Anatomie et physiologie de la fonction rénale

La fonction rénale :

Cette partie est essentiellement un apport de contenu théorique.

« L’appareil urinaire comprend :

  • Les reins
  • Les uretères
  • La vessie
  • L’urètre » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 4)

Les reins :

« Les reins sont des organes jumelés […] situés au-dessus de la taille entre le péritoine et la paroi postérieure de l’abdomen, on dit qu’ils sont rétro péritonéaux. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 4). Ils se trouvent entre les vertèbres T12 et L3 chez l’adulte. Les reins sont protégés par les côtes, les muscles, le fascia rénal, la capsule adipeuse et la capsule fibreuse.

« Les reins sont constitués de deux parties, le parenchyme rénal, et le bassinet du rein. Le parenchyme se compose du cortex rénal et de la médullaire rénale. Le cortex est composé de corpuscules rénaux, de tubules contournés proximaux et distaux, de tubules collecteurs et de capillaires péri tubulaires. La médullaire rénale a la forme de pyramides – la base faisant face au cortex du rein et la pointe, au hile du rein. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 4). Les pyramides rénales se déversent dans de petits calices (calices mineurs), qui à leurs tours, se vident dans trois calices principaux (calices majeurs), lesquels se vident directement dans le bassinet. (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 4).

« Le hile est la partie concave du rein dans laquelle entre l’artère rénale et d’où sortent la veine rénale et l’uretère. L’artère rénale provenant de l’aorte abdominale se divise en vaisseaux de plus en plus petits pour finir en artérioles afférentes. Ces dernières se ramifient pour former le glomérule, le lit capillaire qui assure la filtration glomérulaire. Le sang quitte le glomérule par les artérioles efférentes et traverse un réseau de capillaires et de veines avant d’atteindre la veine cave inférieure. » (Smeltzer & Brenda, 2006, pp. 4-5)

« Chaque rein contient environ 1 million d’unités fonctionnelles appelés néphrons. Les reins sont indépendants l’un de l’autre : si l’un est lésé ou ne fonctionne plus, l’autre peut tout de même fonctionner normalement. Le néphron est constitué d’un glomérule, d’artérioles afférentes et efférentes, de la capsule glomérulaire de Bowman, du tubule contourné proximal, de l’anse du néphron (de Henlé), du tubule contourné distal et de tubules collecteurs. […] Le glomérule et la capsule de Bowman forment ensemble le corpuscule rénal. Les tubules collecteurs convergent vers le sommet des pyramides, appelés papille rénale, et se déversent dans les petits calices, lesquels à leur tour débouchent dans les calices majeurs […]. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 5).

« Il existe deux catégories distinctes de néphrons : les néphrons corticaux, situés haut dans le cortex rénal, et les néphrons juxtamédullaires, contigus à la médullaire rénale. Ces derniers se caractérisent par leur longue boucle capillaire, qui plongent dans la médullaire rénale. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 5).

« Le corpuscule rénal est constitué de trois membranes filtrantes : l’endothélium, la membrane basale et l’épithélium. La membrane de filtration permet normalement le passage des liquides et des petites molécules, tout en limitant celui des cellules sanguines, et des molécules plus grosses, telle que l’albumine. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 5)

(Canon, Physiologie des systèmes intégrés, les principes et fonctions – vue générale du rein, 2017)

(Canon, Physiologie des systèmes intégrés, les principes et fonctions – relation entre système tubulaire des néphrons et vaisseaux sanguins, 2017)

Les uretères, la vessie, l’urètre :

« L’urine se forme à l’intérieur des néphrons et coule dans l’uretère. Chaque rein est relié à la vessie par un uretère, un tube fibromusculaire long et étroit […]. L’uretère prend naissance dans la partie inférieure du bassinet du rein, et se termine dans le trigone vésical. » (Smeltzer & Brenda, 2006, pp. 5-6).

« L’angle de la jonction urétérovésicale permet le mouvement antérograde, ou descendant de l’urine, […] et empêche le reflux vésico-urétéral, c’est-à-dire un mouvement rétrograde ou inverse de l’urine contenue dans la vessie, vers les uretères, en direction des reins. Pendant la miction, la jonction urétérovésicale reste fermée sous l’effet d’une pression intra vésicale accrue, ce qui force l’urine à rester dans les uretères. Dès que la miction est terminée. La pression intravésicale revient à la normale et l’écoulement urinaire reprend. La vessie n’est donc complètement vide que pendant les dernières secondes de la miction. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 6).

