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Le rein et la sécrétion rénale I.

Introduction

Les reins sont des organes qui permettent la purification du SANG. C’est une fonction essentielle au maintien de l’homéostasie. Pour une bonne survie de l’organisme, il faut le maintien constant d’un certain nombre de paramètres : les milieux intracellulaires, les milieux extracellulaires et le liquide plasmatique. L’homéostasie = principe d’équilibre des paramètres physicochimiques des milieux internes de l’organisme. -

pH stable = 7,4 Osmolarité 280 mOsm

Maintien de l’équilibre hydrominéral = régulation du volume hydrique et de la composition en électrolytes en assurant la filtration du SANG et l’excrétion urinaire. Les reins sont des organes qui synthétisent des hormones dont l’EPO = érythropoïétine. C’est une hormone qui assure la prolifération des cellules sanguines. La rénine est une enzyme sécrétée par les reins, elle intervient dans la synthèse d’une autre hormone : angiotensine II. II. La structure des reins 1) Structure Macroscopique

Les reins sont des organes paires situés dans l’abdomen. -

Une capsule = TC de protection Une artère rénale Une veine rénale Uretère : voie de sortie de l’urine

Ces vaisseaux sont situés au niveau d’une structure qu’on appelle le hile. Présence d’une zone superficielle et d’une zone profonde : une zone superficielle qu’on appelle le cortex et une zone profonde qu’on appelle la médulla.

Le cortex forme des prolongements qu’on appelle les colonnes de Bertin qui aboutissent dans la zone centrale qu’on appelle le bassinet. La médulla est organisée en pyramides qu’on appelle pyramides de Malpighi. Un lobe rénale correspond à une pyramide de Malpighi et au cortex attenant. L’artère rénale (en rouge) est une grosse artère issue directement de l’aorte abdominale. Cette artère rénale forme des branches qui entourent chaque pyramide = artère arquée. L’artère arquée forme des artérioles qui irriguent le néphron (artériole afférente et artériole efférente). La veine arquée se superpose aux réseaux artériels et le SANG retourne vers la veine rénale.

2) Structure microscopique Des néphrons qui correspondent à des minuscules unités de filtration du SANG. La majorité des néphrons sont situés entre le cortex et la médulla (néphrons corticaux et néphrons juxta-médullaire). Les néphrons qui sont les plus profonds (juxta-médullaires) produisent une urine concentrée (plus riche en électrolytes). Un néphron fait ~ 50mm. C’est une structure formée de tissus épithéli ales et d’éléments vasculaires. •

Une structure qui comprend un repliement de l’artériole afférente en capillaires pelotonnés qui forment le glomérule de Malpighi. Les vaisseaux sanguins du glomérule sont recouvert par des tissus épithéliales = capsule de Bowman. L’ensemble forme le corpuscule de Malpighi.

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Le tubule contourné proximal (TCP) est formé de cellules épithéliales cubiques. Ces cellules présentent de nombreuses microvillosités au niveau du pôle apical (rôle dans l’absorption).

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Partie descendance de l’anse : cellules épithéliales qui sont très aplaties et très perméantes à l’H2O mais imperméantes aux électrolytes.

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Partie ascendante de l’anse = cellules perméantes aux ions et imperméantes à l’H2O.

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Tubule contourné distal (TCD) avec une lumière plus importante. Les cellules redeviennent cubiques mais pas de microvillosités. Elles sont perméantes aux ions et plus particulièrement aux ions sodium (perméabilité aux ions < TCP)

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Le tubule collecteur = collecte les liquides qui proviennent des tubules du néphron. Le tubule collecteur rejoint le calice et le bassinet où l’urine est stockée avant de passer dans l’uretère et la vessie.

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L’uretère est le conduit qui transporte l’urine des reins jusqu’à la vessie.

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Ensuite, on retrouve l’urètre de la vessie jusqu’à l’orifice.

III.

