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Physiologie des régulations (2)
alain.hamon@univ-
angers.fr
L2 Sciences de la vie et géosciences semestre 4
La régulation de l’équilibre hydrique
Bilan journalier de l’eau
L’égalité des gains et des pertes n’est pas un hasard, elle résulte de régulations. Les
pertes sont régulées au niveau rénal et les gains par l’ingestion d’eau liée à la
sensation de soif.
boissons
aliments
métabolisme
urine
évaporation pulmonaire et cutanée
sueurexcréments
GAINS PERTES
Notions de base sur la structure et le fonctionnement
des reins
Chaque rein humain est composé d’environ un million de tubes, les néphrons. Le
néphron constitue l’unité structurale et fonctionnelle du rein.
vessie
urètre
uretère
reinglande surrénale
veine cave inf.aorte
artère rénale hile
veine rénale
bassinet
néphron
pyramide rénale
cortex
médulla
uretère
artère rénale
veine rénale
cortex
médulla
canal collecteur
anse de Henlé
glomérule
tube contourné proximal
tube contourné distal
capsule de Bowman
les néphrons peuvent atteindre 5 cm de long mais leur diamètre maximal n’est que
de 50 à 60 µm car leur paroi est constituée d’une seule couche de cellules.
canal collecteur en coupe transversale
lumière tubulair
e
Notions de base sur la structure et le fonctionnement
des reins
La partie initiale du néphron (capsule de
Bowman) est accolée à un réseau de
capillaires sanguins (le glomérule). Ce
dispositif permet la formation de l’urine
primitive par ultrafiltration du plasma ( 180
litres par 24h ! ).
Au cours de sa progression dans le tubule,
l’urine primitive est modifiée par
réabsorption et sécrétion. En conséquence,
l’urine excrétée est très différente de l’urine
primitive et du plasma.
vaisseau afférent
vaisseau efférent
1 ultrafiltration
2 réabsorption 3 sécrétion
excrétion
néphron
G C
Notions de base sur la structure et le fonctionnement
des reins
La filtration glomérulaire
glomérule
La filtration glomérulaire
Le feuillet interne de la capsule de Bowman est formé de podocytes dont les
pédicelles recouvrent les capillaires glomérulaires.
T C P
podocyte
filtrat glomérulaire
feuillet externe de la capsule
capillaire glomérulaireartériole
afférente
artériole efférente
lumière de la capsule de Bowman
capillaire
fenestré
M B
La filtration glomérulaire
Les petites molécules du plasma diffusent vers la capsule de Bowman en passant par
les "fenêtres" des capillaires, puis en traversant la membrane basale (MB) et les
fentes de filtration reliant la base des pédicelles des podocytes.
hématie
fente de filtration
pédicelle
La filtration glomérulaire
1 2 3
Trois forces sont impliquées dans la
filtration :
1 = la pression hydrostatique glomérulaire,
liée au pompage cardiaque (45 mm Hg
environ)
2 = la pression hydrostatique capsulaire (10
mm Hg)
3 = la pression oncotique du plasma, liée
aux protéines plasmatiques (25 mm Hg)
Bilan : pression de filtration = 45 – (25 +
10) = 10 mm Hg.
Environ 170 l de plasma sont filtrés par les
deux reins en 24h.
La réabsorption tubulaire
concentration plasmatique
(g/l)
qqté filtrée en 24h
qqté excrétée en 24h
qqté réabsorbée en
24h
eau 170 l 1,5 l 168,5 l
glucose 1 calcul ? 0 calcul ?
Na+ 3,30 calcul ? 5 g calcul ?
Cl- 3,65 620 g 9 g 611 g
urée 0,30 51 g 30 g 21 g
Les substances précieuses comme le glucose sont totalement réabsorbées
L’eau et les ions sont fortement réabsorbés
Les déchets du métabolisme comme l’urée sont plus faiblement réabsorbés
Du fait de cette réabsorption différentielle, la composition de l’urine définitive est
très différente de celle du plasma.
Les échanges d’eau le long du néphron : la réabsorption
obligatoire
100
80
60
40
20
0
TCP anse de
Henlé
TCD
réabsorption obligatoire
eau non réabsorbée/eau filtrée (en %)
Près de 80% de l’eau filtrée est
réabsorbée dans le TCP et la
première moitié de l’anse de Henlé
(branche descendante)
Les échanges d’eau le long du néphron : la réabsorption
obligatoire
Na+ Glu Na+ H+
Na+ K+
ATP ADP
lumière tubulaire
H2O
capillaire péritubulaire
pôle apical avec microvillosités
Le pôle basal est riche en
mitochondries qui fournissent l’ATP
nécessaire à la pompe Na/K
Les échanges d’eau le long du néphron : la réabsorption
facultative
100
80
60
40
20
0
TCP anse de
Henlé
TCD canal collecteur
individu déshydraté
individu bien
hydraté
réabsorption obligatoire
réabsorption facultative
Les échanges d’eau le long du néphron : la réabsorption
facultative
1 2 3 4 5
1 = eau 2 et 4 = urine de sujets
déshydratés 3 =
urine de sujet en surcharge hydrique
Bilan des échanges d’eau le long du néphron
Le TCP et la branche descendante de l’anse de Henlé sont perméables à l’eau de
façon permanente. La branche ascendante de l’anse de Henlé et le TCD sont
imperméables à l’eau. La perméabilité à l’eau du canal collecteur dépend de l’état
d’hydratation de l’organisme.
surcharge hydrique déshydratation
eau
Un trouble de l’équilibre hydrique : le diabète insipide
Le diabète insipide se caractérise par
une polydipsie (soif intense) et une
polyurie (excrétion de 5 à 2O litres
d’urine très diluée par jour).