« La vessie est une cavité musculaire […]. Chez l’enfant, la vessie se situe dans l’abdomen. Au cours de l’adolescence et de l’âge adulte, elle prend sa place dans le bassin. La vessie se caractérise par sa cavité centrale, appelé le trigone vésical, à laquelle sont rattachés deux orifices d’arrivée (ostiums des uretères) et un orifice de sortie (ostium interne de l’urètre), entouré du col vésical. La paroi de la vessie se divise en trois couches. La couche externe, constituée de tissus conjonctif, se nomme l’adventice. Immédiatement sous l’adventice, on trouve un muscle lisse appelé le détrusor. Vient ensuite la muqueuse, formée d’une couche de tissu conjonctif, sur laquelle repose l’urothélium. Ce dernier, qui tapisse l’intérieur de la vessie, est constitué d’épithélium transitionnel et a la particularité d’être imperméable à l’eau, c’est-à-dire qu’il empêche la réabsorption de l’urine vésicale. Le col vésical est constitué d’un ensemble de muscles lisses qui forment le sphincter interne. Le sphincter externe de l’urètre, quant à lui, est le muscle volontaire le plus éloigné de la vessie. L’urètre pars de la base de la vessie. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 6).

(Richard, 2017)

Physiologie de la fonction rénale :

Le rein a de nombreuses fonctions, qui ne concernent pas seulement la formation de l’urine :

«

  • Formation de l’urine
  • Excrétions des déchets métaboliques
  • Régulation des électrolytes
  • Régulation de l’équilibre acidobasique
  • Régulation de l’équilibre hydrique
  • Régulation de la pression artérielle
  • Clairance rénale
  • Régulation de la production de globules rouges
  • Synthèse de la vitamine D vers sa forme active
  • Sécrétion de prostaglandine

» (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 6).

En voici les résumés :

Formation de l’urine :

« L’urine se forme dans les néphrons par un processus complexe comportant trois étapes : la filtration glomérulaire, la réabsorption tubulaire et la sécrétion tubulaire. […] Le sodium, le chlorure, le bicarbonate, le potassium, le glucose, l’urée, la créatinine et l’acide urique font partie des substances qui sont normalement filtrée par les glomérules. Dans les tubules, certaines de ces substances sont réabsorbées de façon sélective par le sang. Elles peuvent être sécrétées de nouveau par le sang alors qu’elles circulent dans les tubules. Certaines substances comme le glucose, sont complètement réabsorbées et sont normalement absentes de l’urine. Les acides aminés et le glucose sont généralement filtrés dans le glomérule et réabsorbés. Cependant, il peut arriver que du glucose soit présent dans l’urine (glycosurie) si le taux de glucose dans le sang, et dans l’urine primitive, excède la capacité de réabsorption des tubules. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 6). La valeur seuil serait une glycémie de 11mmol/L.

« En général, les molécules protéiques ne se retrouvent pas non plus dans les urines. Cependant, des protéines de faible poids moléculaire (les globulines et l’albumine) peuvent périodiquement être excrétés en petites quantités. Une protéinurie passagère inférieure à 150mg par 24h est considérée comme normale et n’exige pas d’examens supplémentaire. En revanche, une protéinurie persistante indique habituellement des lésions des glomérules. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 6).

