RVU-AGM – Physiologie de la filtration glomérulaire

20/02/2015WINNICKI Camille DFGSM1CR : INGHILTERRA JérômeRVU-AGMPr S.BURTEY18 pages

Physiologie de la filtration glomérulaire

A. Les secteurs hydriques de l'organisme

Ce qui nous intéresse c'est :l'artériole afférente, l'artériole efferente et entre les deux les capillaires glomérulaires et le glomérule. C'est un système anti-économique mais excessivement efficace : on filtre des litres d'eau pour en réabsorber 90%.

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Plan

A. Les secteurs hydriques de l'organisme B. Les échanges entre les différents secteurs C. Vascularisation du rein

I. Secteur Vasculaire II. Vascularisation rénale

III. Effet Bayliss D. La filtration glomérulaire

I. Barrière Glomérulaire II. Débit de filtration glomérulaire III. Déterminants du Débit de Filtration Glomérulaire IV. Auto-régulation

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Que contrôle le rein ?

Le rein est un organe d'adaptation. L'organisme est en permanence agressé et l'agression la plus importante pour le milieu intérieur est l'alimentation et la boisson (autres agressions : température)Le rein contrôle le volume des secteurs hydriques de l'organisme et la composition électrolytique de ces différents secteurs. Il est responsable d'une adaptation de l'organisme, différente de celle effectuée par le système cardio-vasculaire. En CV, les réponses adaptatives sont très rapides (on se lève, la FC augmente rapidement/en quelques minutes : temps très court)En néphrologie, les temps d'adaptation sont très longs : la réponse adaptative va de quelques heures à quelques jours. Pour qu'un état d'équilibre se fasse, il faut au moins 24h.C'est un système plus mou ( à retenir )Le rein assure le maintient de l'équilibre du milieu intérieur.

Le milieu intérieur (décrit par Claude Bernard) est un espace virtuel, on peut le mesurer mais on en a pas la perception. Il est composé de secteurs hydriques, distingués en deux parties :

• Compartiment intra-cellulaire : 40% du poids du corps et 2/3 de l'eau totale• Compartiment extra-cellulaire : divisé en 2 : → secteur interstitiel

→ secteur vasculaireLes deux compartiments sont séparés par la membrane plasmique.C'est un système ouvert alimenté par : l'alimentation ++ et un peu par le métabolisme.Les sorties de ce système sont : la peau (= sudation), les poumons (= la respiration) et le Tube digestif (généralement faible sauf en cas de diarrhées).Ces systèmes sont peu adaptables pour répondre à des agressions : le seul endroit qui contrôle les sorties des secteurs hydriques est le REIN

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LES SECTEURS HYDRIQUES : L'eau représente 60% du poids du corps d'un adulte (jeune, en bonne santé sans grosse variation pondérale). La composition en eau varie en fonction de l'âge, du sexe, de la masse grasse :

70% du poids du corps chez le nourrisson (faible masse grasse)40 à 50% chez une femme âgée (elles ont plus de masse grasse)

L'osmolalité est identique entre tous les différents secteurs hydriques : 300 mosm/Kg d'eau mais la composition en électrolytes est très différente :

Dans le compartiment intracellulaire, le cation majeur est le potassium. L'anion essentiel est le phosphore. Le sodium est peu présent.

Dans le secteur interstitiel, le cation principal est le sodium, il y a beaucoup de bicarbonates et quasiment pas de protéine.

Dans le secteur plasmatique, on a du sodium comme dans le milieu interstitiel, du chlore pour l'électroneutralité, beaucoup de calcium et des protéines +++. Électroneutralité : Nombre d'anions = Nombre de cations

B. Échanges entre les secteurs

Les échanges entre le secteur interstitiel et le compartiment intracellulaire ne se font que par des transporteurs ou des canaux. Ce n'est pas possible autrement car la membrane cellulaire est une bicouche lipidique hydrophobe. L'eau ne peut donc pas passer sans ces canaux.L'eau passe via les transporteurs passifs par osmose ( différence de pressions osmotiques).Pour les ions, c'est de la diffusion passive : Le Na a tendance à rentrer dans la cellule et le potassium fait l'inverse. Pour maintenir l'équilibre il y a une pompe Na+/K+/ATPase

Tout est équilibré grâce à la Na+/K+ ATPase

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En pratique, les échanges se font par des transporteurs, des canaux et des pompes. Il n'y a que ces systèmes pour les échanges entre secteur hydrique et électrolytique qui ont l'intérêt d'être hautement régulables.

