L’APPAREIL URINAIRE
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3 - L'appareil juxta-glomérulaire - schéma n°8
L'appareil juxtaglomérulaire se situe au pôle vasculaire du corpuscule rénal et comporte trois éléments :
- les cellules granuleuses de l'artériole afférente sont appelées aussi cellules myoépithélioïdes car elles remplacent les cellules musculaires de la média dans la partie terminale de l'artériole et prennent une forme de cellules plus ou moins cubiques; elles contiennent des granulations PAS et Bleu Alcian + : ce sont des grains de zymogène à l'origine de la rénine
- les cellules de la macula densa se situent dans la partie initiale du tube contourné distal qui vient s'accoler à l'artèriole afférente juxtaglomérulaire; le TCD réalise ensuite quelques boucles avant de se jeter dans le canal d'union; la macula densa est une plaque cellulaire qui se différencie, en regard de l'artériole afférente, du reste de la paroi du TCD par des cellules plus hautes et plus étroites au noyau arrondi ou ovalaire situé au pôle apical (ou luminal) du tube
- les cellules du lacis remplissent l'angle formé par l'artériole afférente et par l'artériole efférente; elles forment une sorte de spirale conique de cellules allongées au noyau ovalaire et sont considérées comme la prolongation des cellules mésangiales corpusculaires dont elles ont les propriétés contractiles et macrophagiques
la diapositive n°21 ( FG ) montre en plus des structures déja connues (TCP, TCD), les cellules granuleuses (cg) de l'artériole afférente (AA) et, dans le glomérule (GL), des coupes d'anses capillaires (ca) contenant des hématies colorées en rose pâle
la diapositive n°22 ( imm ) permet de mieux voir les cellules granuleuses (cg) et les noyaux des cellules endothéliales (ce) de l'artériole afférente (AA); l'espace périglomérulaire correspond à une partie de la chambre urinaire (CU) du corpuscule rénal
la diapositive n°23 ( FG ) permet d'observer la macula densa (md ) du tube contourné distal, les cellules du lacis (la); on voit d'autre part le pôle urinaire (PU) du corpuscule et le début du tube contourné proximal
la diapositive n°24 ( FG ) complète cette illustration avec la macula densa (md ), les cellules du lacis (la); la coupe ne passe pas par l'artériole afférente mais on note au pôle vasculaire (PV) le départ de l'artériole efférente (AE) qui décrit un coude dans le parenchyme cortical.
4 - La vascularisation rénale - schéma n°9
Les deux reins reçoivent environ 1,2 litre de sang par minute, ce qui représente le quart ou le cinquième du débit cardiaque.
. La circulation artérielle est de type centropériphérique; le sang arrive dans le rein au niveau du hile par l'artère rénale qui se divise aussitôt en deux branches; de chaque branche naissent les artères interlobaires qui montent dans les colonnes de Bertin, entre les pyramides de Malpighi jusqu'à la base de celles-ci; à ce niveau elles se divisent en artères arquées (ou arciformes) qui ont un trajet parallèle à la capsule rénale; des artères arquées se détachent de nombreuses artères interlobulaires* (ou radiées) qui parcourent la corticale entre les pyramides de Ferrein; chaque artère interlobulaire émet des branches en direction des corpuscules de Malpighi : ce sont les artérioles afférentes qui se résolvent en un réseau capillaire glomérulaire d'où émergent les artérioles efférentes, constituant de ce fait un système porte artériel; le devenir des artérioles efférentes dépend de la position des corpuscules rénaux dans le parenchyme cortical.
* les artères interlobulaires se terminent par des artérioles sous-capsulaires formant des réseaux capillaires récupérés par les veinules puis par les veines étoilées
. La circulation veineuse
- pour les corpuscules rénaux superficiels, les artérioles efférentes sont drainées* par les veinules corticales superficielles qui débouchent dans un réseau veineux sous-capsulaire, les veines étoilées
- pour les corpuscules du cortex moyen, les artérioles efférentes sont drainées par les veinules corticales profondes
- pour les corpuscules juxtamédullaires, les artérioles efférentes s'enfoncent dans la médullaire où elles forment avec les veinules correspondantes les vaisseaux droits ou vasa recta**.
