FONCTIONS RENALES

• Plusieurs mécanismes par lesquels le rein régule :- La pression osmotique- Le pH- L’équilibre hydrothermal

• Système de transport situé dans les cellules épithéliales.• Quand besoin, apport de cations, anions dans le sang, des transporteurs du rein peuvent être activés.• Tube rénal ( ou néphron ) : Filtration du sang  Donne le plasme (~) ou l’urine primitive.

 Contient :- Eléments précieux qui doivent être réabsorbés- Eléments toxiques excrétés- Il y aura par la suite synthèse de substances qui vont dans l’urine

 Sont sécrétées ou réabsorbées.• Rein :

- 140 g- 1700 L de sang filtré par le rein par jour- 170 L sans les cellules et les protéines

 Réabsorbé à ~ 100%.• Transport actif :

- Primaire- Secondaire

• Rein : filtre de 140m2.• Fonction endocrine du rein :

- Rénine : Régule la pression artérielle- Vitamine D devient active  Participe à l’équilibre phosphocalcique.- Prostaglandines- Hormones : érythropoïétine : formation et maturation des globules rouges.

• Urine : - Solution presque stérile. Contient des substances organiques et minérales.- pH acide : 5<pH<6, mais peut varier suivant l’alimentation : 4,5<pH<8

 Destiné à équilibrer le pH sanguin à 7 environ.- On peut y trouver du glucose : problème de glucosurie.- On peut y trouver des protéines :

- problèmes de santé- grossesse.

I­ Données morphologiques   

1) Les reins   

• Organes en forme de haricots.• Le rein droit est poussé par le foie  Plus bas que le rein gauche.• Trois couches en partant de l’extérieur :

- Fascia rénale- Capsule adipeuse

- Capsule fibreuse• La capsule adipeuse à un rôle de soutient.• Chez l’Homme : 8 – 12 pyramides ( rat : 1 seule pyramide )

2) Les néphrons   

• L’unité fonctionnelle du rein est le néphron : ~ 1 000 000 néphrons par reins chez l’Homme. cf. fig. 5­6 : différents éléments des néphrons :- Partie vasculaire des néphrons : zone de contact entre le sang et le néphron.- Partie tubulaire : 20 – 50 mm. Une seule couche de cellules épithéliales.

a) Le système de filtration   

• Corpuscules de Malpighi ( découverts en 1666 ). A l’époque, on pensait qu’il s’agissait de glandes.

α ­ La capsule de Bowmann

• Partie dilatée du néphron.• Glommérules fixent le sang

 Créent l’urine primitive. Dans le cortex

• Ensemble, forment le corpuscule rénal ou de Malpighi.

β ­ Structure du corpuscule rénal

• 2 feuillets :- Externe : feuillet externe ou pariétal.- Interne ou viscéral.

      La cavité enter ces 2 cellules est appelée chambre glommérulaire.      On y trouve le filtrat ou l’urine primitive.• Les cellules de la couche interne se lient au capillaire.• Elles sont séparées des cellules endothéliales par la lame basale.

 Correspond à la membrane de filtration. cf. fig. 9

• Les cellules de la couche interne sont particulières et appelées podocytes : filtration efficace.

 Les cellules ne peuvent pas entrer dans le filtrat. Les protéines de taille plus ou moins importantes      non plus.

b) Le tube rénal   

• A son niveau, phénomènes de réabsorption, de sécrétion et d’excrétion.• 4 parties :

- Tube proximal- Anse de Henlé- Tube contourné distal- Tube collecteur.

•Le tube rénal commence son trajet au niveau du cortex, puis médulla, puis remonte dans le cortex et redescend dans la médulla.

α ­ Le tube proximal

• A une partie contournée et une partie droite.• En continuité avec la chambre glommérulaire.• La partie contournée proximale est formée d’un épithélium spécifique :

 Fonction d’absorption diminue ( simplification )

β ­ L’anse de Henlé

• Localisée au niveau médullaire.

δ ­ Le tube contourné distal

• La réabsorption de soluté devient de plus en plus importante Sécrétion de K+.

• Contact avec la glommérule Intervention de la partie artérielle dans la régulation.

γ ­ Le tube collecteur

• 4 types de cellules différentes ( concentration : dilution des urines). Régulation très fine.

• Topographie du néphron : Coulisse le long du cortex Certains vont dans la medullaire ( longs ). 30% de néphrons superficiels ( courts ).

• Longs : Dilution de la concentration de l’urine• Courts : Réabsorption.• Le rein est hautement vascularisé

 Les reins reçoivent 20 à 25 % du débit cardiaque.

