Physiologie Rénale : Fonctions, Néphron, Filtration, Réabsorption, Sécrétion, Clairance, Équilibres et Fonctions Endocrines

I. Généralités

A. Rôle des reins

• Les reins sont des organes vitaux qui produisent l'urine.

• Ils sont impliqués dans l'excrétion des déchets (endogènes comme l'urée, exogènes comme les médicaments).

• Ils régulent l'équilibre de l'eau et des électrolytes, maintenant l'osmolarité plasmatique à environ 300 mosmol/L.

• Ils participent à la régulation de la pression artérielle (PA).

• Ils maintiennent l'équilibre acido-basique (pH plasmatique entre 7,38 et 7,42) en collaboration avec les poumons.

• Ils ont une fonction endocrine, produisant la rénine, l'érythropoïétine (EPO) et le calcitriol (dérivé de la vitamine D).

B. Anatomie du rein

• Le rein est divisé en trois parties :

  • Cortex rénal : la partie extérieure.

  • Médulla rénale : composée de pyramides rénales.

  • Cavités rénales : calices et pelvis rénal, où l'urine s'écoule.

• Le rein est très vascularisé :

  • Débit sanguin rénal : 1,1 L/min (20% du débit cardiaque).

  • Débit plasmatique rénal : 600 mL/min.

• Le réseau artériel est spécifique : l'artère rénale se divise en artères segmentaires, interlobaires, arquées, interlobulaires, puis en artérioles afférentes.

• L'artériole afférente donne naissance au glomérule (réseau de capillaires glomérulaires), qui converge vers l'artériole efférente.

• L'artériole efférente se divise en capillaires péritubulaires (ou vasa recta) qui se rejoignent pour former des veines, ramenant le sang à la veine rénale.

C. Le néphron

• Le néphron est l'unité fonctionnelle du rein (environ 1 million par rein).

• Il est composé de :

  • Corpuscule rénal (de Malpighi) :

    • Glomérule : capillaires de filtration.

    • Capsule de Bowman : entoure le glomérule.

  • Tubule rénal :

    • Tubule contourné proximal (TCP).

    • Anse de Henlé (AH).

    • Tubule contourné distal (TCD).

    • Tube collecteur : reçoit l'urine de plusieurs néphrons.

• Il existe deux types de néphrons :

  • Néphrons corticaux (80%) : Anse de Henlé courte, capillaires péritubulaires.

  • Néphrons juxtamédullaires (20%) : Anse de Henlé longue, vasa recta.

• L'appareil juxtaglomérulaire est une zone de contact entre le TCD, l'artériole afférente et efférente :

  • Macula densa : cellules du TCD avec chimiorécepteurs/osmorécepteurs sensibles aux variations de NaCl.

  • Cellules juxtaglomérulaires (granulaires) : cellules musculaires lisses de l'artériole afférente contenant de la rénine et des barorécepteurs sensibles à la PA.

• Le système rénine-angiotensine-aldostérone est activé en cas de baisse de PA :

  • La rénine transforme l'angiotensinogène en Angiotensine I, puis en Angiotensine II.

  • L'Angiotensine II augmente la PA par :

    • Vasoconstriction.

    • Stimulation de la corticosurrénale (sécrétion d'aldostérone → réabsorption de Na+).

    • Stimulation de la neurohypophyse (libération d'ADH → réabsorption d'eau).

    • Activation du centre de la soif.

• Les néphrons sont le siège de la formation de l'urine via trois processus rénaux :

  • Filtration glomérulaire : passage du plasma des capillaires vers la capsule de Bowman.

  • Réabsorption tubulaire : passage des substances du tubule vers les capillaires péritubulaires.

  • Sécrétion tubulaire : passage des substances des capillaires péritubulaires vers la lumière tubulaire.

• La quantité excrétée est donnée par la formule : Quantité excrétée = Quantité filtrée - Quantité réabsorbée + Quantité sécrétée.

• L'urine définitive est composée des constituants du plasma filtrés ou sécrétés et non réabsorbés.

II. Filtration glomérulaire

A. Définition

• La filtration glomérulaire est le passage du plasma à travers la membrane de filtration des capillaires glomérulaires.

• C'est un processus unidirectionnel, passif et peu sélectif.

• Il conduit à la formation du filtrat glomérulaire (urine primitive) dans la capsule de Bowman.

B. Membrane de filtration

• Elle est composée de trois filtres :

  • Endothélium fenêtré des capillaires : avec des pores.

  • Membrane basale : réseau lâche de fibres et de glycoprotéines anioniques (chargée négativement).

  • Couche externe de cellules épithéliales (podocytes) : avec des prolongements (pédicelles) formant des fentes de filtration.

