Le système excréteur Fonction: Elimination de composés potentiellement toxiques issus de l'alimentation et du métabolisme Inorganiques: e.g. Na+, K+, sulfate, NH4+ Organiques : e.g. urée, urate, alcaloïdes, xénobiotiques Pertes d'eau Ces substances sont souvent associées à un solvant: l'eau L'excrétion s'accompagne d'une perte d'eau Un système excréteur efficace va ajuster les pertes d'eau selon sa disponibilité dans le milieu

Réduction de la quantité d'eau excrétée Stratégies: 1. Formation de produits d'excrétions peu solubles: Catabolisme des composés azotés 2. Mécanismes rénaux de réabsorption de l'eau: Concentration osmotique de l'urine (mammifères)

1. Solubilité des produits d'excrétions Acides-aminés, acides nucléiques NH4+ Elimination directe (Ammonotéliques) Cycle de l'urée Acide urique, guanine,. (purinotéliques) La formation de l'urée côute 4 ATP/ molécule d'urée. Le purinotélisme est le plus coûteux. Les purines permettent d'éliminer plus d'azote par particule osmotique (4- 5) vs 2 pour l'urée et 1 pour NH4. Urée/purines: pertes de O et C Urée NH2-CO-NH2 (Uréotéliques)

Excrétion des produits azotés + + Solubilité = consommation d'eau NH4+(ammonotélisme) Animaux aquatiques (diffusion) Quelques anim. terrestres (feces, urine, volatilisation NH3) Anim. terrestres/semi-terrestres Quelques anim. marins (ex. requins) Urée (uréotélisme) La toxicité de l'ammonique ((0.5-5 mM est léthal) est pH dépendante (NH4+ est beaucoup lus toxique) . Les effest se manifestent au niveau du SNC, des modifications de la perméabilité membranaire qui affecte la régulation ionique, l'inhibition de trabnsporteurs au Na (cotransport abvec NH4+) Chez org. Aqautiques: élimination par la peu et les surfaces respiratoires car grande diffusibilité. NH3 peut être éliminé par volatilisation. Nous éliminons peu de NH3 dans les poumons; Une chauve souris élimine une grande partie de son N par les poumons Escargots et isopodes éliminent NH3 Utilisation des diff composés dépend de la position phylogénétique et du milieu. Une autre variable importante est le mode de développement embryonnaire chez les org terrestres: l'oeuf terrestre peu perméable requiert absolument l'uricotélisme car les prod vont s'accumuler durant le développement. Formes vivipares: uréotéliques; T o x i c i t é Purines (purinotélisme) Oiseaux, reptiles, insectes - -

2. Mécanismes rénaux de réabsorption de l'eau Le rein des vertébrés Un organe – Une grande diversité des conditions hydriques Aquatiques (mers, eau douce) Semi-terrestres Terrestres Adaptation morphologique et physiologique des reins

Principe de l'excrétion rénale Sang Réabsorption Filtrat Urine Sécrétion Filtration Homme : 180 l de filtrat mais seulement 500 ml urine! (~2 / 1000eme)

Les reins des mammifères Veine cave inférieure Artère et veine rénales Aorte abdominale Uretère Vessie Urètre Médulla Cortex Bassinet Uretère

Tubule contourné proximal L'unité fonctionnelle : le néphron 2 composantes: Composante VASCULAIRE Composante TUBULAIRE Tubule contourné proximal Capsule de Bowman Artériole glomérulaire efférente Capillaires péritubulaires Artériole glomérulaire afférente Tubule contourné distal Glomérule Veine rénale Tubule collecteur Vasa recta Branche descendante Branche ascendante Anse de Henlé

2 types de néphrons: Rein Médulla Cortex Néphron juxtamédullaire Néphron cortical Cortex Médulla Anse de Henlé Tubule rénal collecteur

Physiologie du néphron Absorption (eau et solutés) Sécrétion Filtration Eau et solutés Capillaires sanguins Hô 180 litres de filtrat / jour – 0.5 litre d'urine

Artériole glomérulaire afférente Glomérule Artériole glomérulaire efférente

F i l t r a t i o n Fente de filtration Pédicelles Artériole glomérulaire afférente Prolongements des podocytes Artériole glomérulaire efférente Lumière de la capsule Fente de filtration Pédicelles Corps du podocyte Filtration efficace: pression sanguine élevée + perméabilité capillaires (fenêtres de 90 nm) Filtrat: composition similaire à celle du plasma sanguin 180 litres / jour! -surface ~80 cm2 Fente = 25 nm avec membrane -ne laisse rien passser de taille > 8 nm. Capillaires glomérulaires recouverts de podocytes Tubule contourné proximal