  1. « Filtration glomérulaire : La circulation sanguine normale dans les reins est d’environ 1200ml/min. La filtration se produit lorsque le sang provenant d’une artériole afférente atteint le glomérule. Ensuite, le liquide filtré, aussi appelé filtrat ou ultrafiltrat, pénètre dans les tubules. Dans des conditions normales, environ 20% du sang qui entre dans les glomérules passe par filtration dans les néphrons, ce qui représente environ 180L de filtrat par jour. Le filtrat est normalement composé d’eau, d’électrolytes et de molécules de petites tailles : en effet, seules l’eau et les molécules de petites tailles peuvent franchir la membrane de filtration, alors que les molécules les plus grosses restant dans la circulation sanguine. La filtration est efficace si la circulation sanguine maintient une pression adéquate et constante dans le glomérule. De nombreux facteurs peuvent modifier la pression et la circulation sanguine, notamment l’hypotension artérielle, la diminution de la pression oncotique dans le sang et l’augmentation de la pression dans les tubules due à une obstruction. » (Smeltzer & Brenda, 2006, pp. 6-7).
  2. « Réabsorption tubulaire et sécrétion tubulaire : la deuxième et la troisième étape de la formation de l’urine ont lieux dans les tubules rénaux. Au cours de la réabsorption tubulaire, une substance se dégage du filtrat pour retourner dans le capillaire péritubulaires ou les vasa recta. Au cours de la sécrétion tubulaire, une substance quitte les capillaires péritubulaires ou les vasa recta pour entrer dans le filtrat tubulaire. Sur les 180L produit chaque jour par les reins, 99% sont réabsorbés et retournent dans la circulation sanguine, ce qui donne 1000 à 1500mL d’urines par jour. Même si la plus grande partie de la réabsorption se fait dans le tubule contourné proximal, elle se produit dans le tubule en entier. La réabsorption et la sécrétion dans le tubule peuvent se faire par transport passif, mais elles supposent souvent un transport actif et peuvent dès lors exiger une certaine quantité d’énergie. La concentration du filtrat se fait dans le tubule contourné distal et les tubules collecteurs sous l’influence de l’hormone anti diurétique (ADH), ce qui produit l’urine [,,,].- (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 7).
Substances filtrées par les glomérules/jour Substances réabsorbées par le sang au niveau des tubules/jour Substances excrétées dans l’urine/jour
Eau 180L 178.5L 1.5L
Sodium 25’185mmol 25’000mmol 174mmol
Chlorure 18’000mmol 17850mmol 175mmol
Bicarbonate 4500mmol 4500mmol 2mmol
Potassium 770mmol 720mmol 50mmol
Glucose 900mmol 900mmol 0mmol
Urée 900mmol 480mmol 450mmol
Créatinine 14mmol 0mmol 14mmol
Acide urique 50mmol 45mmol 5mmol

Excrétion des déchets métaboliques :

« Le rein est le principal organe excréteur de l’organisme et il élimine les déchets d’origines métaboliques. Le plus important déchet du métabolisme est l’urée. […] La créatinine, les phosphates et les sulfates sont d’autres déchets métaboliques qui doivent être excrétés. L’acide urique, déchet métabolique de la purine[1], est aussi éliminé dans l’urine. Les reins sont le premier mécanisme d’excrétion des métabolites et des médicaments. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 7).

Régulation de l’excrétion des électrolytes :

« Lorsque les reins fonctionnent normalement, la quantité d’électrolytes excrétés par jour est parfaitement égale à la quantité d’électrolytes ingérés. […]

  • Sodium : Au moment de l’élimination urinaire, plus de 99% de l’eau et du sodium filtrés dans les glomérules ont déjà été réabsorbés dans le sang. Le sodium est réabsorbé avec l’eau du filtrat, ce qui maintient l’équilibre osmotique. En régulant la réabsorption du sodium, (et, par conséquent, de l’eau), le rein assure le maintien de l’équilibre du volume hydrique. Une excrétion de sodium supérieure à la quantité de sodium ingérée provoque la déshydratation, alors qu’une excrétion de sodium inférieure à la quantité ingérée provoque une rétention hydrique.

La régulation de l’élimination sodée est assurée par l’aldostérone, une hormone synthétisée et sécrétée par la glande surrénale. Cette hormone favorise la réabsorption du sodium par les reins. Une hypersécrétion de l’aldostérone dans le sang réduit donc la quantité de sodium excrétée dans les urines. La sécrétion de l’aldostérone par la glande surrénale dépend en grande partie de l’angiotensine II. Les taux d’angiotensine II dépendent eux-mêmes de la rénine, une enzyme élaborée par des cellules rénales spécialisées. Ce mécanisme complexe est amorcé lorsque la pression dans les artérioles rénale descend sous la valeur normale, ce qui se produit en cas de choc, de déshydratation ou de diminution de l’apport en chlorure de sodium aux tubules. Ce mécanisme entraine une augmentation de la rétention hydrique et un accroissement du volume liquide intravasculaire.