Les échanges entre secteur plasmatique et secteur interstitiel :

Ils suivent l'équation de Starling. : les échanges se font à travers une membrane semi-perméable.

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La membrane ne va pas laisser passer les cellules ni les macro-molécules (albumine) mais essentiellement l'eau, les substances dissoute et les électrolytes.

En dehors des macro-molécules tout passe librement en suivant l'équilibre/l'équation de Starling

Les échanges se font par des capillaires : ils sont composés d'une cellule endothéliale, entourée d'une MB ainsi que d'un péricyte qui assure la cohésion du système.

Sur des endothélium standards

On a la force motrice qui va faire sortir l'eau : la pression hydrostatique ; et une force qui aura tendance à garder l'eau à l'intérieur des vaisseaux : la pression oncotique.On peut ainsi calculer le débit en fonction d'un coefficient de perméabilité que multiplie le delta de pression hydrostatique (entre le capillaire et l'intersitium) moins le delta de pression oncotique.

Lorsqu'on se positionne au pôle artériolaire, on favorise la sortie d'eau du capillaire. Au pôle du côté de la veinule, on a plutôt une tendance à la réabsorption. Il y a 90% de réabsorption, le reste va dans les lymphatiques. Si on augmente la pression hydrostatique, on a tendance à augmenter le passage du plasma vers l'interstitium. Si on sature le système on peut avoir des accumulations de liquide (oedèmes) si les lymphatiques ne sont pas capables de réabsorber (mais ils ont en réalité une grande capacité de réabsorption)

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C. La vascularisation du rein

I. Le secteur vasculaire

C'est le plus petit secteur explorable. Il est capital car il assure tous les échanges entre tous les organes. « Pas de vaisseaux, pas d'organe. Pas d'organe, pas d'organe. Pas d'organe. »

Sans système vasculaire on reste un système unicellulaire. Son maintient est prioritaire : l'organisme est prêt à sacrifier des organes entiers pour conserver les vaisseaux. « Je dois garder ce qui me permet de vivre dans les minutes à suivre ». La réponse à une agression va se faire en fonction de ce qui va permettre la survie immédiate. La vascularisation cérébrale sera TOUJOURS favorisée.

Il assure tous les transferts et c'est pour ça que son maintient est essentiel.Il correspond à de l'eau salée (5% du poids du corps) et des éléments figurés. Le contrôle du bilan sodé par le rein est essentiel pour la survie. C'est un organe qui a des capacités de réabsorption du sel phénoménales.

Pourquoi ? Au niveau phylogénétique, nous sommes des primates. Ceux-ci vivaient dans la savane avec un apport nutritionnel essentiel de fruits (alimentation pauvre en sel) donc notre système est physiologiquement fait pour garder du sel (combler les « carences » de l'apport alimentaire), il est ainsi un peu moins efficace pour l'élimination du sel.

La principale cause de mortalité dans les pays africains, hormis la malnutrition, c'est la diarrhée.Connaître la physiologie et la replacer dans une longue évolution de l'humanité est essentiel.

II. Vascularisation rénale

Le rein pour fonctionner doit être vascularisé. Il reçoit 1/5 du débit cardiaque.Le débit sanguin rénal (DSR) est estimé à 1L/minute. Le débit plasmatique rénal est de 600ml/min : c'est sur ça que vont se faire les échanges. Le système vasculaire rénal possède une particularité : la présence de deux réseaux capillaires en série : glomérulaire et péritubulaire (ils servent moins à la nutrition qu'à la fonction).

La vascularisation rénale :• Artère rénale• A. interlobaire• A. arquée • A. interlobulaire• Artériole afférente• Floculus ou capillaires glomérulaires• Artériole efférente• Capillaires péritubulaires et vasa recta• Veinules • Veines

Le point important : de l'artère rénale jusqu'aux veinules on a une très forte perte de charge ( ++ sur les artères interlobaires et arquées).La pression hydrostatique moyenne est de 120mmHg à l'entrée artérielle et de 5mmHg en sortie veineuse.

Le capillaire glomérulaire est un système capillaire unique : il a une particularité : il est situé entre deux artères résistives.

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PA moyenne mmHg

120

45

20

5

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Des deux côtés il y a une artériole avec des muscles. On peut vasoconstricter aussi bien à l'entrée qu'à la sortie. Il n'y a aucun autre réseau capillaire organisé de cette façon (d'habitude, il n'y a qu'une activité musculaire en entrée c-à-d au niveau des artérioles et pas des veinules).

