Embryologie de l’Appareil Urinaire 13/01/2011 PCEM2 Dr BOULARD Véronique Laboratoire Biologie de la Reproduction et Cytogénétique CHU AMIENS

INTRODUCTION

Introduction Le développement de l’appareil réno-urinaire se fait à partir : Du mésoblaste intermédiaire Du sinus uro-génital Il débute à la 4ième semaine 3 ébauches rénales de complexité croissante se succèdent : Pronéphros Mésonéphros ou corps de Wolff Métanéphros

Introduction Seule la dernière ébauche persiste et donne les reins définitifs et les voies urinaires hautes. Les voies urinaires basses dérivent du SUG. Développement étroitement corrélé à celui de l’appareil génital.

Introduction En intra-utérin, le placenta +++ : épuration et homéostasie. Rein fœtal indispensable : Diurèse à partir de 12 semaines 80% du liquide amniotique Oligoamnios/ Hydramnios

Cordon Néphrogène Fin 3e semaine, le mésoblaste intraembryonnaire se différencie en 3 parties : - La pièce para-axiale, qui donne les somites - Le mésoblaste intermédiaire - La lame latérale qui se clive en somatopleure et splanchnopleure. Le mésoblaste intermédiaire se sépare des somites : « cordon néphrogène ». Segmentation métamérique en « néphrotomes »

Epiblaste et cavité amniotique Gouttière neurale Chorde 3 1 4 2 6 5 7 8 Fin 3ième semaine Epiblaste et cavité amniotique Gouttière neurale Chorde Mésoblaste somitique Mésoblaste intermédiaire Mésoblaste latéral (somatopleure/splanchnopleure) Entoblaste Lécithocèle

1 2 4ième semaine Cordon néphrogène Coelome interne

Cordon Néphrogène Son développement se fait selon un gradient cranio- caudal Segmentation dans le temps et l’espace : nette à l’extrémité crâniale, grossière partie moyenne et inexistante en caudale (mésoderme néphrogénique intact ou blastème métanéphrogène)

20-21 jours de développement

EVOLUTION DU CORDON NÉPHROGÈNE Les néphrotomes céphaliques donnent le rein primitif ou pronéphros Les néphrotomes suivants plus élaborés constituent le mésonéphros Les néphrons définitifs se différencient dans le blastème métanéphrogène au cours de la 3ième vague de néphrogénèse. Ce cordon néphrogène produit de manière bilatérale des renflements longitudinaux appelés crêtes uro-génitales sur la paroi dorsale de la cavité cœlomique.

3 ébauches représentées ensemble mais se succèdent dans le temps. Succession également dans l’espace à partir de la longue bande de cordon Néphrogène.

Ebauches rénales Pour chaque rein transitoire : séquences communes Cordon se clive en néphrotomes pleins Creusement du néphrotome en vésicule néphrotomiale Allongement et incurvation vers le bas formant des tubules Réunion des extrémités externes des tubules: amorce du canal collecteur qui progresse vers le cloaque.

Le pronéphros 20-21ième jour au 28ième jour Rudimentaire, non fonctionnel Se développe sur une hauteur de 8 métamères en moyenne Ephémère : onde de régression > onde de développement La différenciation inclut un stade tubulaire avec un abouchement en dedans dans le cœlome interne. Puis les extrémités distales des néphrotomes rentrent en contact avec celles sous-jacentes, fusionnent et forment le canal pronéphrotique. Celui - ci disparaît complètement.

Le Mésonéphros Portion thoracique inférieure et lombaire du cordon néphrogène Apparaît à la 4ième semaine Comme pour le pronéphros, différents stades : Néphrotome plein puis vésicule néphrotomiale Allongement de la vésicule en tubule Renflement de l’extrémité proximale du tubule en chambre glomérulaire en face d’une anse artérielle issue de l’Aorte : formation d’un corpuscule de Malpighi Les portions distales tubulaires fusionnent et forment le canal mésonéphrotique ou canal de Wolff

Le Mésonéphros Les corpuscules de Malpighi se forment par : dilatation sphérique de l’extrémité proximale des tubules, apparition d’une « chambre glomérulaire » dont la membrane = la capsule de Bowman Creusement de la sphère qui va s’invaginer par entrée de vaisseaux sanguins (formant le glomérule) Le corpuscule de Malpighi et le reste du tubule jusqu’à son abouchement dans le canal de Wolff forment un néphron.

LE MÉSONÉPHROS La différenciation des corpuscules de Malpighi permet une délimitation Pro/Mésonéphros Dans la portion haute chaque tubule donne un corpuscule puis la métamérisation  et un même tubule est relié à plusieurs corpuscules.

