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Physiologie du rein
Cours n°2 BLG105
Olivier HENNEBERT
Conservatoire national des arts et métiers
Et
Inserm U1141, hôpital Robert Debré
[email protected]
[email protected]
Les fonctions du rein
Maintien de l’équilibre hydro-électrique, acido basique
Jouent le rôle de station d’épuration (filtration glomérulaire)
- filtre le plasma continuellement
- excrète des toxines provenant du foie, des déchets métaboliques
(urée et certains ions en excès)
Récupère les composants indispensables qui ont filtré pour les retourner dans le
sang (réabsorption et sécrétion tubulaire) :
- dans des proportions différentes selon la substance (glucose >> urée)
- en quantité variable pour la même substance selon le besoin (Na+,
H2O)
Les fonctions du rein
Site de production d’hormone (rôle endocrine)
- sécrétion d’érythropoïétine (EPO) qui stimule la production d’hématies
par la moelle osseuse
- sécrétion de rénine et angiotensine II qui interviennent dans la
régulation de la pression artérielle
- activation de la vitamine D (calcitriol) qui intervient dans la croissance
- prostaglandines (PGE2, PGI2)
Rôle annexe dans le métabolisme
- dégradation de protéines et peptides (insuline, glucagon, GH…)
- gluconéogénèse
- formation de l’arginine
Anatomie fonctionnelle du rein
Parenchyme
rénal:
cortex
externe (corpuscules rénaux et
tubes contournés) et médulla
interne (anse de Henle et canaux
collecteurs)
organisée
en
pyramides rénales
Innervation sympathique ++
(artérioles
du
glomérule,
appareil juxtaglomérulaire et
tubule rénal)
Formation de l’urine dans les
néphron (106 au total). 2 types
- Néphrons corticaux à anse de
Henle courte et
- Néphrons juxta-médullaires à
anse de Henle longue
(concentration de l’urine)
Anatomie fonctionnelle du rein: le néphron
Corpuscule rénal: lieu de
l’ultrafiltration initiale du plasma
- glomérule: peloton capillaire
invaginé dans l’extrémité
borgne du tubule
- Artériole afférente
- Artériole efférente
- Capsule de Bowman: sphère
invaginée enveloppant les
capillaires
glomérulaires,
délimite l’espace de Bowman
contenant l’ultrafiltrat initial
Tubule rénal: lieu de la
modification de l’ultrafiltrat par
réabsorption et sécrétion
- Tube contourné proximal
- Anse de Henle: branche
descendante fine, branche
ascendante fine et branche
ascendante large
- -tube contourné distal
- -tube collecteur
Ultrastructure des cellules du néphron
Corpuscule rénal: Ø 200μm
l’ultrafiltration initiale du plasma
glomérule: endothélium non
jointif (fenestration de 85nm)
reposant sur membrane basale
Membrane basale: constituée de
collagène, glycoprotéines et
protéoglycanes.
Chargée
nnégativement
Capsule de Bowman: épithélium
spécialisé
constitué
de
podocytes dont les pédicelles
forment les fentes de filtration
(14m)
Cellules mésangiales: cellules
contractilkes situées entre 2
capillaires entre endothélium et
lame basale. Rôle dans le
contrôle de la surface de
fitration
Ultrastructure des cellules du néphron
Tubule rénal: Ø 50μm, long
(50mm)
Tubes contournés et branche
ascendante large de l’AH:
Cellules cubiques, mitochondries
++
 Zone de transport actif++
Branches
descendantes
et
ascendante fine de l’AH:
Epithélium
plat
et
peu
d’organites intracellulaires
 Zone de transport passif++
Tube collecteur
-cellules
principales:
réabsorption du NA+ et H2O
- Cellules
intercalaires:
microvillosités mitochondries.
