Physiologie rénale: formation de l'urine

I- Généralités sur la Physiologie Rénale

La physiologie rénale étudie le fonctionnement des reins, organes essentiels à l'homéostasie du corps.

A. L'Appareil Urinaire

• Reins (2) : Produisent l'urine.

• Vessie : Stocke l'urine.

• Conduits detransport de l'urine :

  • Uretères (2) : Transportent l'urine des reins vers la vessie.

  • Urètre : Élimine l'urine lors de la miction.

• Hile rénal : Bord interne de chaque rein, point d'entrée et de sortie pour l'artère rénale, la veine rénale et l'uretère.

B. Rôles des Reins

1. Excrétion des déchets

   • Substances endogènes (produits du métabolisme, ex : urée, créatinine).

   • Substances exogènes (médicaments, pesticides, additifs alimentaires).

2. Régulation de l'équilibre de l'eau et des électrolytes : Maintien de l'osmolarité plasmatique à environ 300 mosmol/L.

3. Régulationde la pression artérielle.

4. Régulation de l'équilibre acido-basique : Maintien du pH plasmatique (sang artériel) entre 7,38 et 7,42. Les limites compatibles avec la vie sont de 6,9 à 7,8.

5. Fonction endocrine :

   • Sécrétion de rénine.

   • Production d'érythropoïétine (EPO).

   • Synthèse de calcitriol.

C. Anatomie du Rein

Le rein est composé de trois parties distinctes :

• Cortex rénal.

• Médulla rénale : Constituée des pyramides rénales, dont les sommets (papilles rénales) sont le point d'écoulement de l'urine.

• Cavités rénales :

  • Calice rénal (mineur et majeur).

  • Pelvis rénal ou bassinet.

D. Le Néphron

Le néphron est l'unité fonctionnelle du rein. Chaque rein en contient environ un million.

Il est composé de :

• Corpuscule rénal :

  • Capsule de Bowman.

  • Glomérule (réseau de capillaires sanguins).

• Tubule rénal :

  • Tubule contourné proximal (TCP).

  • Anse de Henlé (AH).

  • Tubule contourné distal (TCD).

  • Tubule collecteur : Connecté à de nombreux néphrons, il canalise l'urine vers les cavités rénales.

E. La Circulation Rénale

Le rein est un organe très richement vascularisé.

• Débit sanguin rénal : Environ 1,1 litre par minute (20% du débit cardiaque).

• Débit plasmatique rénal : Environ 600 ml/min (car le plasma représente 55% du volume sanguin total).

Le réseau vasculaire rénal est complexe :

1. Chaque rein est alimenté par une artère rénalequi se ramifie.

2. L'artériole afférente donne naissance au réseau de capillaires glomérulaires (le glomérule).

3. Les capillaires glomérulaires convergent vers l'artériole efférente, parlaquelle le sang quitte le glomérule.

4. L'artériole efférente se divise ensuite en capillaires péritubulaires.

5. Les capillaires péritubulaires se réunissent pour former des veines qui ramènent le sang à la circulation générale viala veine rénale, laquelle se jette dans la veine cave inférieure.

F. L'Appareil Juxtaglomérulaire

• Les cellules juxtaglomérulaires (ou cellules granulaires) sont situées dans la paroi des artérioles (afférentes) et contiennent de la rénine.

• Elles agissent comme des barorécepteurs rénaux, détectant une diminution de la pression artérielle (PA) et déclenchant la sécrétion de rénine.

G. Processus de Formation de l'Urine

Un néphron assure trois processus fondamentaux pour la formation de l'urine définitive :

1. Filtration glomérulaire : Passage de substances des capillaires glomérulaires vers la lumière tubulaire. C'est un processus peu sélectif.

2. Réabsorption tubulaire : Passage de substances du tubule vers les capillaires péritubulaires (CPT). C'est un processus sélectif.

3. Sécrétion tubulaire :Passage de substances des CPT vers la lumière tubulaire. C'est également un processus sélectif.

La quantité excrétée d'une substance est le résultat de ces trois processus :

Quantité excrétée = Quantité filtrée –Quantité réabsorbée + Quantité sécrétée

• Exemple 1 : Une substance A est filtrée, mais ni réabsorbée ni sécrétée (ex: certains déchets endogènes). Quantité excrétée = Quantité filtrée.

• Exemple 2 : Une substance B est filtrée, partiellement réabsorbée et non sécrétée (ex: nombreux électrolytes). Quantité excrétée < Quantité filtrée.

• Exemple 3 : Une substance C est filtréemais totalement réabsorbée (ex: glucose chez le sujet non diabétique). Quantité excrétée = 0.

• Exemple 4 : Une substance D est filtrée, n'est pas réabsorbée et est sécrétée (ex: certains médicaments). La quantité excrétée estalors élevée.