Le Mésonéphros Il est également appelé « corps de Wolff » et apparaît comme une masse saillante dans la cavité péritonéale. Bord externe : cordon urogénital contenant les canaux de Wolff et Muller Bord antéro-interne : ébauche gonadique Les structures néphroniques sont fonctionnelles et permettent une éventuelle filtration urinaire Début différenciation à la 4ième semaine et commence à régresser à la fin du 2ième mois.

Régression du Mésonéphros Les tubules mésonéphrotiques en regard de la gonade sont annexés Chez la femme le canal de Wolff dégénère, sauf qq résidus au niveau mésovarium et contre la paroi vaginale (organe de Gärtner) Chez l’homme le canal de Wolff au contraire forme les voies génitales masculines : épididyme, canal déférent, vésicule séminale et canal éjaculateur.

Cavité cœlomique Cavité

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Début de la différenciation à partir du blastème métanéphrogène et du bourgeon urétéral : début 5ième semaine (2ième mois) Production d’urine vers la fin du 1ier trimestre (12ième semaine) Croissance en parallèle de l’évolution du corps de Wolff Croissance accélérée de la région inférieure de l’embryon  remaniements positionnels . Une coupe transversale peut interesser les 2 appareils simultanément.

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Deux « origines » mésoblastiques différentes : Blastème métanéphrogène : masse solide de tissu directement dérivée du mésoblaste intermédiaire. Il provient de la partie caudale du cordon néphrogène. Il n’a pas subi la métamérisation. Bourgeon urétéral ou diverticule métanéphrotique : apparaît sous forme d’un bourgeon dorsal au début du 2ième mois, naît de l’extrémité inférieure du canal mésonéphrotique ou canal de Wolff.

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Le bourgeon urétéral forme un tube Sa partie distale,en cul de sac, atteint à la fin de la 5ième semaine le blastème métanéphrogène. Le bourgeon pénètre alors la masse tissulaire. A ce moment, renflement en massue du bourgeon puis division en deux (début 6ième semaine) Le renflement amorce déjà le futur bassinet, et la formation de 2 diverticules, un crânial et un caudal forment les futurs grands calices. En aval du bassinet le pédicule devient le futur uretère.

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Chaque grand calice (2 à 5 par rein) se divise ensuite de manière dichotomique. On numérote chacune de ces divisions en 1ier, 2ième, 3ième…ordre Les divisions vont jusqu’au 13ième ordre environ. Les tubules formés du 1ier au 4ième ordre donnent les petits calices ( 2 à 4 par grand calice) Les divisions suivantes forment les voies excrétrices intra-rénales soit les tubes collecteurs. L’abouchement des canaux collecteurs au niveau d’un petit calice constitue la pyramide de Malpighi.

Pyramide de Malpighi

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif L’arborisation tubulaire dérivée du bourgeon urétéral s’enfonce dans le blastème métanéphrogène en le repoussant Il existe une compression centrifuge Une fragmentation du blastème en noyaux ou « coiffes » se produit, entourant l’extrémité d’un tubule de nième ordre. Ces coiffes sont du tissu métanéphrogène qui va subir une différenciation.

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif « Néphrogénèse » métanéphrotique : début 8ième semaine Les coiffes vont subir à peu près les mêmes étapes que pour les néphrotomes transitoires précédents. Une vésicule rénale se forme au contact d’un tubule de nième ordre Cette vésicule prolifère, s’allonge, puis se creuse pour devenir un tubule en forme de S majuscule

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif L’extrémité proximale de ce tubule se dilate, constitue une sphère qui s’invagine sur elle-même avec la pénétration de vaisseaux sanguins. La paroi de cette sphère est la capsule de Bowman, les vaisseaux la comblant le glomérule et l’ensemble des deux un corpuscule de Malpighi. Le corpuscule de Malpighi et le tubule en S constitue un néphron. Un abouchement entre le tubule collecteur issu du bourgeon urétéral et le tubule en S issu du blastème se produit, réunissant les 2 structures.

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Les néphrons poursuivent leur développement mais leurs extrémités étant fixes, leur portion tubuliforme forme des méandres La portion tubulaire proximale constitue « le tube contourné proximal » et la portion distale « le tube contourné distal » Enfin la portion médiane du S s’allonge de façon linéaire : formation de l’anse de Henlé qui prend une direction parenchymateuse médullaire.