C. Composition du filtrat glomérulaire

• Le passage des molécules dépend de leur taille et de leur charge :

  • Molécules de faible poids moléculaire (< 10 kDa) passent librement (glucose, acides aminés, urée).

  • Molécules de haut poids moléculaire (> 70 kDa) ne passent pas (protéines plasmatiques comme l'albumine).

• La membrane basale chargée négativement repousse les protéines plasmatiques anioniques.

• Le filtrat est un ultrafiltrat de plasma, sans protéines plasmatiques ni cellules sanguines.

D. Pression nette de filtration

• La Pression Nette de Filtration (PNF) est la force motrice de la filtration (environ 10 mmHg).

• Elle est déterminée par :

  • Forces favorisant la filtration :

    • Pression hydrostatique glomérulaire (PHg) : 55 mmHg, pousse l'eau du sang vers la capsule de Bowman. Elle est élevée car l'artériole efférente est plus étroite que l'afférente.

  • Forces s'opposant à la filtration :

    • Pression osmotique glomérulaire (POg) : 30 mmHg, exercée par les protéines du sang, attire l'eau vers les capillaires.

    • Pression hydrostatique capsulaire (PHc) : 15 mmHg, exercée par le filtrat dans la capsule de Bowman.

• PNF = PHg - POg - PHc.

E. Débit de filtration glomérulaire (DFG)

• Le DFG représente la quantité de filtrat produite par minute.

• Il est d'environ 120 mL/min (180 L/jour pour les deux reins). Le plasma est filtré environ 60 fois par jour.

• Un DFG normal est ≥ 90 mL/min.

• Le DFG est utilisé pour évaluer la fonction rénale.

1. Déterminants du débit de filtration glomérulaire (DFG)

• DFG = Kf x PNF (où Kf est le coefficient de filtration).

• Le Kf peut varier sous l'action des cellules mésangiales ou en cas de maladies.

• Les variations de la PHg sont le principal facteur influençant le DFG, car POg et PHc sont stables en conditions physiologiques.

• Le DFG est maintenu stable (entre 80 et 180 mmHg de PA moyenne) grâce à des mécanismes d'autorégulation.

2. Importance de maintenir un DFG stable

• Un DFG stable est crucial pour une fonction rénale optimale :

  • Si DFG est trop bas : diminution de l'élimination des déchets, augmentation de la volémie et de la PA.

  • Si DFG est trop haut : passage trop rapide du filtrat, réabsorption insuffisante, diminution de la volémie et de la PA.

F. Mécanismes d’autorégulation

1. Vasoconstriction/vasodilatation de l’artériole afférente

• La régulation du DFG repose sur la modification du diamètre de l'artériole afférente.

• Vasoconstriction : diminue le débit sanguin rénal (DSR), la PHg et le DFG.

• Vasodilatation : augmente le DSR, la PHg et le DFG.

2. Mécanisme vasculaire myogène

• Augmentation de la PA → étirement de la paroi de l'artériole afférente → entrée de Ca2+ → vasoconstriction.

• Ceci diminue le DSR, la PHg et donc le DFG, le ramenant à sa valeur de base.

3. Rétrocontrôle tubulo-glomérulaire

• La macula densa détecte une augmentation du NaCl dans le filtrat (due à une augmentation du DFG).

• Elle libère des substances vasoconstrictrices, entraînant une vasoconstriction de l'artériole afférente et une diminution du DFG.

4. Mécanismes extrinsèques

• Les mécanismes d'autorégulation sont inopérants en dessous de 80 mmHg de PA (hémorragie, déshydratation sévère).

• Dans ces cas, le système sympathique et le système rénine-angiotensine-aldostérone sont activés pour réguler la PA et indirectement le DFG.

III. Réabsorption tubulaire

• La réabsorption est le transfert des solutés et de l'eau du filtrat vers le sang.

• Environ 99% du filtrat est réabsorbé, 1% est excrété.

• Elle est très sélective :

  • Le glucose est entièrement réabsorbé.

  • L'eau et les ions (Na+, K+, Cl-, HCO3-) sont majoritairement réabsorbés.

  • Les déchets (sauf l'urée, réabsorbée à 50%) ne sont pas réabsorbés.

A. Le moteur de la réabsorption : le sodium (passif)

• Le transport actif du Na+ crée un gradient électrique transépithélial.

• Ce gradient attire les anions et l'eau suit par osmose (réabsorption obligatoire si la membrane est perméable à l'eau).

• L'augmentation de la concentration de solutés dans le tubule favorise la diffusion simple d'autres ions (K+, Ca2+, urée).