  • Potassium : le potassium est l’ion intracellulaire qu’on retrouve dans les quantités les plus importantes, 98% du potassium présent dans le corps humain étant concentré dans les cellules. Les reins excrètent plus de 90% de l’apport quotidien en potassium, ce qui permet de maintenir l’équilibre du taux de potassium dans le corps. Plusieurs facteurs peuvent influer sur la déperdition potassique par les reins. L’aldostérone permet aux reins d’excréter le potassium, alors qu’elle favorise la réabsorption du sodium. La quantité de potassium sécrétée dans l’urine est également influencée par l’équilibre acidobasique, la valeur de l’apport alimentaire en potassium et le taux d’écoulement du filtrat dans le tubule contourné distal. La rétention de potassium constitue la complication la plus grave de l’insuffisance rénale. » (Smeltzer & Brenda, 2006, pp. 7-8).

Régulation de l’excrétion des acides :

« La […] dégradation des lipides et des protéines donne naissance à des composés acides, notamment l’acide phosphorique et l’acide sulfurique. De plus, une certaine quantité de substances acides est ingérée chaque jour. Contrairement au gaz carbonique […] ces acides ne sont pas volatils, et ne peuvent donc pas être éliminés par les poumons. Ils doivent être excrétés par les urines parce que leur accumulation dans le sang abaisserait le pH […] et inhiberait le fonctionnement cellulaire. Des reins en bonne santé sont en mesure d’excréter une partie de ces acides directement dans l’urine, jusqu’à ce que le pH de celle-ci atteigne 4.5, soit un taux d’acidité 1000fois supérieur à celui du plasma. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 8).

« L’organisme doit généralement éliminer plus d’acide que ce que les reins peuvent excréter directement dans les urines sous forme d’acides libres. Les acides excédentaires sont liés à des tampons chimiques, ce qui permet de les excréter dans les urines. […] Le tamponnage permet aux reins d’excréter d’importantes quantités d’acides non dissociés sans réduire davantage le pH de l’urine. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 8)

Régulation de l’élimination hydrique :

« La régulation de l’élimination hydrique est une autre fonction importante du rein. Lorsque l’apport liquidien augmente, une grande quantité d’urine diluée est excrétée. Inversement, lorsque l’apport liquidien diminue, une quantité d’urine concentrée est excrétée. » (Smeltzer & Brenda, 2006, pp. 8-9).

« L’osmolalité correspond à la quantité de particules (électrolytes et autres molécules) dissoutes par kilogramme d’urine. Le filtrat des capillaires glomérulaires possède normalement la même osmolalité que le sang, soit environ 300mmol/kg. Quand le filtrat traverse les tubules, son osmolalité monte et descend selon sa position dans l’anse de Henlé, le tubule contourné distale et le tubule collecteur. Elle peut varier de 100 à 1200mmol/kg, ces valeurs correspondant à la capacité maximale de dilution et de concentration du rein. En cas de déshydratation ou de rétention d’eau, une quantité d’eau moins important est excrétée, et les urines contiennent donc proportionnellement plus de particules. L’urine apparaît alors plus concentrée, et son osmolalité est élevée. Inversement, si une grande quantité d’eau est excrétée, les particules sont dispersées dans le liquide. L’urine apparaît diluée, et son osmolalité est faible. Certaines substances comme le glucose ou les protéines peuvent modifier le volume d’eau excrété : elles sont osmotiquement actives. Lorsqu’elles sont filtrées, ces substances entraînent l’eau à travers le glomérule et les tubules, augmentant ainsi le volume des urines. A la suite d’une restriction liquidienne de 12 heures, l’osmolalité de l’urine est comprise entre 500 et 850mmol/kg. L’éventail des valeurs normales étant larges, il n’est intéressant de mesurer l’osmolalité de l’urine que si on a des doutes sur la capacité de dilution et de concentration du rein. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 9).

« La densité permet de mesurer la capacité du rein de concentrer l’urine. Le poids des urines (poids des particules et de l’eau) est comparé au poids de l’eau distillée, dont la densité est de 1,000. La densité normale de l’urine oscille entre 1,010 et 1,025 lorsque l’apport liquidien est normal. Certains facteurs tels que les substances de contraste, le glucose et les protéines peuvent fausser la lecture de la densité de l’urine. En outre, les résultats peuvent être faussement élevés lorsqu’on utilise un échantillon d’urine froid. […] Le degré d’hydratation modifie considérablement la densité de l’urine. Quand l’apport liquidien diminue, la densité augmente ; quand l’apport liquidien augmente, la densité diminue. En revanche, la densité de l’urine ne varie pas en fonction de l’apport liquidien chez les personnes atteintes d’une néphropathie. Dans ce cas, elle est dite fixe. Certaines affections, comme le diabète insipide, la glomérulonéphrite ou une lésion grave du rein peuvent être la cause d’une faible densité de l’urine. D’autres affections, comme le diabète, une néphropathie ou une perte liquidienne excessive peuvent causer une augmentation de la densité de l’urine. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 9).