Ces symptômes rappellent ceux du
diabète sucré, mais dans le diabète
insipide, l’urine ne contient pas de
sucre.
Les symptômes de la maladie peuvent
être reproduits chez l’animal par
l’ablation de l’hypophyse postérieure ou
des lésions localisées de
l’hypothalamus.
L’ADH
ocytocine
humaine
ADH (vasopressine)
humaine
débit urinaire (ml/min)
4
2
3
1
00 20 40 60 80 min
On fait ingérer à un chien 0,5 l d’eau, ce
qui crée une surcharge hydrique. Une
heure après (t=0), on commence à
suivre le débit urinaire à l’aide d’une
sonde vésicale.
Origine de l’ADH
hypophyse postérieure
= neurohypophysehypophyse postérieure
= neurohypophyse
noyau supra-optique
(NSO)
noyau paraventriculaire
(NPV) HYPOTHALAMUS
chiasma optique
axones des
neurones à
ADH
Neurones à ADH
Les neurones à ADH sont qualifiés de
neurones magnocellulaires à cause de
la grande taille de leur soma.
Terminaisons de neurones à ADH dans
la neurohypophyse, au contact d’un
capillaire sanguin.
globule rouge
paroi capillaire
terminaison nerveuse
neurone magnocellulaire
De la synthèse à la libération de l’ADH
Synthèse (NSO et NPV)
Migration axonale (vésicules)
Stockage des vésicules
Ca++
Potentiels d’action
1
2
A neurone
B cellule neurosécrétrice
C cellule endocrine
capillaire
cellule postsynaptique
Ca++
Ca++
Ca++
Notion de cellule neurosécrétrice et de neurosécrétion
La libération des neurohormones,
des hormones et des
neurotransmetteurs fait appel à
des mécanismes voisins (ouverture
de canaux calciques et exocytose à
partir de vésicules).
Les neurohormones ne sont pas
libérées au contact d’une cellule
cible postsynaptique, mais dans le
sang.
Mécanismes d’action de l’ADH sur ses cellules cibles
L’ADH fait apparaître des amas de particules dans la membrane apicale des cellules
épithéliales de la vessie de grenouille (organe au même rôle que le canal collecteur
des mammifères) . Ces particules sont des canaux hydriques ou aquaporines.
En l’absence d’ADH En présence d’ADH
Mécanismes d’action de l’ADH sur ses cellules cibles
Immunodétection de l’aquaporine 2 (AQP2) dans les cellules du canal collecteur : le
canal est visible dans la membrane apicale des cellules, mais pas dans la membrane
basale.
Mécanismes d’action de l’ADH sur ses cellules cibles
immunodétection de l’AQP 2 sur des coupes transversales de canaux collecteurs
(partie apicale des cellules épithéliales). A : en l’absence de traitement préalable par
l’ADH. B : incubation préalable en présence d’ADH.
A B
sang
lymphe
ATP
AMPc
AMP
PKA
AC
PDE
protéines
phosphorylées
récepteurADH
AQP2
AQP4AQP3
lumière
H2O H2O H2O
Mécanismes d’action de l’ADH sur ses cellules cibles
Régulation de la sécrétion d’ADH
La transpiration induit une déshydratation
de l’organisme qui se traduit par :
- une hémoconcentration (augmentation de
l’hématocrite et de l’osmolarité
plasmatique)
- une hypovolémie (diminution du volume
sanguin)
Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli osmotiques
Une augmentation de l’osmolarité du plasma de 1% seulement suffit à augmenter la
sécrétion d’ADH ; les stimuli osmotiques sont donc très efficaces.
Ces résultats impliquent l’existence dans l’organisme de cellules osmoréceptrices.
Où sont-elles situées ?
[ADH] plasma (ng/l)
osmolalité du plasma
(mosmol/l)
adénohypophyse neurohypophyse
flux sanguin
ADH
Neurones à ADHorgane vasculaire de la lame terminale (OVLT)
Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli osmotiques
Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli osmotiques
Activité électrique d’un neurone magnocellulaire de rat en culture
60 mV
30 s
295325
265
Les neurones à ADH sont eux mêmes sensibles aux variations de l’osmolarité
extracellulaires comme le montre cet enregistrement.
Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli volumétriques
Activité électrique d’un neurone à ADH du NSO (in situ, chez le rat)
hémorragie
injection de sang
pression artérielle
Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli volumétriques
Une diminution du volume sanguin (cercles pleins) est moins efficace qu’une
augmentation d’osmolarité du plasma (cercles vides) pour augmenter la sécrétion
d’ADH.
Régulation de la sécrétion d’ADH : résumé