Néphron

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Chaque tube collecteur et les néphrons s’y abouchant constituent un lobule Les lobules sont eux-mêmes regroupés au dessus d’un petit calice pour réaliser un lobe rénal Chez le fœtus et le nouveau né les reins présentent en surface de profonds sillons, reflets de la délimitation lobulaire Puis rapidement la surface des reins devient lisse même si la structure lobulée persiste

LE MÉTANÉPHROS : Rein définitif Au total : Le bourgeon urétéral aura donné naissance à l’uretère, au bassinet, aux grands et petits calices et aux canaux collecteurs : parties excrétrices extra et intra rénales Le blastème est à l’origine des unités sécrétrices intra-rénales néphroniques : glomérule, TCP, TCD, Anse de Henlé

REIN DEFINITIF La néphrogénèse métanéphrotique démarre début 8ième semaine et aboutit à la fin 38ième semaine à la mise en place de néphrons fonctionnels Trois vagues de néphrogénèse centrifuges se succèdent pendant cette période Sur une coupe de rein fœtal, des néphrons de maturité différente sont présents : Les néphrons matures occupent la jonction médullo-corticale Les néphrons en cours de différenciation se situent au niveau du cortex moyen Une couche de tissu métanéphrogène indifférenciée persiste sous la capsule rénale jusqu’à 36 semaines.

REIN DEFINITIF Vers le 3ième mois (12ième semaine), les néphrons fonctionnels sont histologiquement identiques à ceux du rein adulte A ce stade de développement le rein fœtal commence à fabriquer de l’urine même s’il n’a pas acquis le nombre définitif d’unités fonctionnelles soit environ 1 million Aucun néphron, généralement, sauf en cas de prématurité, ne se développe après la naissance

REIN DEFINITIF L’accroissement dimensionnel et pondéral du rein pendant l’enfance et l’âge adulte se poursuit malgré l’arrêt de la néphrogénèse Cela est dû à une hypertrophie du parenchyme et non à une augmentation du nombre de néphrons Les néphrons pré-existants complètent leur différenciation et augmentent de taille jusqu’à l’âge adulte

REIN DEFINITIF : MIGRATION Le métanéphros est formé dans la région sacrée au niveau de la première vertèbre sacrée (S1) et de la bifurcation de l'aorte. La migration rénale se fait entre la 6e et la 9e semaine. Le rein se plaçant finalement au niveau de la 12e côte , sous les glandes surrénales. Le mécanisme n'est pas une migration active. Il est essentiellement liée à la croissance différencielle des régions lombaires et sacrées, provoquant le déroulement de l'extrémité inférieure du corps chez l'embryon.

REIN DEFINITIF : MIGRATION Au cours de leur migration les reins seront vascularisés par une série d'artères transitoires successives se détachant de l'aorte à des niveaux de plus en plus élevés. Les artères rénales définitives naissent dans la région lombaire, elles sont issues de l'aorte les artères transitoires dégénèrent quant à elles au fur et à mesure de l'ascension rénale. Au cours de leur déplacement les reins subissent une rotation de 90° vers la colonne vertébrale ce qui oriente les hiles en direction médiane alors qu'elle était initialement ventrale

VOIES URINAIRES BASSES Les voies urinaires basses sont constituées par la vessie et l'urètre et dérivent de l'entoblaste de l'intestin postérieur via le sinus uro-génital L’embryon comporte une région terminale commune au canal intestinal et au canal urogénital appelée le cloaque dont l'abouchement extérieur est délimité par la membrane cloacale Le septum uro-rectal ou éperon périnéal va diviser le cloaque endodermique en sinus urogénital (ventral) et en rectum (dorsal) entre la 4e et la 6e semaine

1: cavité péritonéale 2: feuillets mésoblastiques (pli de Tourneux et de Rathke) formant septum uro-rectal 1: cavité péritonéale 2: pli Rathke 3: SUG 4: canal anal

VOIES URINAIRES BASSES Le sinus urogénital est à l'origine de la vessie et de l'urètre pelvien Le septum uro-rectal va partager la membrane cloacale en deux membranes : urogénitale (ventral) anale (dorsal) Ces deux membranes vont se résorber à l'instar de la membrane pharyngienne, pour former respectivement l'orifice urogénital et anal.

VOIES URINAIRES BASSES Développement de la vessie : Elle se développe à partir de la partie supérieure du sinus urogénital (SUG) qui est en continuité avec l'allantoïde. Celui-ci va s'oblitérer progressivement pour former un cordon fibreux, l'ouraque, qui deviendra après la naissance le ligament ombilical médian.