Rôle de sécrétion H+ et
transport d’HCO3-
Appareil juxtagloméulaire: structure responsable de la libération de rénine
Cellules juxtaglomérulaires:
Stockent et libèrent la rénine
Expriment des récepteurs β1
adrénergiques et AT1 à l’ang II
Macula densa:
Cellules sensibles au débit
tubulaire (via la concentration
en NaCl dans le tube contourné
distal)
Cellules
mésangiales
extraglomérulaires
Facteurs stimulant la libération de rénine
 pression dans artériole afférente (barorécepteurs cellules JG)
 stimulation β1 adrénergique
 Ang II
 Débit tubulaire (macula densa)
Répartition locale du débit cardiaque
20%
1000-1200
mL/min
15%
750-900 mL/min
Reins
Cerveau
5%
250-300 mL/min
Coeur
Vascularisation du néphron
Vascularisation du néphron
Pression (mmHg)
100
75
85% du DSR
50
25
artère
Artériole
Artériole
veine
afférente Capillaire efférente Capillaire
glomérulaire
péritubulaire
15% vasa recta
Vascularisation du néphron
DSR= (PAR-PVR)/ RVR
PAR = pression artère rénale
PVR = pression veine rénale
RVR =résistance vasculaire
rénale globale
Artériole afférente et
efférente
But de l’autorégulation : maintien du TFG et donc de la fonction rénale
TFG constant à 125mL/min, 180L/jour
Mécanismes de l’autorégulation:
- vasculaire myogène
- rétrocontrôle tubulo-glomérulaire
Régulation
-nerveuse
-substances vaso-actives
Autorégulation du débit sanguin rénal (DSR) et du taux de filtration glomérulaire (TFG)
La régulation des résistances afférente permet de maintenir le DSR et le TFG
relativement constants pour une large gamme de Pamoy (80-160mmHg)
-  PA : étirement de la paroi, entrée de Ca2+, contraction du muscle lisse
vasculaire
vasoconstriction
 DSR et TFG
-  PA: relâchement de la paroi, relaxation du muscle lisse vasculaire
vasodilatation
 DSR et TFG
Autorégulation du débit sanguin rénal (DSR) et du taux de filtration glomérulaire (TFG)
Macula densa
Osmorécepteurs sensibles à
l’osmolalité du filtrat dans le tubule
distal: contenu en NaCl
Implique le transporteur Na+/ K+/
2Cl-
Autorégulation du débit sanguin rénal (DSR) et du taux de filtration glomérulaire (TFG)
 PA

DSR et Pcap

TFG
 temps disponible pour réabsorption de Na+ et Cl [Na+] et [Cl-] dans le TCD
 activité transporteur NA+/ K+/ 2Clproduction locale d’adénosine
vasoconstriction AA (rec A1)
 DSR et Pcap
 TFG
Autorégulation du débit sanguin rénal (DSR) et du taux de filtration glomérulaire (TFG)
inopérant
< 80 mm Hg
Peff = 0 < 45 mm Hg
Hémorragie
Déshydratation sévère
Arrêt de filtration
160 mm Hg
Autorégulation du débit sanguin rénal (DSR) et du taux de filtration glomérulaire (TFG)
Système nerveux sympathique
Effet physiologique:
-  des résistances AE
-  Pcap
-  du DSR
- maintien du TFG
Mécanismes :
- direct via les récepteurs α-adrénergiques
- indirect via les récepteurs β-adrénergiques
libération rénine
Synthèse d’angiotensine II
Régulation du débit sanguin rénal (DSR) et du taux de filtration glomérulaire (TFG)
La filtration glomérulaire
Processus unidirectionnel, passif et non sélectif sous l’effet de la pression glomérulaire
Première étape de la fabrication de l’urine
Glomérule = filtre mécanique
Ultrafiltration: le filtrat qui pénètre dans le tubule rénal est composé de tous les
constituants solubles du plasma du plasma, organiques ou minéraux hormis:
- les éléments figurés du sang (hématies, globules blancs, plaquettes)
- protéines (sauf les plus petites< 10KDa comme l’urée, inuline) jusqu’à 70KDa
La filtration glomérulaire
Passage d’eau et de solutés de la lumière vasculaire à la lumière tubulaire
- au travers d’une membrane constituée par la fusion de :
- la membrane capillaire du glomérule
- la membrane de la capsule de Bowman
• Sur la face sanguine, la membrane du capillaire est tapissée d’une couche fenêtrée
formée de cellules endothéliales:
- pores de 50 à 100nm de diamètre
• Sur la face urinaire, la membrane de la capsule de Bowman, des cellules épithéliales
de grande taille, les podocytes, y appliquent leurs pédicelles
- délimitent des fentes de filtration et des canalicules de communication avec
l’espace urinaire
La filtration glomérulaire : la barrière de filtration
1
5
4
6
2
1 chambre urinaire
2 pédicelle
3 noyau du podocyte
4 lumière capillaire
5 fente de filtration
6 pore de l'endothélium
7 lamina rara interna
8 lamina densa
9 lamina rara externa
La filtration glomérulaire
Volume de liquide filtré par unité de temps= taux de filtration glomérulaire
120mL/min/1,73m2 de surface corporelle soit 180L/j
17L de liquide extracellulaire: passe plus de 10 fois/j dans les tubules rénaux
TFG
180L
élimination fractionnelle
1%
Débit urinaire 1 à 2L/j
99% réabsorption tubulaire
La filtration glomérulaire
TFG = 20% du flux plasmatique rénal (FPR)
