Les appareils excréteurs des Métazoaires Licence Biologie - UE Biologie animale Les appareils excréteurs des Métazoaires Etienne Roux Laboratoire de Physiologie Cellulaire Respiratoire INSERM U 885 UFR des Sciences de la Vie Université Victor Segalen Bordeaux 2 contact: etienne.roux@u-bordeaux2.fr support de cours : e-fisio.net site de l’UFR des sciences de la Vie

les appareils excréteurs des Métazoaires plan I. rôle des systèmes excréteurs II. les types d’excrétion III. animaux sans appareil excréteur IV. les appareils excréteurs non spécialisés

rôle des systèmes excréteurs  maintien des concentrations en solutés dans l’organisme  maintien du volume d’eau dans l’organisme  osmorégulation  élimination des produits terminaux du métabolisme carbone  CO2 = élimination par organe respiratoire azote  élimination par des systèmes excréteurs  élimination des substances étrangères ou du produit de leur métabolisme nécessité d’un rendement variable des structures excrétrices

II. les types d’excrétion principe général de l’excrétion ultrafiltration transport actif animaux ammoniotéliques animaux uricotéliques animaux uréotéliques

les types d’excrétion principe général ultrafiltration ultrafiltration : passage passif et non spécifique d’eau et de solutés du milieu intérieur filtration / réabsorption : 1. ultrafiltration 2. absorption active et sélective de solutés (et d’eau) de l’appareil excréteur vers le milieu intérieur 1 urine primitive 2 urine définitive exemple : rein des mammifères intérêt : élimination non sélective de toute substance étrangère, même nouvelle inconvénient : nécessité de système de réabsorption active de la majeurs partie de l’eau et des solutés ultrafiltrés

les types d’excrétion principe général ultrafiltration mise en évidence : ultrafiltration d’inuline inuline : polysaccharide végétal de faible poids moléculaire (5000 Da) non produite par l’organisme non métabolisée par l’organisme passe la barrière de filtration jamais excrétée manière active jamais réabsorbée de manière active (aucun mécanisme de transport actif connu) injection d’inuline dans le corps : si présence d’inuline dans l’urine :  ultrafiltration toute l’inuline présente dans l’urine définitive est le résultat d’une filtration

les types d’excrétion principe général ultrafiltration mise en évidence : ultrafiltration d’inuline toute l’inuline présente dans l’urine définitive est le résultat d’une filtration  utilisation pour la mesure de la clairance rénale : débit de filtration d’urine primitive V’filtration x Cfiltration = V’urine X Curine V’filtration = (V’urine X Curine)/ x Cfiltration V’filtration = débit de filtration V’urine = débit urinaire ex : homme : V’filtration : 130 mL.min-1 (180 L/jour) Curine = concentration urinaire en inuline Cfiltration = concentration plasmatique en inuline

les types d’excrétion principe général transport actif transport actif : passage actif et sélectif de solutés du milieu intérieur urine définitive exemple : tubes de Malpighi des Insectes intérêt : élimination sélective des substances indésirables inconvénient : pas de possibilités d’élimination de substances nouvelles (pour lesquelles il n’existent pas de système actif d’élimination)

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés métabolisme des aliments glucides  CO2 + H2O lipides  CO2 + H2O

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés métabolisme des aliments protéines  CO2 + H2O + NH3   urée acide urique acides nucléiques purines  acide urique allantoïne acide allantoïque urée NH3 pyrimidines  acides aminés NH3   urée acide urique

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés animaux ammonotéliques N H élimination d’ammoniac NH3 soluble, petite taille : diffuse vite  peut être éliminé par diffusion à travers toute surface en contact avec l’eau, sans appareil excréteur très toxique pour l’organisme, même à faible concentration

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés animaux ammoniotéliques Invertébrés aquatiques poissons Téléostéens Crocodiles larves d’Amphibiens exemple : Cyprinidés : carpe (Téléostéens) élimination d’azote par les branchies 6 à 10 fois plus que par les reins (90 % ammoniac, 10 % urée) dépend du milieu de vie aquatique, plus que des liens phylétiques

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés animaux uricotéliques O élimination d’acide urique C5H4O3N4 C H N C N C O C C N O N H peu soluble dans l’eau (solubilité : 6 mg.L-1) peu toxique pour l’organisme

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés animaux uricotéliques prédominant chez : Insectes Gastéropodes aériens Serpents aériens Reptiles Oiseaux (+ Crocodiles, Tortue) peu soluble dans l’eau  précipite en milieu concentré : n’intervient plus dans l’osmose  nécessite très peu d’eau pour son élimination  parfois stocké sans élimination (tissu adipeux) : certains Insectes dépend du milieu de vie aérien, plus que des liens phylétiques

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés animaux uréotéliques H2N élimination d’urée CH4N2 C O H2N très soluble dans l’eau moyennement toxique pour l’organisme