II- Filtration Glomérulaire

La filtration glomérulaire est le passage du sang à travers les parois des capillaires glomérulaires.

• Le glomérule agit comme un filtre mécanique.

• Elleconduit à la formation du filtrat glomérulaire (ou urine primitive) dans la capsule de Bowman, qui s'écoule ensuite dans le tubule.

A. Composition du Filtrat Glomérulaire

La composition du filtrat est proche de celle du sang,à l'exception des protéines plasmatiques et des cellules sanguines.

• La paroi des capillaires glomérulaires (endothélium) est poreuse.

• Les pores retiennent les globules sanguins et les protéines plasmatiques.

• L'eau et les molécules de faible poids moléculaire (glucose, acides aminés, urée, etc.) passent facilement.

B. Débit de Filtration Glomérulaire (DFG)

• Le DFG est la quantité de filtrat glomérulaire formée parminute.

• DFG ≈ 120 ml/min, soit environ 180 litres par jour.

III- Réabsorption Tubulaire

La réabsorption tubulaire est le transfert de solutés et d'eau du filtrat versle sang.

• La majeure partie du filtrat est réabsorbée (99%), seul 1% est excrété sous forme d'urine définitive.

• La réabsorption est sélective. Par exemple :

  • Le glucose est entièrementréabsorbé (chez un sujet non diabétique).

  • L'eau est majoritairement réabsorbée (178,5 L/jour sur 180 L filtrés).

  • Les ions (Na⁺, K⁺, Cl^-, HCO₃^-) sont majoritairement réabsorbés, l'excrétion variant selon les besoins de l'organisme.

  • Les déchets (ex: créatinine) ne sont pas réabsorbés.

A. Les Mécanismes de Réabsorption

1. Mouvements Passifs

• Diffusion de solutés : D'une région de haute concentration vers une région de faible concentration (selon le gradient de concentration).

  • Diffusion simple.

  • Diffusion facilitée (protéines transmembranaires pour molécules hydrophiles ou grosses, ex: glucose).

• Osmose : Déplacement de molécules d'eau d'un milieu moins concentré en solutés vers un milieu plus concentré en solutés, l'eau suivant les solutés réabsorbés.

2. Transport Actif

• Mouvement d'une substance contre son gradient de concentration.

• Nécessite de l'énergie et est limité par le nombre de transporteurs (phénomène de saturation).

• Transport actif primaire : Direct, via l'hydrolyse d'ATP (ex: pompe Na⁺-K⁺ ATPase).

• Transport actif secondaire : Indirect, dépend d'un transport actif primaire qui a crééun gradient (ex: transport du glucose via cotransport Na⁺/Glucose SGLT).

Exemples de substances réabsorbées activement : sodium (via pompe Na⁺/K⁺ ATPase), glucose, acides aminés, vitamines (souvent via cotransport avec Na⁺).

En cas de dépassement de la capacité maximale de réabsorption (T_m), comme pour le glucose, cela entraîne une glycosurie.

B. Réabsorption Passive

L'eau etcertains ions sont réabsorbés passivement :

1. Transport actif du Na⁺ crée un gradient électrique transépithélial.

2. Attraction des anions par ce gradient.

3. L'eau suit les solutés réabsorbés parosmose.

4. Augmentation de la concentration des solutés dans le tubule, conduisant à une réabsorption passive par simple diffusion (ex : K⁺, Ca²⁺).

La réabsorption de l'eau est obligatoire lorsque la membrane tubulaire estperméable à l'eau, et elle suit le sodium.

C. Substances Non Réabsorbées

Les déchets ne sont généralement pas réabsorbés car ils n'ont pas de transporteurs protéiques, sont trop volumineux, ou non liposolubles (ex :déchets métaboliques, xénobiotiques).

D. Réabsorption Différente Selon les Segments Tubulaires

1. Réabsorption de Masse dans le Tubule Contourné Proximal (TCP)

• Représente la partie la plus active du néphron avecune "bordure en brosse" et de nombreux transporteurs.

• Elle est de masse et obligatoire, sans régulation hormonale.

• 99% du filtrat est réabsorbé, majoritairement dans le TCP.

2. Réabsorption Régulée dans le Tube Collecteur (TC)

Cette réabsorption est facultative et régulée hormonalement.

a. Cellules Principales

• Homéostasie du Na⁺, du K⁺ et de l'eau.

• Réabsorption de Na⁺.

• Sécrétion de K⁺.

• Réabsorption d'eau en présence d'ADH.

b. Aldostérone

• Hormone minéralocorticoïde sécrétée par la corticosurrénale.

• Permet la réabsorption du sodium (et de l'eau) et la sécrétion de K⁺ dans le TC.