Autre particularité : le capillaire glomérulaire n'est pas noyé dans le tissu interstitiel : il flotte dans du liquide qui s'appelle l'urine primitive. L'organisme a développé deux types cellulaires de péricytes :

• les cellules mésangiales• les podocytes

L'architecture de ce réseau capillaire est vraiment particulière, l'endothélium est fenêtré et il n'y a pas de diaphragme du coté de l'endothélium.Le capillaire est soumis à des contraintes très particulières. Les artérioles le protègent des pressions car il n'a pas de résistance du fait qu'il ne soit pas noyé dans l'interstitium.

III. L'effet Bayliss

Toutes nos artérioles s'auto-régulent grâce à l'effet Bayliss. L'effet Bayliss c'est l'augmentation brutale de la PA systémique qui entraine une vasoconstriction réflexe qui empêche l'augmentation de la PA capillaire (lié aux muscles lisses et limité aux artérioles.)Cela permet d'éviter une distension passive qui pourrait faire exploser le système et de limiter le débit.

Grâce à ce système, il y a une auto-régulation du flux sanguin rénal.

Il faut noter que ce sont les deux organes (rein et cerveau ) qui ont une auto régulation des plus importantes.

De 80 mmHg à 180 mmHg : le flux sanguin rénal et le débit de filtration glomérulaire sont stables grâce à la vasoconstriction artériolaire (afférente +++)

Dès que la pression artérielle baisse trop, on diminue le flux sanguin rénal et donc le débit de filtration glomérulaire. Celui-ci est beaucoup moins sensible à la baisse de la pression artérielle que le débit sanguin rénal.

Des que la PA augmente, on augmente ces mêmes paramètres.

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D. La filtration glomérulaire

C'est un processus d'ultra-filtration électro-physico-chimique où il y a probablement 3 filtres : physique, électrique et chimique. Ce processus est unidirectionnel (pas de rétro filtration) et passif (échanges liés aux variations de pression).Elle correspond à un transfert d'eau et de substance dissoutes à travers une membrane semi-perméable le long d'un gradient de pression hydrostatique. Ce filtre laisse passer tout ce qui est inférieur à 15000 Daltons et rien au dessus de 80000 Daltons. Entre 15 et 80 KDa cela dépend des charges électriques : en pratique c'est une barrière électronégative donc repousse les charges négatives comme l'albumine (65kD).

Il y a 3 structures filtrantes : - La cellule endothéliale empêche le passage des éléments figurés du sang. - La membrane glomérulaire (composée de 3 éléments) empêche le passage des GR et des grosses

structures moléculaires.→ ces deux premiers éléments forment un pré-filtre, la filtration spécifique est assurée par les podocytes :

- Le podocyte et ses fentes de filtration sont le filtre de fin. Au travers de ces fentes rien ne passe.

Filtre glomérulaire

« En physiologie rénale il y a une règle absolue : si quelque chose dysfonctionne en amont, alors il y aura des dysfonctions en aval. »

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Filtre glomérulaire

Pour éviter une obstruction, on enlève de la charge. Pied des podocytes = pédicelles qui forment des toutes petites fentes.

Podocyte en ME

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Image d'un podocyte en ME

CB : Corps d'un podocyte et ses grosses et petites extensions cytoplasmiques. : capillaires glomérulaires

Diaphragme des fentes de filtration

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I. Barrière glomérulaire

Elle a une épaisseur de 0,0005 mm, une surface de 0,1 à 0,5 m2 et un poids < 1g. Ce système ne représente rien en quantité alors qu'il possède une fonction essentielle.Le diamètre des pores est estimé à 35 Å. 99,94% de l'albumine est retenue dans le plasma. Poids 65kDa, charge -15, 3,8nm de diamètre et 15nm de long. Un rayon réel de 35Å.On estime que 1 à 3g d'albumine passe dans l'urine primitive.

Le filtre glomérulaire, une idée de taille

Diamètre d'un GR 6,8 à 7,3 μm.Dans la maladie des membranes fines, les membranes ont un aspect normal mais on retrouve des GR dans les urines. Sur l'image, on voit que le GR passe à travers le filtre glomérulaire.

L'urine primitive est un ultra filtrat du plasma : elle ne contient quasiment pas de protéines. Sa composition en électrolytes est très proche sauf pour les ions liés aux protéines comme le calcium. Son osmolalité : 300 mosm/Kg.