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés animaux uréotéliques Sélaciens Coelacanthe Tortues Mammifères Amphibiens adultes (+ Téléostéens) très soluble dans l’eau  intervient dans l’osmose : Sélaciens, Coelacanthe, Grenouille mangeuse de crabes dépend du milieu de vie, plus que des liens phylétiques

élimination des déchets azotés les types d’excrétion élimination des déchets azotés ammonotéliques, uréotéliques, uricotéliques: dépend plus du mode de vide que des liens phylétiques peut varier au cours de la vie chez le même individu : Amphibiens : larve : ammoniac; adultes : urée Dipneustes : vie aquatique : respiration branchiale, ammoniac vie aérienne : respiratrion pulmonée, urée urée acide urique Mammifères Sélaciens Amphibiens Coelacanthe quelques reptiles quelques grenouilles Oiseaux Reptiles excrétion azotée des Vertébrés Dipneutes Crocodiles Téléostéens, Cyclostomes ammoniac

spécialisées et non spécialisées les types d’excrétion spécialisées et non spécialisées appareils non spécialisés : élimination de différents types de solutés sous forme d’urine (au sens large) exemples : organes néphridiens tube Malpighi des Insectes rein des Vertébrés structures spécialisées : élimination d’un type de soluté exemples : élimination de NaCl cellules à chlorures des branchies des Téléostéens glande à sel des Oiseaux

animaux sans appareil excréteur identifié Cnidaires et Échinodermes Cordés Echinodermes Arthropodes Annélides Mollusques Némathelminthes Némertes Plathelminthes Démosponges Cnidaires Stomocordés Hémicordés Nématodes Protostomiens Deutérostomiens Triploblastiques ; bilatériens Eumétazoaires élimination par diffusion pas de lien phylétique

appareils excréteurs non spécialisés l’unité fonctionnelle la protonéphridie la métanéphridie le néphron le tube de Malpighi l’organisation de l’appareil excréteur appareils avec protonéphridies appareil sans protonéphridie appareil avec métanéphridies métamérisées appareil dérivé de métanéphridies : organe de Bojanus tubes de Malpighi des Insectes le système rénal des Vertébrés formation pronéphros mésonéphros.opisthonéphros métanéphros

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle la protonéphridie organe excréteur terminé en cul-de-sac solénocytes cellule flamme flamme : cils aglomérés paroi mince syncitiale canalicule plusieurs cils : cellule flamme un seul cil : solénocyte

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle la protonéphridie organe excréteur terminé en cul-de-sac fonctionnement : difficile à étudier cellule flamme battements des cils : dépression  ultrafiltration par dépression ultrafiltration présente surtout chez : Métazoaires dépourvus de cavité coélomique certaines larves de Protostomiens coelomates sécrétion réabsorption

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle la métanéphridie organe excréteur ouvert aux deux extrémités, non ramifié cavité coelomique capillaire néphrostome cilié ouvert tubule néphridien très contourné vessie présent uniquement chez les coelomates pore excréteur urinaire

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle la métanéphridie organe excréteur ouvert aux deux extrémités, non ramifié fonctionnement : filtration / réabsorption filtration du liquide présent dans la cavité colomique réabsorption d’ions dans la partie distale : urine diluée (régulation osmotique)

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le néphron schéma d’un néphron ouvert réabsorption excrétion active ultrafiltration filtration

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le néphron les différents types de néphrons néphron ouvert filtration / réabsorption capsule de Bowman néphron fermé filtration / réabsorption glomérule de Malpighi néphron aglomérulé excrétion active

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le néphron fonctionnement : filtration par pression positive / réabsorption schéma d’un néphron ouvert néphron partie proximale partie distale vaisseau sanguin glomérule vasculaire tube collecteur cavité coelomique ouverture du néphron

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le néphron schéma d’un néphron fermé de Mammifère tube contourné proximal tube contourné distal capsule de Bowman glomérule de Malpighi tubule collecteur partie descendante partie ascendante anse de Henlé

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le néphron perméablité à l’eau variable (régulation hormonale : ADH) fonctionnement d’un néphron fermé de Mammifère perméable à l’eau fonctionnement ultrafiltration réabsorption solutés (ion, glucose, AA) eau (osmose) (67 %) réabsorption NaCl eau (osmose) (8-17 %) perméable à l’eau imperméable à l’eau réabsorption ions, eau (osmose) (15 %) réabsorption ions

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le tube de Malpighi des Insectes estomac portion distale épithélium cilié intestin moyen tubes de Malpighi portion proximale intestin postérieur tube digestif exemple : criquet migrateur

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le tube de Malpighi des Insectes réticulum endoplasmique noyau portion distale lame basale microvillosité épithélium cilié portion proximale mitochondries replis

l’unité fonctionnelle appareils excréteurs l’unité fonctionnelle le tube de Malpighi des Insectes fonctionnement : excrétion active portion distale excrétion : solutés + eau réabsorption : Mg2+, Ca2+, Na+, HCO3-, eau portion proximale tube digestif