3) Vascularisation du rein   

a) Organisation artérielle   

• Système sophistiqué.• Le sang se draine dans le système des veines.• Néphron long : système sanguin vasa recta.

 Les artères à ce niveau suivent le néphron.• Ce système existe dans la zone médullaire.

b) Le système porte artériel   

• Artériole donne naissance à un réseau de capillaires qui irriguent toute la portion du néphron ensuite le système de néphrons.

• La différence de calibre crée une pression qui facilite la filtration.

 Pression très faible  Facilite la réabsorption.

c) Macula dense, appareil extraglommérulaire   

II­ Modalité fonctionnelle du néphron   

 Filtration Excrétion, absorption.

1) Filtration glommérulaire   

• Des expériences ont montrées que l’urine glommérulaire de grenouille a la même composition que le plasma sans protéines.

a) Absence de protéines   

• Si on injecte dans le sang des protéines de tailles différentes :Poids moléculaire ( kda ) Urine

Gélatine 35 +Albumine ( d’œuf ) 43 +Hémoglobine 68 +Albumine plasmatique 69 +

Globuline 150 ­Caséine 180 ­

• Les charges négatives empêchent également le passage de la barrière.

b) Pression oncotique   

PLASMA URINE IR

       Ions

     Protéines

• Molarité : Nombre de moles dans un litre• Osmolarité : osmose : Nombre d’unités cinétiques ou le nombre de particules pour une unité de liquide :

 Molécules non dissociables. Molécules dissociables.

• Concentration en équivalents : Eq/L : nEq/L Concentration équivalente = molarité * charge

        Compartiment 1        Compartiment 2   n Eq n Osm n Eq n Osm

Na+           150   150  150   150 157,7  157,7

Cl­             135   135  150   150 142,7  142,7

Prot­      15   0,8

 301,2

• Albumine : 20 charges négatives Na+ + Cl­ bougent selon la loi de Gibbs­Donnan :

• Le produit des concentrations des ions diffusibles dans le 1er compartiment doit être égal à celui dans le 2eme.[Na1] [Cl1] = [Na2] [Cl2]

• La neutralité de chaque compartiment doit être maintenue.cations ( 1 ) = anions ( 1 )cations ( 2 ) = anions ( 2 )

[Na+1+ XNa+] x [Cl­ + XCl­] = [Na2] [Cl2]

 L’urine est volumineuse  On ignore les transferts.

(150 + X) (135 + X) = 150 x 150

150 x 135 + 150X + 135X + X2 = 150 x 150

X² + 285X – 2250 = 0

 X = 7,68

c) Pression efficace de filtration   

• Effectuée sous l’influence d’une certaine force : différence de pression entre le sang et l’urine : Pression sanguine ~ 70 mm Hg.

PLASMA URINE

Pression sanguine : Pression hydrostatique intratubullaire

70 mm Hg 10 mm Hg

Force favorisant la filtration Pression oncotique ( 25 mm Hg )

• Quand la pression artérielle chute, la filtration au niveau des glommérules s’arrête.

d) Clairance ( détermination quantitative de filtrat glommérulaire ).   

• On utilise une méthode dérivée pour déterminer la composition du sang.• Certaines substances sont filtrées et passent dans l’urine finale et sont excrétées.• Créatine, inuline, mannitol : pas sécrété au niveau du tube , pas réabsorbés.

 Inuline : 5000 Da :P : Concentration plasmatique de l’inuline en mg.mL­1

U : Concentration urinaire en mg.mL­1

V : Volume urinaire émis par unité de temps : mL.min­1

UV : Débit d’élimination urinaire de l’inuline ( mg. min­1 )C : Volume de plasma filtré par unité de temps : mL.min­1

UVUV = CP      = C

 P

UV

Pente = Clairance

P

• La clairance d’une substance quelconque est un volume de plasma qui contient la quantité d’une substance éliminé par la voie urinaire en 1 minute.• Clairance en volume théorique : on peut faire des estimations de clairance de l’inuline dans des conditions réelles :

P = 4 mg/mLU = 250 mg/mL  C = 125 mL/minV = 2 mL/min

• Clairance du glucose = 0• Clairance de la Créatinine = 140  Sécrétion.• Créatinine : Substance de référence car endogène et sécrétion constante.• A quoi servent les valeurs de clairance : si variation : problème dans le système.

 Médicaments devant être excrétés ou réabsorbés : contrôle par la clairance.

2) Réabsorption tubulaire   

• Site principal : tube contourné proximal.

a) Réabsorption du glucose   

• Complètement réabsorbé car source principale d’énergie.• La quantité de glucose réabsorbé : Pour 9 mM : reste 0,3 mM.

