41.2 : Les reins et les organes osmorégulateurs

Compétences à développer

• Expliquer comment les reins sont les principaux organes d'osmorégulation des systèmes des mammifères
• Décrire la structure des reins et les fonctions des parties du rein
• Décrivez comment le néphron est l'unité fonctionnelle du rein et expliquez comment il filtre activement le sang et produit de l'urine
• Détaillez les trois étapes de la formation de l'urine : filtration glomérulaire, réabsorption tubulaire et sécrétion tubulaire

Bien que les reins soient le principal organe d'osmorégulation, la peau et les poumons jouent également un rôle dans le processus. L'eau et les électrolytes sont perdus par les glandes sudoripares de la peau, qui aident à hydrater et à rafraîchir la surface de la peau, tandis que les poumons expulsent une petite quantité d'eau sous forme de sécrétions muqueuses et par évaporation de vapeur d'eau.

Les reins : le principal organe osmorégulateur

Les reins, illustrés sur la figure\(\PageIndex{1}\), sont une paire de structures en forme de haricot situées juste en dessous et en arrière du foie dans la cavité péritonéale. Les glandes surrénales se trouvent au-dessus de chaque rein et sont également appelées glandes suprarénales. Les reins filtrent le sang et le purifient. Tout le sang du corps humain est filtré plusieurs fois par jour par les reins ; ces organes utilisent près de 25 pour cent de l'oxygène absorbé par les poumons pour remplir cette fonction. L'oxygène permet aux cellules rénales de fabriquer efficacement de l'énergie chimique sous forme d'ATP grâce à la respiration aérobie. Le filtrat qui sort des reins est appelé urine.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Les reins filtrent le sang et produisent de l'urine qui est stockée dans la vessie avant d'être éliminée par l'urètre. (crédit : modification de l'œuvre par le NCI)

Structure du rein

Extérieurement, les reins sont entourés de trois couches, illustrées sur la figure\(\PageIndex{2}\). La couche la plus externe est une couche de tissu conjonctif résistante appelée fascia rénal. La deuxième couche est appelée capsule graisseuse périrénale, qui aide à ancrer les reins en place. La troisième couche, la plus interne, est la capsule rénale. À l'intérieur, le rein comporte trois régions : un cortex externe, une médulla au milieu et le bassinet rénal dans la région appelée hile du rein. Le hile est la partie concave de la forme du haricot où les vaisseaux sanguins et les nerfs entrent et sortent du rein ; c'est également le point de sortie des uretères. Le cortex rénal est granulaire en raison de la présence de néphrons, l'unité fonctionnelle du rein. La moelle est constituée de plusieurs masses tissulaires pyramidales, appelées pyramides rénales. Entre les pyramides se trouvent des espaces appelés colonnes rénales à travers lesquels passent les vaisseaux sanguins. Les extrémités des pyramides, appelées papilles rénales, pointent vers le bassinet rénal. Il y a en moyenne huit pyramides rénales dans chaque rein. Les pyramides rénales ainsi que la région corticale adjacente sont appelées lobes du rein. Le bassin rénal mène à l'uretère situé à l'extérieur du rein. À l'intérieur du rein, le bassin rénal se ramifie en deux ou trois extensions appelées calices majeurs, qui se ramifient ensuite dans les calices mineurs. Les uretères sont des tubes urinaires qui sortent du rein et se déversent dans la vessie.

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Figure\(\PageIndex{2}\) : La structure interne du rein est illustrée. (crédit : modification de l'œuvre par le NCI)

Laquelle des affirmations suivantes concernant le rein est fausse ?

1. Le bassin rénal s'écoule dans l'uretère.
2. Les pyramides rénales se trouvent dans la moelle épinière.
3. Le cortex recouvre la capsule.
4. Les néphrons se trouvent dans le cortex rénal.