Aspects fonctionnels

Caractéristiques et composition de l’urine L’urine c’est une solution aqueuse complexe qui est constituée -

Electrolytes (substance minérale) Des éléments cellulaires plus ou moins altérés = débris cellulaires Substances organiques

C’est un indicateur du bon fonctionnement de l’organisme. Elle permet de détecter certaines pathologies dont le diabète.

Les reins filtrent 180L de SANG/j . Sur ces 180L de SANG, 1% est sous forme d’urine soit 1,8L d’urine/j. -

Oligurie : volume urinaire faible (~ 500 mL) (déshydratation) Polyurie : volume urinaire important (>1,8L/j) (surhydratation : lorsque ça se maintien on parle de diabète insipide)

Comparaison entre l’urine et le plasma sanguin :

Certains composés sont présents dans le plasma sanguin mais absent dans l’urine : protéines sériques et glucose. Certains constituants sont présents davantage dans le plasma sanguin que dans l’urine : bicarbonates et parfois sodium. Certains composants sont davantage représentés dans l’urine que dans le plasma sanguin : calcium, chlore, potassium. On retrouve également des composés très fortement représentés dans le compartiment urinaire et très faiblement dans le SANG : urée, ions ammonium, acide urique = déchets azotés. L’urochrome est le produit de dégradation de l’hémoglobine. La voie urinaire est la deuxième voie de dégradation des hématies. Il donne une couleur jaune à l’urine.

La physiologie rénale Les phénomènes tubulaires (TCP, Anse de Henlé et TCD) -

Le processus de filtration glomérulaire : filtration du SANG entre le glomérule et la capsule. Elle permet de produire de l’urine dite primitive en très grande quantité. Cette urine possède une composition différente de l’urine définitive. - Processus de réabsorption : récupération des constituants de l’urine primitive et ils retournent dans les compartiments sanguins (capillaires péritubulaires) - Processus de sécrétion : sécrétion d’électrolytes depuis le SANG vers le compartiment urinaire et élimination. ➔ Modification de l’urine primitive pour former l’urine définitive.

a) La filtration glomérulaire Elle repose sur l’existence d’une membrane poreuse tripartite = membrane de filtration qui est constituée : -

D’un élément vasculaire correspondant à l’endothélium des capillaires du glomérule. Les capillaires sanguins sont des capillaires fenestrés qui sont extrêmement poreux. Une lame basale L’épithélium du corpuscule : présence de cellules épithéliales appelées podocytes qui sont en contact avec les vaisseaux sanguins. La membrane plasmique des podocytes forme des replis = les pédicelles. Les pédicelles sont séparés par des fentes de filtration.

Elle laisse passer librement l’H2O, les molécules de petites tailles dont le poids moléculaire est inférieur à 10 kDa (acides aminés, glucose). Ceci explique l’absence de protéines dans l’urine. Elle maintien dans le plasma sanguin la sérum albumine (protéine). On retrouve une sélectivité des électrolytes car la membrane de filtration présente des glycoprotéines anioniques. Effet d’attraction pour les électrolytes cationiques = la membrane favorise le passage des molécules cationiques. Mécanismes de formation de l’urine primitive Trois forces interviennent au niveau de la membrane de filtration : -

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La pression hydrostatique glomérulaire : la pression qu’exerce le SANG dans les capillaires du glomérule (Pc) est à ~ 45 mmHg. Cette force s’exerce des capillaires glomérulaires vers la lumière de la capsule de Bowman. Cette pression facilite la filtration du SANG. La pression osmotique glomérulaire (πC) ~ 25 mmHg. Le SANG est un liquide très riche en solutés, il possède notamment de grosses protéines telles que la sérum albumine. Cette protéine est piégée dans le SANG par la membrane de filtration et ne passe pas dans l’urine primitive. On aura donc une différence de concentration en solutés entre l’urine primitive

-

(pauvre en solutés) et le SANG (riche en solutés). Cette force tend à ramener les solutés de l’urine primitive vers le SANG. La pression hydrostatique capsulaire : pression qu’exerce l’urine primitive sur la membrane de filtration (Pt) ~ 10 mmHg. Cette force s’exerce de la lumière du corpuscule vers le SANG.