B. Réabsorption active

• La pompe Na+/K+ ATPase (transport actif primaire) côté basal est la force motrice principale, expulsant le Na+ et faisant entrer le K+.

• Le gradient de Na+ permet le cotransport actif secondaire de nombreux solutés (glucose, acides aminés, ions H+) au niveau apical.

• Les mécanismes de transport actifs sont saturables (nombre limité de transporteurs), définissant un taux maximal de réabsorption (Tm). Si le Tm du glucose est dépassé, il y a glycosurie.

C. Réabsorption passive : exemple du chlore

• La réabsorption du sodium entraîne la réabsorption de l'eau, ce qui augmente la concentration de Cl- et d'urée dans le tubule.

• Cela favorise la réabsorption passive du Cl- par diffusion.

D. Substances non réabsorbées

• Ce sont des substances sans transporteurs protéiques, non liposolubles ou trop volumineuses (xénobiotiques, certains déchets métaboliques).

E. Réabsorption différente selon les segments tubulaires

1. Réabsorption de masse et obligatoire dans le TCP

• Le TCP est le segment le plus actif, avec de nombreux transporteurs et une bordure en brosse.

• Il réabsorbe :

  • 65% de Na+, d'eau (réabsorption obligatoire) et de K+.

  • 100% du glucose, des acides aminés et des vitamines.

  • 90% des ions bicarbonates.

• La réabsorption des HCO3- est associée à la sécrétion de H+ via l'antiport Na+/H+ et la formation de CO2.

• À la sortie du TCP, le filtrat a un volume diminué mais une osmolarité inchangée (iso-osmotique, 300 mosmol/L).

2. Réabsorption asymétrique de l’Anse de Henlé

• La branche descendante est perméable à l'eau (15% réabsorbée) mais imperméable au NaCl, ce qui concentre le filtrat (jusqu'à 1200 mosmol au coude).

• La branche ascendante est imperméable à l'eau mais perméable au NaCl (via le symporteur apical NKCC), ce qui dilue le filtrat (jusqu'à 300 mosmol).

• L'Anse de Henlé est à l'origine du gradient corticomédullaire.

3. Réabsorption Na+ / Cl- dans la première partie du TCD

• Cette partie est perméable au NaCl (via le cotransporteur NCCT) mais imperméable à l'eau.

• L'osmolarité du liquide tubulaire continue de diminuer, faisant de ce segment et de la branche ascendante de l'AH le segment diluant.

4. Réabsorption facultative dans la 2nde partie du TCD et TC

• Cette réabsorption est sous contrôle hormonal (régulée) et permet un ajustement fin de l'équilibre hydroélectrolytique.

• Deux types de cellules :

  • Cellules principales : homéostasie du Na+, K+ et de l'eau. Réabsorption de Na+ (sous aldostérone) et d'eau (sous ADH), sécrétion de K+.

  • Cellules intercalaires : équilibre acido-basique (réabsorption/sécrétion de HCO3- et H+).

a) Réabsorption de Na+ sous la dépendance de l’aldostérone

• L'aldostérone (hormone minéralocorticoïde de la corticosurrénale) stimule la réabsorption de Na+ et la sécrétion de K+ dans le TCD et le TC.

• Elle est stimulée par l'Angiotensine II, une faible concentration de Na+ ou une forte concentration de K+.

b) Réabsorption de l’eau par la vasopressine ou ADH

• L'ADH (hormone antidiurétique), produite par l'hypothalamus et libérée par la neurohypophyse, stimule la réabsorption d'eau.

• Elle est stimulée par l'augmentation de l'osmolarité plasmatique ou l'Angiotensine II.

• L'ADH insère des aquaporines dans la membrane apicale du TCD et du TC, permettant la réabsorption d'eau.

IV. Sécrétion tubulaire

A. Généralités

• La sécrétion est le passage de substances des capillaires vers la lumière du tubule, augmentant leur excrétion.

• Substances concernées : K+, H+, déchets métaboliques (urée, acide urique), messagers cellulaires, xénobiotiques.

• Elle implique des transporteurs spécifiques et des transports actifs.

B. Rôle dans l’équilibre potassique

• La régulation de la kaliémie est assurée par la sécrétion tubulaire de K+, sous contrôle hormonal de l'aldostérone dans le TCD et TC.

C. Rôle dans l’équilibre acido-basique

• Les reins régulent le pH sanguin en sécrétant/réabsorbant H+ et HCO3-.

• La quasi-totalité des HCO3- filtrés est réabsorbée (85% dans le TCP, 10% dans l'AH).

• La sécrétion de H+ est associée à la réabsorption de HCO3-.