Comme le rein filtre le sang, son réseau de vaisseaux sanguins est un élément important de sa structure et de sa fonction. Les artères, les veines et les nerfs qui alimentent le rein entrent et sortent au niveau du hile rénal. L'apport sanguin rénal commence par la ramification de l'aorte dans les artères rénales (chacune étant nommée en fonction de la région du rein qu'elle traverse) et se termine par la sortie des veines rénales pour rejoindre la veine cave inférieure. Les artères rénales se divisent en plusieurs artères segmentaires lorsqu'elles pénètrent dans les reins. Chaque artère segmentaire se divise ensuite en plusieurs artères interlobaires et pénètre dans les colonnes rénales, qui alimentent les lobes rénaux. Les artères interlobaires se divisent à la jonction du cortex rénal et de la moelle médullaire pour former les artères arquées. Les artères arquées « en forme d'arc » forment des arcs le long de la base des pyramides médullaires. Les artères corticales rayonnantes, comme leur nom l'indique, rayonnent à partir des artères arquées. Les artères radiatives corticales se ramifient en de nombreuses artérioles afférentes, puis pénètrent dans les capillaires alimentant les néphrons. Les veines tracent le trajet des artères et portent des noms similaires, sauf qu'il n'y a pas de veines segmentaires.

Comme mentionné précédemment, l'unité fonctionnelle du rein est le néphron, illustré sur la figure\(\PageIndex{3}\). Chaque rein est composé de plus d'un million de néphrons qui parsèment le cortex rénal, ce qui lui donne un aspect granulaire lorsqu'il est sectionné sagittalement. Il existe deux types de néphrons : les néphrons corticaux (85 %), qui se trouvent en profondeur dans le cortex rénal, et les néphrons juxtamédullaires (15 %), qui se trouvent dans le cortex rénal, à proximité de la moelle rénale. Un néphron se compose de trois parties : un corpuscule rénal, un tubule rénal et le réseau capillaire associé, qui provient des artères radiales corticales.

Art Connection

Figure\(\PageIndex{3}\) : Le néphron est l'unité fonctionnelle du rein. Le glomérule et les tubules alambiqués sont situés dans le cortex rénal, tandis que les canaux collecteurs sont situés dans les pyramides de la moelle épinière. (crédit : modification de l'œuvre par le NIDDK)

Laquelle des affirmations suivantes concernant le néphron est fausse ?

1. Le conduit collecteur se déverse dans le tubule alambiqué distal.
2. La capsule de Bowman entoure le glomérule.
3. La boucle de Henle se trouve entre les tubules alambiqués proximal et distal.
4. La boucle de Henle se déverse dans le tubule alambiqué distal.

Corpuscule rénal

Le corpuscule rénal, situé dans le cortex rénal, est constitué d'un réseau de capillaires appelés glomérule et de capsule, une chambre en forme de cuvette qui l'entoure, appelée capsule glomérulaire ou capsule de Bowman.

Tubule rénal

Le tubule rénal est une structure longue et alambiquée qui émerge du glomérule et peut être divisée en trois parties en fonction de la fonction. La première partie est appelée tube convoluté proximal (PCT) en raison de sa proximité avec le glomérule ; elle reste dans le cortex rénal. La deuxième partie est appelée boucle de Henle, ou boucle néphritique, car elle forme une boucle (avec des membres descendants et ascendants) qui traverse la moelle rénale. La troisième partie du tubule rénal est appelée tubule contourné distal (DCT) et cette partie est également limitée au cortex rénal. Le DCT, qui est la dernière partie du néphron, relie et vide son contenu dans des canaux collecteurs qui bordent les pyramides médullaires. Les canaux collecteurs amassent le contenu de plusieurs néphrons et fusionnent lorsqu'ils pénètrent dans les papilles de la moelle rénale.

Réseau capillaire au sein du Néphron

Le réseau capillaire qui provient des artères rénales alimente le néphron en sang qui doit être filtré. La branche qui pénètre dans le glomérule est appelée artériole afférente. La branche qui sort du glomérule est appelée artériole efférente. Au sein du glomérule, le réseau de capillaires est appelé lit capillaire glomérulaire. Une fois que l'artériole efférente sort du glomérule, elle forme le réseau capillaire péritubulaire qui entoure et interagit avec certaines parties du tubule rénal. Dans les néphrons corticaux, le réseau capillaire péritubulaire entoure le PCT et le DCT. Dans les néphrons juxtamédullaires, le réseau capillaire péritubulaire forme un réseau autour de la boucle de Henle et est appelé vasa recta.