SUG, Trigone et Vessie

VOIES URINAIRES BASSES L'extrémité distale initialement commune des canaux mésonéphrotiques de Wolff et des bourgeons urétériques ou « canal excréteur commun » s'incorpore dans la paroi postéro- latérale de la partie supérieure du SUG pendant le cloisonnement du cloaque. Le plan d'ouverture du canal excréteur commun permet de délimiter deux zones: la zone sus-jacente dite zone urinaire (A) la zone sous-jacente, ou zone génitale, qui sera étudiée en détail avec l'appareil génital (B)

Vue dorsale du SUG 1: SUG 2: Canal de Wolff 3: Bourgeon urétéral 4: Canal excréteur commun 5: Portion pelvienne du SUG

VOIES URINAIRES BASSES La croissance rapide de la face dorsale du SUG aboutit à l'incorporation bilatérale dans sa paroi des uretères et des canaux de Wolff. Des mécanismes de croissance complexes seront responsables d'une inversion crânio-caudale des abouchements des uretères et des canaux de Wolff. Les orifices urétéraux semblent progresser en direction crânio-latérale, alors que les orifices Wolffiens semblent se déplacer de manière médio- caudale. Le triangle ainsi formé est appelé le trigone vésical.

VOIES URINAIRES BASSES Le trigone vésical sera formé par le rapprochement des orifices urétéraux et du canal de Wolff. Il est donc d'origine mésoblastique, alors que la paroi ventrale de la vessie est d'origine entoblastique. Le tissu mésoblastique du trigone sera ultérieurement colonisé par l'épithélium d'origine entoblastique. L’incorporation ds la paroi vésicale d’une partie du bourgeon urétérale contribue à la formation du système anti-reflux vésico-urétéral.

VOIES URINAIRES BASSES Formation de l’urètre : La partie du SUG au-dessous de la vessie forme l'urètre. Il s'ouvre dans la cavité amniotique par disparition de la membrane uro-génitale vers 7 semaines Puis son évolution sera différente dans les deux sexes : Chez la femme : le canal de Wolff régresse. L'épithélium urétral forme les glandes urétrales et para-urétrales. Chez l’homme : Le canal de Wolff persiste, devient le canal déférent et émet un diverticule : la vésicule séminale. A la fin du 3 mois, autour de l'abouchement des 2 canaux de Wolff, l'épithélium de l'urètre prostatique bourgeonne pour former la prostate. L'urètre dérivant du SUG se poursuivra par l'urètre pénien, résultant de la fermeture d'une gouttière du tubercule génital.

Les anomalies de développement rénal Fréquentes, atteignant 3 à 4% de la population, mais restent bénignes dans la plupart des cas. Outre les reins polykystiques, il faut mentionner : L’Agénésie rénale : absence de développement d'un rein. In utero, elle entraîne une diminution du volume amniotique (oligo-amnios). Incompatible avec la vie post-natale si bilatérale. Défaut de migration des canaux mésonéphrotiques, ou défaut de développement de l'ébauche urétérale, ou défaut d'induction du blastème métanéphrogène.

Les anomalies de développement rénal Les duplications rénales : assez fréquentes, tandis que les reins surnuméraires sont rares. Rein en fer à cheval : 0,2 % des naissances. Organe unique en forme de U en avant des premières vertèbres lombaires. Il se forme par anomalie de migration : L'artère mésentérique inférieure s'oppose à l'ascension des reins. Les 2 blastèmes entrent alors en contact et fusionnent. Ectopie rénale : Descente excessive des reins. Rare.

Malformations urinaires : Uropathies obstructives +++ Obstacle haut ou bas de diagnostic anténatal possible par dilatation en amont de l’obstacle Retentissement parenchymateux ++ : dilatation néphronique selon durée et sévérité obstacle Obstructions hautes : Obstacle de la jonction pyélo-urétérale : « Sd de jonction » Obstacle de l’uretère juxta-vésical Fréquentes, garçon+++, bon pronostic Anomalie de l’histogénèse au niveau de la paroi À refaire confus

Malformations urinaires : Obstructions urinaires basses : Valve de l’urètre postérieur++ associées à un Sd polymalformatif urinaire Retentissement vésical : « vessie épaisse » dite « de lutte » de très mauvais pronostic Autres : Anomalie d’implantation des uretères : position haute ou traversée perpendiculaire de la paroi vésicale, facilitent les reflux Extrophies : rares, souvent associées à des anomalies multiples de l'abdomen : - Extrophie cloacale par absence de développement de l'éperon périnéal. - Extrophie vésicale par défaut de développement du mésoblaste de la paroi antérieur de la vessie