• Joue un rôle clédans le maintien de la volémie et de la pression artérielle.

• Stimule la synthèse de canaux Na⁺, K⁺ et de pompes Na⁺/K⁺ ATPase.

• Sa sécrétion est stimulée par l'angiotensine II, une faible concentration plasmatique de Na⁺ ou une forte concentration plasmatique de K⁺.

c. Hormone Antidiurétique (ADH) ou Vasopressine

• Neurohormone produite par l'hypothalamus et libérée par la neurohypophyse.

• Son action antidiurétique se fait par la réabsorption d'eau au niveau du tube collecteur.

• Elle permet l'insertion de canaux hydriques (aquaporines) dans la membrane apicale des cellules du TC, augmentant la réabsorption d'eau.

• Sa sécrétion est stimulée par une augmentation de l'osmolarité plasmatique (déshydratation) ou par l'angiotensine II (suite à une diminution de la PA).

En résumé de la réabsorption :

• Transfert de solutés et d'eau du filtrat vers le sang.

• Majorité du filtrat réabsorbée (sauf les déchets), réabsorption sélective.

• Le moteur de la réabsorption est le sodium (transport actif par pompe Na⁺/K⁺ ATPase, cotransport Na⁺/glucose, acides aminés, vitamines).

• Réabsorption passive de l'eau par osmose et d'ions (Cl^-, K⁺, Ca²⁺, etc.).

• Lessegments du tubule ont des caractéristiques de réabsorption différentes :

  • TCP : Réabsorption de masse et obligatoire (sans régulation hormonale).

  • TC : Réabsorption de sodium en présence d'aldostérone et d'eau en présence d'ADH.

IV- Sécrétion Tubulaire

La sécrétion tubulaire est le passage de substances des capillaires péritubulaires vers la lumière du tubule.

• Elle permet d'augmenter l'excrétion d'une substance par rapport à la filtration seule.

• Substances concernées :

  • K⁺ et H⁺.

  • Déchets métaboliques (ex : urée).

  • Messagers cellulaires.

  • Xénobiotiques (majorité des médicaments liposolubles etliés aux protéines).

• La sécrétion de K⁺ est régulée par l'aldostérone et l'hyperkaliémie.

A. Régulation de l'Équilibre Acido-Basique par les Reins

LepH plasmatique (sang artériel) est normalement compris entre 7,38 et 7,42.

• Les reins régulent le pH sanguin :

  • En sécrétant ou en réabsorbant des H⁺.

  • En sécrétant ou enréabsorbant des HCO₃^-.

• En cas d'augmentation de la [H⁺] dans le plasma (acidose), les reins vont sécréter et excréter des H⁺ et réabsorber du HCO₃^-.

• En cas de diminution de la [H⁺] dans le plasma (alcalose), les reins vont réduire la sécrétion d'H⁺ et excréter du HCO₃^-.

V- Rôle du Rein dans la Régulationde la Pression Artérielle

A. Barorécepteurs Rénaux

• Les cellules juxtaglomérulaires agissent comme barorécepteurs rénaux.

• Elles détectent une diminution de la pression artérielle (PA) dans l'artériole afférente.

• Cette détection entraîne la sécrétion de rénine.

B. Système Rénine-Angiotensine-Aldostérone (SRAA)

1. La rénine convertit l'angiotensinogène (produit par le foie) en Angiotensine I.

2. L'Enzyme de Conversion de l'Angiotensine (ECA), principalement pulmonaire, convertit l'Angiotensine I en Angiotensine II.

3. L'Angiotensine II est un puissant vasoconstricteur et agit sur plusieurs niveaux pour augmenter la PA :

   • Vasoconstriction : Augmentation de la résistance périphérique.

   • Stimulation de la sécrétion d'aldostéronepar le cortex surrénal : Augmente la réabsorption de sodium et d'eau par les reins, et la sécrétion de K⁺.

   • Stimulation de la libération d'ADH par la neurohypophyse : Augmente la réabsorption d'eau par les reins.

   • Stimulation de la soif par l'hypothalamus : Augmente l'apport hydrique.

   • Réabsorption directe de Na⁺ au niveau tubulaire.

Tous ces effets cumulés conduisent à une rétention hydrosodée, une augmentation de la volémie et, in fine, une augmentation de la pression artérielle moyenne.

VI- Composition de l'Urine

• Diurèse (volume d'urine produit) : 1 à 2 litres parjour.

• Composants :

  • 95% d'eau.

  • Déchets : Urée, créatinine, acide urique, ammoniac, médicaments.

  • Ions : Na⁺, K⁺, Cl^-, H₂PO₄^-, Ca²⁺.

  • Pigments biliaires jaunes (produits de la dégradation de l'hémoglobine).