* entre les artérioles et les veinules existe un important réseau capillaire péritubulaire
** la médullaire est irriguée uniquement par les vasa recta en contact étroit avec les anses de Henlé et les tubes collecteurs
Le trajet veineux est calqué sur le trajet artériel; les veines interlobulaires naissent des veines étoilées et ramènent le sang en direction centripète; elles drainent au passage les veinules corticales profondes; à la base des pyramides de Malpighi, elles se jettent dans les veines arquées qui reçoivent aussi le sang des veines droites de la médullaire; les veines arquées confluent dans les veines interlobaires qui rejoignent les deux branches de la veine rénale au niveau du hile.
5 - La formation de l'urine - schéma n°10
La formation de l'urine comporte des étapes mettant en cause les différents segments du tube urinaire; elle consiste d'une part en une filtration glomérulaire et d'autre part en une réabsorption et une sécrétion tubulaires.
a) La filtration glomérulaire s'effectue à travers le filtre (ou barrière glomérulaire) composé de trois éléments : (schéma n°11 )
- l'endothélium capillaire fenêtré c.à.d. percé de pores ou fenestrations rondes de 50 à 100 nanomètres de diamètre
- la membrane basale glomérulaire* particulièrement épaisse (240 à 340 nm) sécrétée à la fois par les podocytes et par les cellules endothéliales
- les processus mineurs des podocytes, appelés encore processus de 2ème ordre ou pédicelles; les espaces entre les pédicelles ont tous la même largeur (25 nm) et constituent les fentes de filtration recouvertes par un mince diaphragme (4nm d'épaisseur).
*en microscopie électronique, la membrane basale glomérulaire est formée de trois couches : la lamina rara interna contre l'endothélium, la lamina densa centrale et la lamina rara externa du coté podocytaire; les deux lamina rara sont chargées négativement et interviennent dans la filtration glomérulaire en repoussant les molécules chargées négativement (cations); cette stratification est peu visible chez l'homme adulte
L'intégrité des différentes formations du filtre glomérulaire est indispensable au bon fonctionnement du rein :
- des anomalies des cellules endothéliales (augmentation de taille et de nombre) provoquent des glomérulonéphrites endocapillaires aigües avec une hypertension, une hématurie (hématies dans les urines) et de l'oedème, réalisant un syndrome néphritique aigu; ces glomérulonéphrites touchent plus particulièrement l'enfant, à la suite d'une infection streptococcique, en général une angine
- des anomalies de la membrane basale provoquent des glomérulonéphrites extramembraneuses responsables de pathologies urinaires fréquentes caractérisées par une protéinurie (fuite protéique urinaire excessive) associée à une hypo-albuminémie et de l'oedème, l'association de ces trois symptomes réalisant le syndrome néphrotique : la membrane basale glomérulaire comprend une seule couche irrégulière 3 à 5 fois plus épaisse que la MB normale laissant passer néanmoins des protéines de poids moléculaire élevé; il semble que cet épaississement de la MB soit dû le plus souvent à des dépots de complexes immuns (mis en évidence par la microscopie électronique ou par des techniques immunohistochimiques)
- il existe aussi des glomérulonéphrites dues à des atypies podocytaires
La filtration glomérulaire est un phénomène passif qui aboutit, dans les conditions normales, à la formation dans la chambre corpusculaire (ou urinaire) d'un ultrafiltrat peu différent du plasma sanguin : il en diffère uniquement par l'absence de macromolécules dont le poids moléculaire est égal ou supérieur à 68000; l'hémoglobine libre (PM = 65000) traverse le filtre alors que l'albumine (PM = 68000) est arrêtée; les molécules qui sont coincées dans le filtre glomérulaire sont phagocytées soit par les cellules mésangiales soit par les podocytes.