« L’hormone anti diurétique (ADH, ou vasopressine) assure la régulation de l’excrétion hydrique et de la concentration de l’urine dans le tubule en faisant varier la quantité d’eau réabsorbée. L’ADH est une hormone sécrétée par le lobe antérieur de l’hypophyse en réponse aux fluctuations de l’osmolalité sanguine. Lorsque l’apport liquidien diminue, l’osmolalité sanguine augmente, ce qui stimule la libération de l’ADH. Le rein réagit alors en suscitant une réabsorption accrue d’eau, ce qui rétablit l’osmolalité sanguine normale. Lorsque l’apport liquidien augmente, la libération d’ADH par l’hypophyse est inhibée, ce qui réduit la réabsorption d’eau par le tubule rénal et entraîne une augmentation du volume urinaire (diurèse).

Lorsque l’urine dilué a une densité constante voisine de 1,010 ou une osmolalité constante voisine de 300 mmol/kg, c’est le signe d’une perte de capacité de concentration et de dilution des urines, souvent une des premières manifestations de néphropathie. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 9)

Autorégulation de la pression artérielle :

« La régulation de la pression artérielle constitue une autre fonction du rein. Des vaisseaux spécialisés du rein, appelé vasa recta, surveillent continuellement la pression artérielle quand le sang arrive dans le rein. Lorsque les vasa recta décèlent une diminution de la pression artérielle, les cellules de l’appareil juxta-glomérulaire […] sécrètent une hormone, la rénine, qui transforme l’angiotensinogène en angiotensine I, laquelle est convertie à son tour en angiotensine II, l’agent vasoconstricteur le plus puissant qu’on connaisse. La vasoconstriction entraine une augmentation de la pression artérielle. Le cortex surrénal sécrète l’aldostérone en réponse à une stimulation de l’hypophyse, qui réagit elle-même à une mauvaise irrigation sanguine ou à une augmentation de l’osmolalité sérique. Il en résulte une augmentation de la pression artérielle, ce qui met fin à la sécrétion de rénine. La défaillance de ce mécanisme de rétroaction est l’une des principales causes de l’hypertension artérielle. » (Smeltzer & Brenda, 2006, p. 9).

La clairance rénale :

« La clairance rénale permet de déterminer le coefficient d’épuration plasmatique rénale. On commence par effectuer un prélèvement d’urine de 24 heures afin d’évaluer la capacité d’excrétion du rein. La clairance dépend de plusieurs facteurs : la vitesse de filtration glomérulaire, la capacité de réabsorption des tubules et la quantité de substances sécrétées dans les tubules. Il est possible de déterminer la clairance rénale pour n’importe quel composé, mais la méthode s’est révélé particulièrement utile avec la créatine.

La créatine est un déchet endogène issu des muscles squelettiques. Elle est filtrée dans le glomérule, traverse les tubules où elle n’est à peu près pas réabsorbée et est excrétée dans les urines. Ainsi, la clearance de la créatinine permet d’évaluer le débit de filtration glomérulaire. (DFG). Pour obtenir la clairance de la créatinine, on recueil les urines de 24 heures. On mesure le taux de créatinine sérique à la moitié du prélèvement. La clairance de la créatinine est donnée par la formule suivante :

Volume urinaire (mlmin)*créatinine urinaire (mgml)créatinine sérique (mgml)

Chez un adulte en bonne santé, le DFG est compris entre 1,17 et 2,17ml/s (ou entre 70 et 126ml/min). La clairance de la créatinine permet donc d’évaluer de façon efficace la fonction rénale ; si la fonction rénale décroit, la clairance de la créatinine diminue. » (Smeltzer & Brenda, 2006, pp. 9-10)

Je ne reviendrais pas sur les dernières fonction du système rénale, à savoir la régulation de la production de globule rouge, la synthèse de la vitamine D, la sécrétions des prostaglandines, le stockage et l’évacuation de l’urine.

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