Pression nette de filtration (PNF) = Pc – (πc + Pt) = 10 mmHg : elle se dirige du SANG vers la lumière du corpuscule

Quand le volume sanguin augmente, la filtration glomérulaire augmente également : La pression nette de filtration augmente, on parle de diurèse osmotique. La quantification de la filtration glomérulaire = clairance rénale = La clairance correspond au volume plasmatique d’une substance x qui sera excrétée par voie urinaire, par unité de temps (mL/min). On note : -

Pxa = concentration plasmatique de la substance x au niveau artériel Pxv= concentration plasmatique de la substance x au niveau veineux Ux = concentration plasmatique de la substance x au niveau urinaire RPFa = débit sanguin artériel RPFv = débit sanguin veineux  = débit urinaire V  RPFa x Pxa = (RPFv x Pxv) + Ux x 𝐕

) Pxa = f(Ux x V

Pxa x Cx = Ux x V

Cx = (Ux x V)/Px = clairance rénale en mL/min

Pour évaluer la clairance, on injecte une substance exogène à l’organisme. Cette substance doit être : -

Inerte = non métabolisée par l’organisme Uniquement filtrée par le glomérule = absence de retouche tubulaire Ne doit pas être toxique

On utilise l’inuline = polymère de fructose atoxique. Cette molécule arrive par l’artère afférente, est ensuite filtrée par le glomérule et on la retrouve au niveau urinaire. Si on représente la quantité éliminée par voie urinaire par rapport à la concentration sanguine : plus la concentration sanguine augmente plus la substance est éliminée via l’urine. On peut faire ressortir la valeur de clairance en faisant Uin x V/Pin en fonction de Pin (mg/mL) 𝑈𝑥 × Ṽ = 𝐶𝑥 × 𝑃

𝑈𝑖𝑛 × Ṽ / 𝑃𝑖𝑛 = 𝐶𝑖n

Cin = 110 mL/min : cette clairance montre que la substance est complètement filtrée par le glomérule. On peut dire que RPF = GFR (= flux glomérulaire) = Cin. Quand on mesure la clairance de l’inuline, on obtient directement Cin. En mesurant la clairance de l’inuline, on mesure le flux glomérulaire.

Chez l’homme, on est à 130 +/- 20 mL/min pour le flux glomérulaire pour 1,73m2 de surface. Au-delà de 40 ans, la clairance diminue d’1mL/min/année d’âge. Ce qui veut dire qu’une personne de 80 ans est à 80-90 mL/min pour le flux glomérulaire, la personne est donc en insuffisance rénale, d’où le besoin de boire d’avantage. La clairance de l’inuline est la référence. Lorsque la clairance d’une substance x est : -

Cx < Cin la substance est filtrée et réabsorbée = filtration glomérulaire et réabsorption tubulaire Cx > Cin la substance est filtrée par le glomérule et sécrétée par les tubules = filtration glomérulaire et sécrétion tubulaire

b) Les mécanismes tubulaires 1) La réabsorption tubulaire ❖ Le TCP : Deux types de mécanismes : -

➢

Mécanismes de réabsorption des solutés qui sont actifs : impliquent des transporteurs actifs avec dépense d’énergie = consommation d’ATP Mécanismes de réabsorption des solutés qui sont passifs : s’effectuent dans le sens du gradient de concentration. Les mécanismes de réabsorption actifs : • Cas des ions Na+

Les ions Na+ se trouvent dans l’urine primitive. Récupération du sodium au niveau du pôle apical des cellules du TCP par diffusion simple (passive). Le sodium passe du compartiment le plus [ ] = l’urine, vers le moins [ ].

La concentration intracytoplasmique en sodium de la cellule épithéliale est plus faible que dans les milieux interstitiels. Action d’un transporteur actif primaire qui transporte le sodium vers les milieux interstitiels : pompe Na+/K+ ATPase avec sortie de 3Na+ contre l’entrée de 2K+ Ce sodium par diffusion simple passe dans le capillaire péritubulaire = réabsorption de sodium. Quand on retrouve dans l’organisme un déplacement de sodium on retrouve également en parallèle un déplacement d’H2O. Ce phénomène c’est ce qu’on appelle la réabsorption obligatoire de l’H2O.