 Autant dire rien en terme de concentration car 80% de l’eau est réabsorbée avec le glucose.

α ­ Taux maximal du glucose

• Entretient du gradient de concentration par la pompe à sodium dans les cellules du tube contourné proximal :

Glucose réabs.(mg/min)

  400

TmG

  200           K0,5

                                  2    4      Glucose dans le sang ( g/L )• Transporteur avec des sites de fixation du glucose.

 Saturable  Preuve de l’existence de ce transporteur.     Ressemble à des réactions enzymatiques avec un substrat.

Vmax       TmG   [S]         [Glu]  Km    K0,5

Vmax [S] V =

Km + [S]Plus la vitesse augmente plus la saturation est importante.

TmG : 320  380 mg/min    S :   1,6   1,8

β ­ Glucosurie rénale

• Dans le cas ou on trouve du glucose dans les urines  Anomalie. Diminution de la concentration en transporteur dans les cellules.

TmG constant Affinité du transporteur.

δ ­ La structure du transporteur

• SGLT­1 : Responsable de la réabsorption du glucose, acides aminés neutres, nucléotides, inositol.

2 Na+ Glucose   Glucose

Site externe Site externe – 2 Na Site externe – 2 Na

Flip­flop Glu Flip­flopSite interne Site interne – 2 Na

2 Na    Glucoseb) Réabsorption de l’eau   

• 80% réabsorbés au niveau du tube contourné proximal

Aquaporine : 4 sous unités

• Force motrice de l’eau : différence osmotique. Réabsorption obligatoire

 On ne trouve pas de dilution ou d’augmentation de concentration de l’urine.• Glucose : réabsorbé à 100%• Na+, Cl­ : 75%• Réabsorption de l’eau : processus isoosmotique.• Ce n’est pas le cas au niveau du néphron distal : plus d’AQP1, mais AQP 2 et 3.  Peut varier avec la vasopression.

3) Réabsorption du sodium   

• 80% du Na filtré est réabsorbé au niveau du tube contourné proximal.• Na+ doit être réabsorbé. Mécanisme de cotransport avec :

- glucose- bicarbonate

      Na+ sert de navette pour le reste.

• Système symport / antiport.• ATPase sodium – potassium très exprimée dans les cellules rénales.

 70% de l’ATP est utilisé par la pompe sodium potassium dans les cellules rénales.

• Cotransports symports :- Na – glu : éléctrogénique (crée une différence de potentiel entre la cellule et l’extérieur)- Na – Pi  Non­éléctrogénique- Na – acides aminés neutre : éléctrogénique- Na – Cl : Non­éléctrogénique- Na – K – Cl : Non électrogéniques car : Na+ ­ K+ ­ 2 Cl­

- Na – SO42­ : électrogénique : SO4

2­ ­  3 Na+

        Force motrice : gradient éléctrochimique.

• Cotransports antiports :- Na+ / H+ :

 Tube proximal : cellules :

NHE3 NHE1

 NHE 1­3 : isoformes. NHE 3 : typique de la cellule rénale.• Acidification de l’urine• Réabsorption de l’ion Na+

• Ces transporteurs sont importants pour le transport actif tertiaire.• Le TAI : Pompes à Na.

4) Réabsorption des bicarbonates   

• Rôle tampon dans le sang et dans les cellules clé. 85 % du bicarbonate est réabsorbé ou niveau du tube proximal Le reste au niveau du tube distal.

• Utilise :- ATPase Na­K- Echangeur Na/H- Isoformes de l’anhydrase carbonique : II et IV

• Anhydrase carbonique : catalyse la réaction :

CO2 + H2O  H2CO3  HCO3­ + H+

    Efficacité de la réaction faible naturellement. L’enzyme :  x 10 000 000.

5) Réabsorption du chlore   

• Lié aux mécanismes Na – dépendants

a) Echanges Cl   ­   ­ Formate ( Cl   ­   ­ oxalate )   

 cf. schéma avant.

b) Diffusion de potentiel transépithélial ( ou transcellulaire )   

• La ddp négative est liée au transport des acides aminés négatifs. Facilite le transport d’ions chlore.

• La ddp positive est due à la réabsorption des anions type bicarbonate La réabsorption de Cl s’interrompt, mais le glucose et le bicarbonate sont réabsorbés avec de l’eau.

 [ H2O ] chute  [Cl­] augmente. Force osmotique créée Force motrice pendant 85% du tube contourné proximal

• ddp ( urine ) tube distal : ­20 mV.