F i l t r a t i o n Pédicelle de podocyte Corps du podocyte

Sécrétion et réabsorption Tubules contournés proximaux et distaux Réabsorption: Tubule Sang Ions, glucose, HCO3-, … Processus actifs Eau (mouvements osmotiques) 60-70 % des substances sont récupérées à la fin du TCProximal 100 % glucose – notion de seuil rénal au delà duq uel le système de récupération est saturé. Eau suit passivement dans espaces interstitiels – passage par aquaporine 1 – si on fait une souris KO pour ce gène, perméabilité diminue de 80% et osmolarité du plasma monte jusqu'à 500 mOsM pas de concentration TCD a un rôle moins important ~ extension de la partie ascendante de la anse de Henlé. Sécrétion: Sang Tubule Médicaments, potassium en excès, H+, ...

La anse de Henlé Branche Branche descendante ascendante Tc proximal Tc distal Tubule collecteur (perméable à l ’eau) CORTEX MEDULLA Branche descendante (faible activité métabolique) Branche ascendante (forte activité métabolique) La composition du filtrat change très peu si microponctions au début BD et fin BM Le rôle du transport a ctif de la BM n'est donc pas de récupérer des substances Urine

La anse de Henlé Tc proximal Tc distal Tubule collecteur (perméable à l ’eau) CORTEX MEDULLA Disposition à contre courant: échanges entre les deux branches Objectif: créer un gradient de concentration osmotique (NaCl, urée) dans les espaces interstitiels de la médulla Noter que la circulation dans le tubule collecteur se fait également à contre courant par rapport à la branche ascendante

CORTEX MEDULLA Tubule collecteur (perméable à l ’eau) Urine concentrée Le fonctionnement de la anse génère un gradient osmotique croissant du cortex vers la médulla, qui va permettre une récupération d'eau importante au niveau des tubules collecteurs. Urine concentrée

Imperméabilité à l'eau Transport actif NaCl Anse = amplificateur à contre-courant basé sur les propriétés différentes des branches ascendantes et descendantes

Grande perméabilité à l'eau Imperméabilité à l'eau OsM Grande perméabilité à l'eau 300 400 600 800 1000 Imperméabilité à l'eau Transport actif NaCl

Figure 17-32

Problème: l'irrigation sanguine récupère le liquide interstitiel (eau, NaCl, urée) Disparition du gradient osmotique? OsM 300 400 600 800 1000 320 400 600 800 1000 Mettre fig 17.32 Whitters gauche Equilibration du plasma avec interstitium de la médulla lors de la descente et de la remontée La branche ascendante rend ce que la branche descendante a prélevé

OsM 320 400 600 800 1000 320 400 600 800 1000 300 400 600 800 1000 320 400 600 800 1000 300 400 600 800 1000 Les capillaires sont fenestrés – forte perméabilité à l'eau, au NaCl et à l'urée

La longueur des anses détermine la grandeur du gradient Homme : 15% des néphron ont de longues anses (1 cm) – 1400 mOsm Varie selon le milieu de vie: Castor : < 1000 mOsm Rat kangourou: 9400 mOsm

La dilution (et donc le volume) de l'urine est ajustable Homme: 30 – 1400 mOsm Kg-1 Mécanismes: Peu de régulation de la vitesse de filtration glomérulaire Vasopressine ou hormone antidiurérique (ADH) Origine: hypophyse postérieure: Augmente la perméabilité des tubules collecteurs à l'eau (aquaporine-2) Aldostérone (minéralocorticoïde) Origine: glandes surrénales Stimule la réabsorption du Na+ et la sécrétion de K+ au niveau des tubes contournés

Agents diurétiques Eau, éthanol : inhibition de la sécrétion ADH Xanthines (cafféine, théophylline) : réduction de la réabsorption de Na+ et augmentation filtration glomérulaire Excès de glucose: action osmotique – rétention eau dans tubules

L'excrétion des composés toxiques s'acompagne d'une perte d'eau Résumé L'excrétion des composés toxiques s'acompagne d'une perte d'eau Mécanismes de conservation de l'eau: Recours à des catabolites peu solubles (urée, purines) Récupération de l'eau du filtrat Organisation spatiale des néphrons et de leur vascularisation Système à contre-courant tubulaire: Anse de Henlé Perméabilité différentielle à l'eau et au NaCl Transport actif de NaCl Longueur anses détermine la capacité de concentration de l'urine Système à contre-courant vasculaire : vasa recta Régulation hormnale de la perméabilité des tubules

Sources Review of Medical Physiology, William F. Ganong, Lange Eds. 2003 Philip C. Withers, Comparative Animal Physiology, Saunders College Publishers, 1992