•

Cas du glucose

Récupération du glucose au niveau du pôle apical de la cellule du TCP par transport actif secondaire = symport glucose-sodium (SGLT2). Dans la partie basale, on retrouve des transporteurs GLUT2 qui transportent le glucose : c’est une diffusion facilitée. Le glucose rejoint le capillaire péritubulaire par transcytose. On retrouve simultanément un transport de sodium vers le capillaire péritubulaire grâce à une pompe à sodium Na+/K+ ATPase. C’est l’énergie apportée par le déplacement du sodium qui permet l’entrée du glucose. C’est le même fonctionnement pour les acides aminés.

La clairance du glucose

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La courbe de clairance du glucose est la courbe verte. La flèche en jaune correspond au phénomène de filtration glomérulaire du glucose. Réabsorption en rouge

Plus la concentration plasmatique de glucose est élevée plus la filtration glomérulaire augmente. Pour une certaine gamme de glycémie (relativement faible) et plus particulièrement la gamme physiologique (= normale) de la glycémie (~100 mg/dL) : réabsorption totale du glucose. La glycémie s’élève si la concentration en glucose augmente trop fortement: apparition d’un plateau qui correspond au taux maximal de réabsorption (Tm) Cela démontre que la réabsorption est un mécanisme saturable. En effet, les transporteurs possèdent une capacité maximale de transport du glucose. L’excédent se retrouve donc au niveau urinaire.

➢ La réabsorption tubulaire passive : • Cas de l’H2O La réabsorption du sodium favorise la réabsorption de H 2O par osmose. Le sodium rejoint les capillaires péritubulaires qui sont donc riches en sodium. L’H2O suit le mouvement des ions sodium et rejoint également les capillaires péritubulaires. C’est ce qu’on appelle la réabsorption obligatoire de l’H2O. •

Cas des ions

La réabsorption du sodium et de H2O favorise la réabsorption passive d’autres solutés filtrés par diffusion simple.

Bilan : Au niveau du TCP, les cellules épithéliales sont très actives et réabsorbent beaucoup de choses : des électrolytes, des molécules organiques, H2O. C’est un mécanisme qui fonctionne en cascade : 1. 2. 3. 4.

Réabsorption active du sodium Réabsorption active du glucose et des acides aminés Réabsorption d’H2O = Concentration de l’urine primitive Réabsorption passive de HCO3-, Cl-, urée

❖ L’Anse de Henlé : L’urine qui entre dans l’Anse de Henlé est toujours iso-osmotique ~ 280 mOsm. Deux phénomènes : -

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Dans la branche descendante de l’Anse : les cellules épithéliales sont perméantes à l’H2O mais imperméantes aux solutés. Du fait du départ du solvant mais du maintien des solutés, l’urine devient hyperosmotique = elle se concentre énormément. Dans la branche ascendante le phénomène s’inverse : les cellules épithéliales sont perméantes aux solutés mais imperméante à H2O. On retrouve sur la membrane apicale des cellules épithéliales un co-transporteur sodium-potassium-chlore (symport Na+/K+/2Cl-). L’urine perd progressivement ses solutés et se dilue progressivement.

Bilan : Ce sont deux phénomènes opposés. 1. La concentration initiale et le volume initial sont élevés. 2. Le volume diminue car les cellules épithéliales de l’Anse sont perméables à H2O = concentration de l’urine. 3. Les solutés sont réabsorbés dans la partie ascendante de l’Anse: le volume reste constant et la concentration diminue. Intérêt : Système qui permet la dilution de l’urine dans un volume plus petit que le volume initial en jouant sur deux paramètres (solutés et solvant). ❖ Le TCD : On retrouve des cellules qui fonctionnent comme les cellules épithéliales du TCP : -