Fraction filtrée (FF)= TFG/FPR
La filtration d’une substance dépend de la force motrice de filtration (pression
effective de filtration)
Peff = Pcap-PBow- πcap
Pcap= pression sanguine dans les capillaires glomérulaire (50mm Hg)
Pbow= pression dans la capsule de Bowman (13mm Hg)
πcap= pression oncotique du plasma dans les capillaires (25-35mm Hg)
La filtration glomérulaire
Début des capillaires
Fin des capillaires
FF élevée
 concentration protéique du plasma
Peff = 0mm Hg
Peff = 10mm Hg
 πcap
TFG = Peff . Kf
Kf : coefficient d’ultrafiltration = K x S
avec K = perméabilité à l’eau de la membrane glomérulaire
avec S = surface de filtration glomérulaire
Mesure du taux de filtration glomérulaire
utilisation d’une substance indicatrice contenue dans le sang et ayant les
propriétés suivantes
- elle doit être librement filtrée
- ne pas être réabsorbée, ni sécrétée ultérieurement dans le tubule
- ne pas être métabolisée dans le rein
- ne pas avoir d’effet sur la fonction rénale
- pas de liaison aux protéines plasmatiques
2 substances
Inuline
créatinine
Mesure du taux de filtration glomérulaire
inuline
Quantité excrétée/ unité de
temps
=
Concentration urinaire x volume
urinaire/ unité de temps
=
=
Quantité filtrée/ unité de
temps
=
Concentration plasmatique x
volume filtré/ unité de temps
Uin (g/L) x Vu (mL/min) = Pin (g/L) x TFG (mL/min)
TFG =
Uin
Pin
x Vu = 120 à 125mL/min
Mesure du taux de filtration glomérulaire
Recueil des urines de 24 h pour mesurer Ux et Vu
TFG =
Uin
x Vu
Pin
Prélèvement sanguin pour mesurer Px
Clairance
Clairance : volume de plasma totalement épuré d’une substance indicatrice par unité de
temps
Elimination fractionnelle (EF) =
Clairance substance X
Clairance inuline
% de la quantité d’ X filtrée qui a été éliminé
Glc, acides aminés, Na+, Cl-
Anions organiques (atropine, PAH, etc…)
Filtration
Filtration
+
+
Réabsorption
sécrétion
Faible
excrétion
EF< 1
Forte excrétion
EF> 1
Estimation de la clairance de la créatinine par la formule de Cockroft
Déchet métabolique (catabolisme de la créatinine musculaire)
Dépend de la masse musculaire
Production et concentration plasmatique stable d’un jour à l’autre
Filtrée librement, légère sécrétion : estimation du TFG toutefois fiable =
85-125mL/min chez l’adulte
Estimation de la clairance de la créatinine par la formule de Cockroft
Permet le calcul de la clairance à partir d’un prélèvement sanguin
P créatinine : mesurée sur le prélèvement plasmatique
80 et 110 μmol/L homme
60 et 90 μmol/L femme
U créatinine x Vu : débit d’extraction urinaire de la créatinine = débit d’apport
plasmatique qui dépend de la production musculaire , elle même fonction de l’âge, du
poids et du sexe
La formule de Cockcroft estime U
créatinine
TFG
Ou
Clairance de la créatinine
=
x Vu à partir de ces 3 paramètres :
K x poids x (140-âge)
K = 1,23 homme
P créatinine
K = 1,04 femme
Pas fiable chez l’enfant, la femme enceinte, les sujets obèses et âgés
Mesure du débit plasmatique rénal
La clairance de l’acide para-amino-hippurique (PAH)
Facilement filtrée
Non réabsorbée
Presqu’entièrement sécrétée
DPR
Ou
Clairance du PAH
Débit sanguin rénal =
=
UPAH
x Vu
PPAH
Débit plasmatique rénal
1 - hématocrite
Fonction tubulaire
Modification de la composition de l’ultrafiltrat aboutissant à l’excrétion urinaire de
chaque substance en quantité adaptée aux besoins de l’organisme
Les cellules tubulaires peuvent:
- transporter une substance
du filtrat vers le sang (via liquide
interstitiel) : réabsorption
-transporter une substance du
sang (via liquide interstitiel) vers le
filtrat : sécrétion
Quantité excrétée = quantité filtrée – quantité réabsorbée + quantité sécrétée
Tube proximal
H+
Ca2+
K+
H+
Tube distal
NaCl
NH3
K+
Glc, acides amiés
Phosphate, lactate,
sulfate
Glomérule
Na+
Cl-, H2O
Cl-, H2O
NaCl
Ca2+
urée
Réabsorption active
Ca2+
Mg2+
K+
H+
Produits métabolisme,
médicaments, PAH
Na+
Réabsorption passive
Cl-
Sécrétion active
urée
Sécrétion passive
Sécrétion transcellulaire
Anse de Henle
Tube collecteur
Substance
[eau
plasmatique]
% dans le tube
proximal
% dans l’anse de
Henle
% total
Elimination
fractionnelle (%
de la quantité
filtrée
H20
-
65%
10%
93 – 99,5%
0,5 – 7%
Na+
153
65%
25%
95 – 99,5%
0,5 – 5%
K+
4,6
65%
10 – 20%
Le cas
échéant
(sécrétion)
2 – 150%
Ca2+
Libre : 1,6
60%
30%
95 – 99%
1 – 5%
Mg2+
Libre : 0,6
15%
70%
80 – 95%
5 – 20%
Cl-
112
55%
20%
95 – 99,5%
0,5 – 5%
HCO3-
24
93%
98 – 99%
1 – 2%
phosphate
2,2
65%
80 – 97%
3 – 20%
15%
glucose
Urée
créatinine
PAH
Elimination
fractionnelle (%
de la quantité
filtrée
% total
% dans l’anse de
Henle
% dans le tube
proximal
[eau
plasmatique]
Substance
Réabsorption des substances organiques : cas du glucose
Réabsorption des substances organiques :