbations de l équilibre acido-basique. Perturbations d ordre endocrinien: - HTA, - Anémie, - Désordres phospho calciques.
En pratique la clairance de la créatinine = évaluation de la fonction rénale Au stade de l insuffisance rénale évoluée, intérêt de peser tous les jours le patient et mesurer si cela est possible la diurèse quotidienne Mécanisme d action des médicaments IEC et ARA2 et intérêt dans l HTA d origine rénale EPO et insuffisance rénale Surveillance de la PTH et supplémentation en vitamine D dans l insuffisance rénale Fermer le diaporama
Le glomérule (corpuscule de Malpighi) Pôle vasculaire Pôle Urinaire (tubulaire) Appareil juxta-glomérulaire Flocculus (peloton de capillaires)
La filtration glomérulaire a pour moteur essentiel la pression hydrostatique qui règne dans les capillaires glomérulaires = PHG Plus précisemment, elle dépend de la Pression efficace de filtration glomérulaire (PF) et du Coefficient d ultrafiltration (KF, dépend de la perméabilité de la paroi capillaire et de la surface de filtration) : Débit de Filtration glomérulaire = PF KF PF = PHG (PO+ PHU) PF = Pression efficace de filtration glomérulaire (10 mmhg) PHG = Pression hydrostatique dans les capillaires glomérulaires (60 mmhg) PO = Pression oncotique des protéines dans les capillaires glomérulaires = 30 mmhg PHU = Pression hydrostatique dans la chambre urinaire = 20 mmhg
Les fonctions tubulaires Tube contourné Proximal : Réabsorption Isotonique Diminution massive du volume du filtrat ( 70% du volume des urines primitives) 1. Eau + Substances dissoutes retournent dans le sang 2. 75% de l eau + sodium filtrés sont réabsorbés 3. 100% glucose est réabsorbé 4. Réabsorption des bicarbonates 5. Sécrétions ions H+
Les fonctions tubulaires Les segments post-proximaux : Anse de Henlé, tubule distal, canal collecteur : Concentration- Dilution des urines en fonction de l état d hydradation. Perméabilité dissociée des différents segments pour les différentes substances (eau, sodium, urée ) Régulés par différents médiateurs hormonaux.
Aldostérone FAN vitamine D PTH Angiotensine II ADH Na Action des hormones d origine rénales et extra-rénales
H2O dans la partie descendante, l anse de Henlé est perméable à l eau urines deviennent hypertoniques dans la partie ascendante, (imperméable à l eau) réabsorption de sodium urines deviennent hypotoniques Puis Si patient est déshydraté : sécrétion d ADH: perméabilise le TCD et le canal collecteur à l eau : concentration des urines qui redeviennent hypertoniques
Système rénine angiotensine Rein IEC Antagoniste des récepteurs de ATII Stimulation sympathique Fréquence cardiaque Rénine Enzyme de conversion Récepteur AT1 Prolifération des CML Synthèse de collagène Angiotensinogène Angiotensine I Angiotensine II Vasoconstriction Cathepsine Chymase Aldostérone Volémie Rétension hydrosodée Foie Coeur Récepteur AT2 Vasodilatation Effet antiprolifération Insuffisance cardiaque HTA Insuffisance rénale
Equilibre phospho-calcique Apports journaliers de calcium Absorption digestive (10 à 20%) Elimination rénale Excrétion
Métabolisme et effet de la vitamine D 7-déhydrocholesterol U.V. Apports alimentaires Peau Cholecalciférol Foie Hypophosphatémie PTH 25 Hydroxycholecalciferol Rein 1α hydroxylase Calcitriol [Vit 1-25 (OH)2 D3] Intestin grêle Os Rein Absorption intestinale de CaHPO 4 Libération Ca 2+ et Ph + Excrétion Ca 2+ et Ph +