Réabsorption active du Na+ Réabsorption passive de H2O et des anions

Le processus de réabsorption de Na+ dans le TCD est hormonodépendant. En effet, la réabsorption du Na+ dépend d’une hormone produite par les glandes surrénales = l’aldostérone. La réabsorption dépend des réserves en Na+ de l’organisme : en cas de diminution de la concentration en sodium plasmatique, on retrouve une sécrétion d’aldostérone qui stimule la réabsorption du sodium de manière à conserver le Na+ dans l’organisme. Comme la réabsorption de sodium est couplée à celle de H2O, on parle de réabsorption facultative de H2O (puisqu’elle est hormonodépendante). On retrouve également une deuxième hormone ADH = hormone anti-diurétique. C’est une hormone qu’on appelle aussi vasopressine. Elle est synthétisée et libérée par la neurohypophyse. Le stimulus qui déclenche la libération de cette hormone est l’augmentation de la pression osmotique du SANG. L’ADH est transportée par voie sanguine jusqu’au niveau des reins et plus particulièrement au niveau du TCD.

Récepteurs RADH → fixation de ADH qui déclenche une synthèse protéique = aquaporines → rejoignent la membrane apicale → augmentation du nombre d’aquaporines exprimées au niveau de la membrane apicale → augmentation de la perméabilité de la membrane à H2O → augmentation du volume plasmatique → diminution de la pression osmotique qui redevient normale. (Remarque : réabsorption uniquement de H2O, non couplée au Na+)

2) La sécrétion tubulaire Sécrétion de substances issues du SANG péritubulaire vers l’urine définitive. Les intérêts de la sécrétion urinaire : -

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Réguler le pH sanguin : la sécrétion de protons permet la régulation du pH sanguin • Acidose respiratoire : la pression partielle en CO2 au niveau du plasma sanguin est élevée = le pH diminue. L’excès de protons est éliminée par voie urinaire • Acidose métabolique : diminution du pH indépendamment du CO 2 = accumulation d’acide lactique suite à un métabolisme anaérobie. Sécrétion d’urée ou sécrétion de molécules comme la pénicilline. • Elimination sanguine des ions potassium en excès • Elimination de substances toxiques (ex : urée)

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Sécrétion du potassium

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Sécrétion de protons

On la trouve dans les tubules contournés proximaux et distaux. Dans le cas d’une acidose respiratoire ( pression partielle en CO2 trop importante) : le CO2 sanguin diffuse dans les cellules épithéliales. Dans ces cellules, le CO 2 réagit avec H2O et forme de l’acide carbonique H2CO3 sous l’influence de l’anhydrase carbonique. H2CO3 se dissocie en H+ + HCO3- : Les bicarbonates sont transportés par diffusion simple vers le SANG péritubulaire et les protons sont sécrétés par les cellules épithéliales vers l’urine grâce à un antiport Na+/H+.

Dans les tubules collecteurs, l’effet tampon est différent. Dans l’urine on retrouve beaucoup de NH3 qui s’associe aux protons sécrétés et forme de l’ammonium NH4+. Les protons peuvent également s’associer à H2PO4 2- et forment du H2PO4-.

3) Le mécanisme de concentration et de dilution de l’urine La production d’urine concentrée ou diluée •

Urine concentrée : condition de déshydratation

Production d’urine dans un petit volume où la concentration en solutés est importante.

Le plasma sanguin et la médulla sont hyper-osmotiques : synthèse et production d’ADH qui aboutit à une réabsorption d’H2O. Le volume urinaire est faible (~ 0,5L/24h) et l’osmolarité de l’urine est importante (~1200 mOsm).

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Urine diluée :

Le plasma sanguin et la médulla sont hypo-osmotiques : absence de production d’ADH donc absence de réabsorption d’H2O par TCD. Le volume urinaire est de 12L/24h et l’osmolarité est de 50 mOsm.

4) Mécanismes des tubules collecteurs Les cellules réabsorbent de l’H2O, du Na+, de l’urée et sécrètent du potassium, des bicarbonates et des protons. La médulla doit être enrichie en urée : création d’un gradient osmotique. Plus on plonge dans la médulla, plus la méd...