II. Le Débit de filtration glomérulaire

La normale est de 120ml/min/1,73m2 soit 180 litres par 24h. (pour les deux reins bien sûr)Le volume plasmatique est de 3 litres, il est filtré 50 fois par jour. Le volume extracellulaire est de 15L et est filtré 12 fois par jour.Ce système permet l'élimination, à coût énergétique nul, de grandes quantités de substances dissoutes à faibles concentration car on traite de grandes quantités de plasma.Le prix à payer : une réabsorption +++ par le tubule.

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La fraction filtrée : il y a seulement 20% du plasma traversant les reins qui est filtré. C'est la fraction filtrée : Débit de filtration glomérulaire / Débit plasmatique rénal = 120/600

Le débit plasmatique rénal correspond à 60% du débit sanguin rénal.

Comment calculer le DFG ? Notion de Clairance :

Il faut un traceur (c'est le plus important) : -filtré sous forme libre ( pas avec une protéine )-Ne doit pas être réabsorbé, sécrété par la cellule tubulaire-Pas de métabolisme ou production rénale-Pas d'effet sur la fonction rénale

En pratique : -Insuline, iothalamate, Chrome 51 : exogènes-Créatinine, cystatine C : endogènes

La clairance est le volume d'une solution complètement débarrassé du soluté par unité de temps. On calcule la clairance d'un soluté éliminé par le rein grâce à la formule :

U*V/PU : concentration urinaire du soluté P : Concentration plasmatique du soluté V : Débit urinaire en ml/minClairance en ml/min/1,73 m2

On change les unités : créatininurie = 11500 μmol/LDiurèse : 1mL/mnCela donne : DFG ou clairance = 11500*1/75 = 153mL/mnLa valeur normale est de 120mL/mn + ou - 30.

La créatine est produite par le muscle. Sa quantité est dépendante de la masse musculaire, des apports alimentaires et de la fonction rénale. La créatinine est sécrétée par le tubule rénal.Limite, en pratique, de cette formule : le recueil des urines de 24h. Alternative des formules : Cockfrot, MDRD, CKD-Epi.

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III. Les déterminants du DFG

• La surface totale disponible pour la filtration (à peu près constante)• La perméabilité de la membrane de filtration (à peu près constante)• La pression nette de filtration

En physiologie, seule la pression nette de filtration est modulée : en dessous de 80 mmHg, le DFG diminue et en dessous de 45-60 mmHg il n'y a plus de filtration. En pathologie, tous les déterminants peuvent être altérés.

Application de l'équation de Starling au glomérule : ΔFG= Kf(ΔPH-ΔΠ)

Il va y avoir de la filtration au début (niveau de l'artériole afférente). Dès que la pression oncotique augmente, en fin de capillaire : il va y avoir un arrêt de la filtration. On considère la P oncotique urinaire comme nulle. Une modification de la Pression Hydrostatique capillaire va modifier le DFG :

- Une baisse de la PHcap va diminuer le DFG- Une augmentation de la PHcap entraine une augmentation du DFG

Modulation par le tonus vasomoteur des artérioles afférentes et efférentes :

– Si on a une vasoconstriction de l'artère afférente cela entraine une diminution de la PHCap → on limite la filtration glomérulaire.

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– Si on a une vasodilatation de l'artère afférente cela entraine une hausse de la PHcap (augmentation du débit) → on augmente la filtration glomérulaire.

Les modifications du Kf passent par la constriction des cellules mésangiales qui diminue la surface de filtration. Une diminution de la pression oncotique va augmenter le DFG. Il est rare qu'un déterminant se modifie de façon isolé. Il y a le plus souvent un équilibre entre les différents déterminants (modifications de plusieurs paramètres).

Vasoconstriction AA → ↓ débit sanguin arrivant → ↓ PHcap → ↓ DFGVasoconstriction AE →↓ débit sanguin sortant → ↑ PHcap → ↑ DFG Diminution TA/DSR → Vasodilatation AA → ↑ débit sanguin arrivant → ↑ PHcap → ↑ DFGAugmentation TA/DSR → Vasoconstriction AA ( effet Bayliss) → ↓ débit sanguin → ↓ PHcap → ↓ DFG

Résumé des facteurs de variations de DFG

R = Résistance

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IV. L'autorégulation

Elle dépend de deux phénomènes : -Un mécanisme myogénique ( l'effet Bayliss) : il est calcium dépendant et les polycystines jouent un

rôle.-Le rétro-contrôle négatif tubulo-glomérulaire : mécanisme connectant la quantité de chlore dans le

tubule distal et le tonus vasculaire glomérulaire.