C'est au niveau du glomérule que sont filtrés les déchets métaboliques, notamment les résidus azotés des protéines, des acides aminés et des nucléotides : urée (formée dans le foie), créatinine et acide urique*, et certains médicaments.
* l'acide urique provient du catabolisme des nucléotides; son taux urinaire est faible; cependant l'acide urique en excès dans l'urine entraine parfois la formation de petits calculs rénaux dans les canaux collecteurs(ou lithiase rénale) qui peuvent s'éliminer spontanément ou provoquer des coliques néphrétiques (les calculs devenus volumineux sont bloqués le plus souvent dans l'uretère), coliques qui se manifestent brutalement par des douleurs aiguës, spasmodiques, vite insupportables, localisées dans la région lombaire; d'autres calculs sont composés de calcium en excès; les calculs rénaux responsables de coliques néphrétiques nécessitent un traitement : actuellement on pratique le plus souvent une lithotripsie extracorporelle (ondes de choc qui pulvérisent les calculs) ou une intervention généralement endoscopique
L' appareil juxtaglomérulaire joue un rôle important dans la régulation de la pression sanguine artériolaire dont dépend le taux de filtration glomérulaire * (TFG) : toute baisse de pression est ressentie par les cellules granuleuses de l'artériole afférente (barorécepteurs) qui sécrètent alors une enzyme, la rénine; par ailleurs les cellules de la macula densa sont sensibles au débit urinaire de Na+ (chémorécepteurs) et envoient un message aux cellules granuleuses qui adaptent leur sécrétion de rénine, augmentée en cas d'insuffisance de Na+ : c'est la régulation hormonale locale (paracrinie) de la pression sanguine (cf fonction endocrine du rein).
* le taux de filtration glomérulaire ou TFG est le volume du filtrat de l'ensemble des glomérules par unité de temps; il est normalement de 120ml/ min, ce qui signifie que 180 litres/jour sont filtrés par les reins qui excrétent en moyenne 1,5 litre d'urine par jour.
b) La réabsorption et la sécrétion tubulaires (retourner au schéma n°10)
- le tube contourné proximal : il est responsable de la réabsorption* de la majeure partie (75 à 80 %) de l'ultrafiltrat glomérulaire
* la réabsorption est le passage de substances contenues dans la lumière du tube, à travers les cellules de sa paroi, dans l'interstitium puis dans les capillaires => retour à la circulation sanguine générale
Cette importante réabsorption est possible grâce aux dispositifs membranaires augmentant considérablement la surface d'échange (bordure en brosse et labyrinthe basal) caractéristiques du TCP, les mitochondries fournissant l'ATP nécessaire aux processus de transport actif
- l'anse de Henlé : elle produit un gradient osmotique croissant depuis le cortex jusqu'à l'extrémité de la papille rénale; la branche grêle descendante (ou descendante puis ascendante) est perméable à l'eau et aux ions Na+ alors que la branche large est imperméable à l'eau mais possède une pompe à sodium qui réabsorbe Na+ pour le restituer de façon active (importance des mitochondries du labyrinthe basal) dans le milieu interstitiel donc dans les capillaires sanguins; au niveau de la branche large de l'anse de Henlé, l'urine devient hypotonique, il se crée ainsi un gradient très important entre l'urine de la partie inférieure de l'anse dont l'osmolarité est celle du milieu interstitiel (1200 mOsm/l) et l'urine arrivant dans le tube contourné distal (100 mOsm/l) du fait de la perte en Na+ sans élimination concomitante d'eau
- le tube contourné distal est contrôlé par l'aldostérone*, hormone minéralocorticoïde sécrétée par la zone glomérulée de la corticosurrénale; l'aldostérone joue un role primordial dans le maintien de l'équilibre sodium-potassium de l'organisme : chaque fois qu'un ion H+ ou K+ est sécrété dans la lumière du tube contourné distal, un ion Na+ est réabsorbé (pompe à NA+ membranaire et ATP des mitochondries du labyrinthe basal)
* la synthèse de l'aldostérone est stimulée par le système rénine-angiotensine mais aussi par la kaliémie, la natrémie et l'ACTH
- le système collecteur est sous le contrôle de l'ADH, hormone antidiurétique posthypophysaire (ou vasopressine); l'ADH agit sur les tubes collecteurs en modulant leur perméabilité à l'eau : en réponse à une déshydratation, la sécrétion d'ADH est augmentée et rend la paroi des tubes collecteurs perméable à l'eau, entrainant une rétention d'eau par l'organisme ( passage de l'eau dans l'interstitium puis dans les vasa recta qui la reversent dans la circulation générale) et la production d'une urine peu abondante et hypertonique; inversement une surcharge hydrique dans l'organisme inhibe la sécrétion d'ADH* et provoque une quantité accrue d'urine hypotonique.
