III. Les polykystoses rénales
3) Physiologie rénale
Le rein régule la composition du sang de façon à maintenir des concentrations en ions et en protéines compatibles avec le bon fonctionnement de l’organisme. Parallèlement, l’ajustement du volume d’eau influence directement la pression artérielle. Le rein participe ensuite à l’élimination des déchets métaboliques, parfois toxiques, pour empêcher leur accumulation dans l’organisme : urée issue des protéines, acide urique issu des acides nucléiques, créatinine issue de la créatine musculaire, etc. Cette fonction d’élimination s’applique également aux substances chimiques exogènes, tels que les médicaments ou les pesticides.
Le rein joue également une fonction endocrinienne puisqu’il sécrète plusieurs hormones : l’érythropoïétine qui stimule la croissance des globules rouges dans la moelle osseuse, et la rénine, premier intervenant du système rénine-angiotensine (SRA) qui régule la réabsorption de Na+ et contrôle la pression artérielle.
Enfin, le rein possède une activité métabolique en participant à l’activation de la vitamine D, indispensable à l’absorption intestinale du Ca2+.
a) La filtration glomérulaire
Chaque jour, environ 180 litres de filtrat glomérulaire sont produits par le corpuscule rénal. Le filtrat glomérulaire est composé des ions, des petites molécules organiques et d’une fraction de l’eau plasmatique du sang. Les éléments cellulaires et la
majorité des protéines du plasma sont retenus par la membrane de filtration, principalement selon leur poids moléculaire, avec une limite à 60 kDa. À ce phénomène s’ajoute la répulsion exercée par les glycoprotéines membranaires envers les protéines plasmatiques, toutes chargées négativement.
La filtration est possible grâce à la pression nette de filtration, qui correspond à la différence entre la pression hydrostatique glomérulaire, favorable à la filtration, et les pressions osmotique glomérulaire et hydrostatique capsulaire, s’opposant à cette filtration. En cas d’altération de l’intégrité de la membrane, les protéines peuvent passer dans le filtrat, provoquant une diminution, voire une inversion de la pression nette de filtration et donc l’arrêt de la filtration glomérulaire.
Le débit de filtration glomérulaire (DFG) correspond au volume de filtrat formé chaque minute par la totalité des glomérules rénaux. Chez l’adulte sain, il est de 90 mL/min/1,73 m². Il dépend de l’aire totale de filtration, de la perméabilité de la membrane et de la pression de filtration. Le calcul du DFG est un bon indicateur facile à suivre de l’état général du rein. Il peut être estimé par mesure de la clairance4 de la créatinine, une
substance totalement filtrée et non réabsorbée par les reins. Sa mesure est utilisée pour classer les différents stades d’évolution d’une maladie rénale chronique (Tableau 2).
Tableau 2 – Classification des stades d’évolution de la maladie rénale chronique. (Haute Autorité de Santé 2012)
b) Réabsorption et sécrétion tubulaire
Dans le tubule rénal, une partie des éléments du filtrat glomérulaire sont immédiatement réabsorbés. C’est le cas de pratiquement tous les nutriments organiques (glucose, acides aminés). L’eau et les ions sont en revanche réabsorbés en fonction des besoins de l’organisme.
La réabsorptionest un mécanisme de transport sélectif des molécules de la lumière du tubule vers la circulation, par voie transcellulaire ou par voie paracellulaire. Selon les substances, la réabsorption peut être active ou passive. La majorité des transports actifs est
4 La clairance est la capacité d’un organe à éliminer un élément d’un fluide. Elle
couplée au transport actif de Na+ par la pompe sodium-potassium adénosine triphosphate-
dépendante (Na+/K+-ATPase) (Figure 13). Grand nombre de substances possèdent un
transporteur commun au Na+ dans la membrane apicale qui les déplace contre leur
gradient de concentration grâce à l'énergie générée par la pompe. La réabsorption passive déplace les solutés du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré, sans utilisation d’énergie, par osmose, diffusion et diffusion facilitée. Elle est la conséquence de la réabsorption obligatoire de l’eau due au fort gradient osmotique imposé par les déplacements de Na+ et autres solutés réabsorbés activement. Ce mouvement d’eau
modifie le gradient de concentration des solutés non réabsorbés précédemment et provoque leur diffusion vers la circulation sanguine.
Figure 13 – Transport actif couplé au Na+ dans le tubule rénal. (1) Transport actif primaire du Na+
par la pompe Na+/K+-ATPase. (2) Sortie du K+ dans le sens du gradient de concentration. (3)
Transport actif secondaire des solutés couplé à la réabsorption de Na+.
La sécrétion peut également être active ou passive. La sécrétion active se fait par des transporteurs spécifiques contre leur gradient de concentration des solutés concernés. Les ions sont principalement sécrétés passivement par des canaux perméables, comme c’est le cas du K+ dans le TCD et le TC suite à sa réabsorption active par la pompe Na+/K+-
ATPase.
La majeure partie de la réabsorption se déroule dans le TCP qui réabsorbe la totalité du glucose, des acides aminés, du lactate, des peptides filtrés et de l’urée. Il réabsorbe également60 à 70 % de l’eau, des ions Na+, K+, Ca2+ et Cl-, ainsi que 80 % du
HCO3- (Figure 14).
D’autre part, c’est dans les cellules pariétales du TCP qu’est produit le NH4+ à partir
du NH3 et des protons H+ avant d’être sécrétés. La branche descendante de l’anse de Henlé
est principalement une zone de transport passif d’eau et de quelques solutés. Sa branche ascendante est en revanche totalement imperméable à l’eau. C’est là que sont réabsorbés 15 % des ions Na+, Cl- et HCO3-, 30 % des ions Ca2+ et Mg2+ ainsi que 30 % du NH4+ sécrété
précédemment. Le TCD est en partie imperméable à l’eau. Il réabsorbe majoritaire les ions Na+, Cl-, Ca2+ et Mg2+ (Figure 14).
La paroi du TC, perméable à l’eau, est composée de deux types de cellules épithéliales aux rôles bien définis : les cellules intercalaires sont impliquées dans le maintien de l’équilibre acido-basique du sang grâce à des transporteurs actifs des ions H+ et
HCO3- sensibles au pH et les cellules principales participent à l’homéostasie de l’eau et du
Na+. La réabsorption de ces deux éléments est sous contrôle hormonal : la vasopressine
pour l’eau et l’aldostérone pour le Na+.
Les substances exogènes, comme les médicaments liés aux protéines, sont sécrétées majoritairement au niveau du TCP et dans le TC (Figure 14).
Figure 14 – Réabsorption et sécrétion tubulaire. Les ions subissent plusieurs mouvements entre réabsorption et sécrétions en fonction des différentes parties du néphron. L’eau est toujours réabsorbée tout au long du tubule, excepté dans la branche ascendante de Henlé dont la paroi est imperméable. Flèches roses : réabsorption ; flèches bleues : sécrétion ; flèches vertes : sens de circulation de l’urine. TCP : tube contourné proximal ; TCD : tube contourné distal
Description des cellules principales du tube collecteur
Dernière zone de transformation de l’urine pour acquérir sa composition et sa concentration définitive, le TC exerce ses fonctions grâce aux cellules intercalaires et aux cellules principales. Les différents dérèglements cellulaires mis en cause dans les PKR ont lieu au sein des cellules principales. Cette partie sera donc consacrée à la description de leur fonctionnement dans un contexte physiologique.