L'autorégulation est permise par l'intégration de signaux vasculaires et tubulaires localement indépendant de l'état de l'organisme entier. Elle est essentielle dans des conditions physiologiques. Association à des phénomènes nerveux et hormonaux qui vont intégrer les signaux extra-rénaux pour adapter ledébit sanguin rénal (DSR) et le débit de filtration glomérulaire (DFG) à la volémie.

La macula densa :

Il s'agit de cellules du tube distal au contact du glomérule : elle forme avec d'autres cellules spécialisées, l'appareil juxta-glomérulaire.La macula densa « mesure » la concentration en chlore, NaCl en pratique, présente au niveau du tubule distal.

D'après des expériences sur les rats :On a cathéterisé le tubule proximal (leur néphron est direct sous la capsule) et on a injecté des solutés avec plus ou moins de sel. On s'aperçoit que quand on augmente la quantité en NaCl, on a une vasoconstriction de l'AA. Cela veut dire que si on a beaucoup de sel dans le tubule distal (ce qui veut dire qu'il y a eu beaucoup de filtration) il y a un message envoyé au rein qui lui dit qu'il filtre trop et cela entraîne la vasoconstriction de l'AA. Si je diminue la quantité en sel, le message envoyé sera que la filtration est diminuée et il y aura une vasodilatation. En permanence, il y a ce jeu-là. Les 2 médiateurs importants sont l'adénosine (plutôt vasoconstrictrice) et le NO (vasodilatateur).

→ Quand l'organisme estime qu'il y a trop de sel, il va diminuer la PH et baisse la filtration. Il fait l'inverse lorsqu'il n'y a pas assez de sel. Les mécanismes exacts ne sont pas encore complètement élucidés.

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Si on a une augmentation de NaCl dans la Macula Densa → Rétro contrôle négatif ( feed back négatif) → Vasoconstriction → ↓ PH → ↓ DFG.Diminution de NaCl → Rétro contrôle positif → Vasodilatation → ↑ PH → ↑ DFG. Chaque tubule distal de chaque néphron est raccordé à son propre glomérule : c'est un système qui fonctionne sur un seul néphron.L'autorégulation est essentielle en physiologie : elle maintient en permanence les 120ml/min sur une journée malgré les variations permanentes : on a des oscillations autour d'une moyenne. Il va falloir associer à cela des phénomènes nerveux/hormonaux qui vont s'intégrer et réguler ce système

Ce qui joue VRAIMENT sur le DFG est la VOLEMIE. La volémie ↓ → le DFG ↓ (diminution du taux de sel)La volémie ↑ → le DFG ↑ (augmentation du taux de sel)

La régulation intégrée est médiée également par des messagers : - Système Rénine Angiotensine Aldostérone- Les dérivés de l'acide arachidonique- Système Kinine Kallicréine- Système nerveux sympathique- Autres (facteur natriurétique et AVP = hormone antidiurétique)

La filtration glomérulaire produit un grand volume de soluté à faible coup énergétique. Son moteur est la vascularisation rénale. Dans les limites de la physiologie, il existe un rôle important des mécanismes d'auto-régulation et une nécessité d'intégration des informations. Il va falloir faire le tri entre ce qui doit être conservé et éliminé.

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Voilà pour ce dernier ronéo ! Le prof a insisté sur le fait qu'il trouvait important de travailler/retenir ses cours de L3 …La décision n'appartient qu'à vous .Une pensée pour la colloc et ses visiteurs un peu trop réguliers (#Nou), au petit chat de la rue de Locarnot, à Randhawa et sa troupe de bras cassés, au colloque de Neuro et à Robine la … ;).

Jessviêt ( qui nous remet trop souvent des baguettes ) le calvaire est fini ! Je pense pouvoir dire qu'on s'en sort plutôt bien grâce à une organisation digne des plus grands stratèges ;) Merci du soutient sans faille bien qu'on ne soit pas potes, restons claires. «L'autorégulation c'est bien. » Et pour finir : -Un jour, un major pharma a dit que le monde « manquait de Milka et de Putes » → Tout mon mépris à l'amphi pharma.-« Une fois, à une exécution, je m'approche d'une fille. Pour rigoler, je lui fais : « Vous êtes de la famille du pendu ? »... C'était sa sœur. Bonjour l'approche ! Perceval

Je conclurai cet ultime ronéo par un florilège des grands Hommes de notre ère.

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