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur organe néphridien avec protonéphridies ex : la planaire (Plathelminthe) cranial système excréteur très ramifié protonéphridie pore excréteur caudal tube collecteur

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur organe néphridien avec protonéphridies ex : Nephtys (Annélide) solénocyte cavité coelomique ampoule commune tubule néphridien pore excréteur

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur appareil sans protonéphridie ex : Ascaris (Nématode) appareil dépourvu de cellules flammes ovaire nerf dorsal muscle (cellules myoépithéliales) prolongement cytplasmique des cellules myoépithéliales canal excréteur intestin canaux excréteurs : deux canaux longitudinaux (cellule unique géante creuse)  tube en forme de H débouchant dans le milieu extérieur (face ventrale de la partie craniale du corps) corde latérale hypoderme cuticule nerf ventral utérus

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur organe néphridien avec métanéphridies ex : Annélide schéma général d’un Annélide ganglion cérébroïde supérieur dissépiment vaisseau dorsal intestin métamère prostomium vaisseau ventral néphridie ganglion cérébroïde inférieur chaîne ganglionnaire ventrale

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur organe néphridien avec métanéphridies ex : Annélide schéma d’une Annélide primitive coelomoducte cavité coelomique métanéphridie milieu extérieur intestin

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur l’organe de Bojanus des Mollusques ex : Gastéropode schéma général d’un Mollusque coeur péricarde hépatopancréas rein estomac muscle ganglion cérébral muscle branchies bouche manteau palpes coquille gonade pied intestin

orifice réno-péricardique appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur l’organe de Bojanus des Mollusques ex : Gastéropode dérivé de métanéphridie orifice réno-péricardique oreillette ventricule fonctionnement : filtration / réabsorption rein : filtration depuis l’hémolymphe (pas de passage pas l’orifice réno-péricardique) poche néphridienne : réabsorption d’ions et d’eau rein = organe de Bojanus poche néphridienne uretère

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur tubes de Malpighi des Insectes schéma général d’un Insecte tête thorax abdomen Tubes de Malpighi vaisseau dorsal coeur gonade anus lèvres bouche mandibules oeil composé ocelle antenne ganglion cérébroïde dorsal intestin glande salivaire hanche trochanter cuisse jambe tarse ailes tubes de Malpighi

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur tubes de Malpighi des Insectes tube de Malpigi : entre 2 et plusieurs centaines débouchent dans l’intestin à la jonction entre intestin moyen et postérieur fonctionnement : sécrétion active (pas d’inuline dans l’urine) Insectes à nourriture sèche: réabsorption d’eau au niveau du rectum  précipitation de l’acide urique sous forme d’urate de potassium (pas d’effet osmotique car non soluble) : perte d’eau minime tubes de Malpighi

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés formation des néphrons schéma général d’un Cordé tube nerveux dorsal somite corde vaisseau dorsal tube digestif splanchnopleure somatopleure coelome

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés formation des néphrons somite néphrotome = pièce intermédiaire uretère primaire = canal de Wolff capsule de Bowman vaisseau néphrons: dérivent de métanéphridies se forment à partir des néphrotomes rostro-caudalement bourgeonnement latéral  c. de Bowman bourgeonnement longitudinal  canal de Wolff bourgeonnement secondaire  néphrons crête génitale coelome néphrostome

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés pronéphros 1re étape du développement du rein les pièces intermédiaires antérieures  rein éphémère : pronéphros canal urinaire = canal de Wolff formation du canal de Müller (par clivage du canal de Wolff ou par invagination de l’épithélium coelomique) adulte: régression du pronéphros canal de Wolff : persiste chez le mâle; régresse chez la femelle canal de Müller : persiste chez la femelle ; régresse chez le mâle

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés mésonéphros - opisthonéphros 2e étape du développement du rein en arrière du pronéphros, formation d’un second rein Anamniotes : rein définitif : opisthonéphros Amniotes : rein transitoire : mésonéphros néphrons ramifiés, métamérie effacée canal urinaire = canal de Wolff

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés métanéphros 3e étape du développement du rein chez les Amniotes uniquement se forment à partir des dernières pièces intermédiaires (1 à 3), qui fusionnent à droite et à gauche  blastème métanéphrogène blastème métanéphrogène  bourgeonnement de néphrons ramifiés de nombreuses fois base du canal de Wolff  bourgeonnement d’un uretère secondaire + tubes collecteurs mâle : partie postérieure du canal de Wolff  spermiducte partie moyenne du canal de Wolff + vestige mésonéphros : épididyme

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés pronéphros opisthonéphos mésonéphros metanéphros canal de Wolff Anamniotes Amniotes

organisation de l’appareil excréteur appareils excréteurs organisation de l’appareil excréteur le système rénal des Vertébrés Amniotes pronéphros metanéphros metanéphros testicule ovaire épididyme mésonéphros canal de Müller canal de Wolff uretère II mâle femelle