• Les cellules intercalaires du TCD et TC sont cruciales pour cet équilibre :

  • Cellules de type A (acidose) : sécrètent H+, réabsorbent HCO3- et K+.

  • Cellules de type B (alcalose) : sécrètent HCO3- et K+, réabsorbent H+.

Quizz

1. Quel est le rôle principal des reins en matière d'équilibre hydrique et électrolytique ?

2. Nommez les trois parties principales du rein et leur fonction générale.

3. Quelle est l'unité fonctionnelle du rein et de quoi est-elle composée ?

4. Décrivez le rôle de la rénine dans le système rénine-angiotensine-aldostérone.

5. Quels sont les trois processus rénaux majeurs impliqués dans la formation de l'urine ?

6. Quelles sont les trois couches de la membrane de filtration glomérulaire ?

7. Comment la taille et la charge des molécules influencent-elles leur passage à travers la membrane de filtration ?

8. Qu'est-ce que la Pression Nette de Filtration (PNF) et quels sont les facteurs qui la déterminent ?

9. Pourquoi est-il important de maintenir un Débit de Filtration Glomérulaire (DFG) stable ?

10. Comment le mécanisme vasculaire myogène contribue-t-il à l'autorégulation du DFG ?

11. Quel est le rôle de la macula densa dans le rétrocontrôle tubulo-glomérulaire ?

12. Quel pourcentage du filtrat est réabsorbé par les tubules rénaux ?

13. Quel est le rôle du sodium en tant que "moteur" de la réabsorption tubulaire ?

14. Pourquoi les mécanismes de transport actifs sont-ils saturables ? Donnez un exemple.

15. Quelles sont les caractéristiques de la réabsorption dans le tubule contourné proximal (TCP) ?

16. Décrivez la réabsorption asymétrique de l'eau et du NaCl dans les branches de l'Anse de Henlé.

17. Comment l'aldostérone et l'ADH influencent-elles la réabsorption dans la partie distale du néphron ?

18. Quelles sont les substances qui sont généralement sécrétées par les tubules rénaux ?

19. Comment les reins contribuent-ils à l'équilibre acido-basique de l'organisme ?

Flashcards

• Recto: Rôle des reins

• Verso: Excrétion des déchets, régulation hydroélectrolytique, régulation PA, équilibre acido-basique, fonction endocrine.

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• Recto: Composants du néphron

• Verso: Corpuscule rénal (glomérule, capsule de Bowman) et tubule rénal (TCP, Anse de Henlé, TCD, tube collecteur).

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• Recto: Système Rénine-Angiotensine-Aldostérone (SRAA)

• Verso: Rénine → Angiotensine I → Angiotensine II (vasoconstriction, aldostérone, ADH, soif) → Augmentation PA.

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• Recto: Les 3 processus rénaux

• Verso: Filtration glomérulaire, Réabsorption tubulaire, Sécrétion tubulaire.

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• Recto: Membrane de filtration

• Verso: Endothélium fenêtré, membrane basale (anionique), podocytes (fentes de filtration).

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• Recto: Pression Nette de Filtration (PNF)

• Verso: PHg - POg - PHc (55 - 30 - 15 = 10 mmHg).

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• Recto: Débit de Filtration Glomérulaire (DFG)

• Verso: 120 mL/min ou 180 L/jour.

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• Recto: Autorégulation du DFG

• Verso: Mécanisme myogène et rétrocontrôle tubulo-glomérulaire (macula densa).

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• Recto: Réabsorption du glucose

• Verso: Entièrement réabsorbé dans le TCP (sauf si Tm dépassé).

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• Recto: Pompe Na+/K+ ATPase

• Verso: Transport actif primaire, force motrice principale de la réabsorption.

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• Recto: Réabsorption dans le TCP

• Verso: De masse et obligatoire (65% Na+, eau, K+ ; 100% glucose, AA, vitamines ; 90% HCO3-).

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• Recto: Anse de Henlé - Branche descendante

• Verso: Perméable à l'eau, imperméable au NaCl → concentration du filtrat.

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• Recto: Anse de Henlé - Branche ascendante

• Verso: Imperméable à l'eau, perméable au NaCl → dilution du filtrat.

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• Recto: Aldostérone

• Verso: Réabsorption de Na+ et sécrétion de K+ dans TCD et TC.

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• Recto: ADH (Vasopressine)

• Verso: Réabsorption d'eau via aquaporines dans TCD et TC.

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• Recto: Cellules intercalaires de type A

• Verso: Sécrètent H+, réabsorbent HCO3- et K+ (en cas d'acidose).

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• Recto: Cellules intercalaires de type B

• Verso: Sécrètent HCO3- et K+, réabsorbent H+ (en cas d'alcalose).