Physiologie des régulations (2) L2 Sciences de la vie et géosciences semestre 4 Physiologie des régulations (2) alain.hamon@univ-angers.fr

La régulation de l’équilibre hydrique

Bilan journalier de l’eau GAINS PERTES excréments métabolisme sueur évaporation pulmonaire et cutanée aliments boissons urine 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.

Notions de base sur la structure et le fonctionnement des reins vessie urètre uretère rein glande surrénale veine cave inf. aorte artère rénale hile veine rénale bassinet néphron pyramide rénale cortex médulla uretère artère rénale veine rénale Chaque rein humain est composé d’environ un million de tubes, les néphrons. Le néphron constitue l’unité structurale et fonctionnelle du rein.

Notions de base sur la structure et le fonctionnement des reins tube contourné proximal tube contourné distal canal collecteur en coupe transversale glomérule cortex capsule de Bowman lumière tubulaire médulla anse de Henlé canal collecteur 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.

Notions de base sur la structure et le fonctionnement des reins vaisseau afférent vaisseau efférent 1 ultrafiltration 2 réabsorption 3 sécrétion excrétion néphron G C 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.

La filtration glomérulaire glomérule

La filtration glomérulaire capillaire glomérulaire artériole afférente T C P podocyte filtrat glomérulaire artériole efférente feuillet externe de la capsule Le feuillet interne de la capsule de Bowman est formé de podocytes dont les pédicelles recouvrent les capillaires glomérulaires.

La filtration glomérulaire lumière de la capsule de Bowman pédicelle fente de filtration M B capillaire fenestré hématie 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.

La filtration glomérulaire 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. 1 2 3

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 ? Na+ 3,30 5 g 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 eau non réabsorbée/eau filtrée (en %) 100 80 60 40 20 TCP anse de Henlé TCD réabsorption obligatoire 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 lumière tubulaire pôle apical avec microvillosités Na+ Glu Na+ H+ H2O ATP ADP Na+ K+ Le pôle basal est riche en mitochondries qui fournissent l’ATP nécessaire à la pompe Na/K capillaire péritubulaire

Les échanges d’eau le long du néphron : la réabsorption facultative 100 80 60 40 20 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 surcharge hydrique déshydratation eau 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.

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.

ADH (vasopressine) humaine L’ADH débit urinaire (ml/min) 4 2 3 1 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. ocytocine humaine ADH (vasopressine) humaine

Origine de l’ADH HYPOTHALAMUS noyau paraventriculaire (NPV) noyau supra-optique (NSO) chiasma optique axones des neurones à ADH hypophyse postérieure = neurohypophyse hypophyse postérieure = neurohypophyse

neurone magnocellulaire Neurones à ADH terminaison nerveuse paroi capillaire neurone magnocellulaire globule rouge 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.

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

Notion de cellule neurosécrétrice et de neurosécrétion cellule postsynaptique A neurone Ca++ 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. B cellule neurosécrétrice Ca++ C cellule endocrine capillaire Ca++

Mécanismes d’action de l’ADH sur ses cellules cibles En l’absence d’ADH En présence d’ADH 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.

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.

Mécanismes d’action de l’ADH sur ses cellules cibles sang lymphe ATP AMPc AMP PKA AC PDE protéines phosphorylées récepteur ADH AQP2 AQP4 AQP3 lumière H2O

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. [ADH] plasma (ng/l) osmolalité du plasma (mosmol/l) Ces résultats impliquent l’existence dans l’organisme de cellules osmoréceptrices. Où sont-elles situées ?

Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli osmotiques organe vasculaire de la lame terminale (OVLT) Neurones à ADH flux sanguin adénohypophyse neurohypophyse ADH

Régulation de la sécrétion d’ADH : stimuli osmotiques 325 295 265 60 mV 30 s Activité électrique d’un neurone magnocellulaire de rat en culture 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 hémorragie pression artérielle injection de sang Activité électrique d’un neurone à ADH du NSO (in situ, chez le rat)

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