* en l'absence d'ADH observée dans le diabète insipide, de grandes quantités d'urine sont éliminées du fait de l'absence de réabsorption d'eau; les diurétiques sont des médicaments augmentant l'excrétion urinaire, notamment dans l'hypertension artérielle et les oedèmes dus à une insuffisance cardiaque, à une néphropathie, etc...; l'emploi de diurétiques dans les régimes amaigrissants n'a pas d'efficacité réelle => ils augmentent l'élimination d'eau mais n'ont aucun effet sur les graisses.
6 - La fonction endocrine du rein
. La rénine sécrétée par les cellules granuleuses du complexe juxtaglomérulaire joue un rôle important dans la régulation de la pression sanguine; la rénine diffuse dans le courant sanguin et hydrolyse l'angiotensinogène sécrété par le foie pour en libérer l'angiotensine I (décapeptide inactif ); dans les poumons une enzyme de conversion supprime deux acides aminés de l'angiotensine I pour former l'angiotensine II (octapeptide) puissant vasoconstricteur donc responsable de l'augmentation de la pression sanguine; d'autre part l'angiotensine II provoque une augmentation de la sécrétion d'aldostérone qui, par la réabsorption de NA+, et par conséquent d'eau, au niveau du TCD, augmente le volume plasmique donc la pression sanguine; l'ensemble de ses mécanismes constitue le système rénine-angiotensine-aldostérone.
. L'érythropoïétine, hormone glycoprotéique (à 90% d'origine rénale, 10% d'origine hépatique) joue un rôle important dans la différenciation et la prolifération des érythrocytes* (globules rouges) par la moelle osseuse hématogène; le manque d'oxygène sanguin provoque une augmentation de la sécrétion d'érythropoïétine donc la prolifération des globules rouges; malgré les techniques modernes d'investigation, on ignore encore quel type cellulaire produit l'érythropoïétine : on considérait autrefois qu'elle était sécrétée par les cellules du lacis ou par d'autres cellules juxtaglomérulaires; actuellement des données de la biologie moléculaire semblent indiquer la présence de l'ARNm de l'érythropoïétine dans certaines cellules des tubes corticaux et dans des cellules interstitielles.
* il existe des anémies d'origine rénale (absence d'érythropoïétine dans diverses néphropathies dont l'insuffisance rénale)
. Les prostaglandines en abondance dans l'interstitium médullaire proviendraient soit des cellules étoilées interstitielles soit des cellules des tubes collecteurs (avis divergents).
. La transformation de la vitamine D3 inactive, hydroxylée en 25-OH cholécalciférol dans le foie, en 1,25 di-hydroxycholécalciférol actif dans le métabolisme phosphocalcique, grâce à une enzyme des cellules tubulaires proximales, fonction assimilée à une fonction endocrine.