Fonction et physiologie rénales

Les reins filtrent le sang en trois étapes. Tout d'abord, les néphrons filtrent le sang qui traverse le réseau capillaire du glomérule. Presque tous les solutés, à l'exception des protéines, sont filtrés dans le glomérule par un processus appelé filtration glomérulaire. Ensuite, le filtrat est collecté dans les tubules rénaux. La plupart des solutés sont réabsorbés dans le PCT par un processus appelé réabsorption tubulaire. Dans la boucle de Henle, le filtrat continue d'échanger des solutés et de l'eau avec la moelle rénale et le réseau capillaire péritubulaire. L'eau est également réabsorbée au cours de cette étape. Ensuite, des solutés et des déchets supplémentaires sont sécrétés dans les tubules rénaux lors de la sécrétion tubulaire, ce qui est essentiellement le processus inverse de la réabsorption tubulaire. Les conduits collecteurs collectent le filtrat provenant des néphrons et fusionnent dans les papilles médullaires. De là, les papilles acheminent le filtrat, maintenant appelé urine, dans les calices mineurs qui finissent par se connecter aux uretères par le bassin rénal. L'ensemble de ce processus est illustré dans la figure\(\PageIndex{4}\).

Figure \(\PageIndex{4}\): Each part of the nephron performs a different function in filtering waste and maintaining homeostatic balance. (1) The glomerulus forces small solutes out of the blood by pressure. (2) The proximal convoluted tubule reabsorbs ions, water, and nutrients from the filtrate into the interstitial fluid, and actively transports toxins and drugs from the interstitial fluid into the filtrate. The proximal convoluted tubule also adjusts blood pH by selectively secreting ammonia (NH₃) into the filtrate, where it reacts with H⁺ to form NH₄⁺. The more acidic the filtrate, the more ammonia is secreted. (3) The descending loop of Henle is lined with cells containing aquaporins that allow water to pass from the filtrate into the interstitial fluid. (4) In the thin part of the ascending loop of Henle, Na⁺ and Cl^- ions diffuse into the interstitial fluid. In the thick part, these same ions are actively transported into the interstitial fluid. Because salt but not water is lost, the filtrate becomes more dilute as it travels up the limb. (5) In the distal convoluted tubule, K⁺ and H⁺ ions are selectively secreted into the filtrate, while Na⁺, Cl^-, and HCO₃^- ions are reabsorbed to maintain pH and electrolyte balance in the blood. (6) The collecting duct reabsorbs solutes and water from the filtrate, forming dilute urine. (credit: modification of work by NIDDK)

Glomerular Filtration

Glomerular filtration filters out most of the solutes due to high blood pressure and specialized membranes in the afferent arteriole. The blood pressure in the glomerulus is maintained independent of factors that affect systemic blood pressure. The “leaky” connections between the endothelial cells of the glomerular capillary network allow solutes to pass through easily. All solutes in the glomerular capillaries, except for macromolecules like proteins, pass through by passive diffusion. There is no energy requirement at this stage of the filtration process. Glomerular filtration rate (GFR) is the volume of glomerular filtrate formed per minute by the kidneys. GFR is regulated by multiple mechanisms and is an important indicator of kidney function.

Link to Learning

Pour en savoir plus sur le système vasculaire des reins, cliquez sur cette revue et sur les étapes de la circulation sanguine.

Réabsorption et sécrétion tubulaires

La réabsorption tubulaire se produit dans la partie PCT du tubule rénal. Presque tous les nutriments sont réabsorbés, par transport passif ou actif. La réabsorption de l'eau et de certains électrolytes clés est régulée et peut être influencée par les hormones. Le sodium (Na ⁺) est l'ion le plus abondant et la plus grande partie est réabsorbée par transport actif, puis transportée vers les capillaires péritubulaires. Comme le Na ⁺ est activement transporté hors du tubule, l'eau le suit pour uniformiser la pression osmotique. L'eau est également réabsorbée indépendamment dans les capillaires péritubulaires en raison de la présence d'aquaporines, ou canaux d'eau, dans le PCT. Cela se produit en raison de la pression artérielle basse et de la pression osmotique élevée dans les capillaires péritubulaires. Cependant, chaque soluté possède un maximum de transport et l'excédent n'est pas réabsorbé.

Dans la boucle de Henle, la perméabilité de la membrane change. La branche descendante est perméable à l'eau et non aux solutés ; l'inverse est vrai pour la branche ascendante. De plus, l'anse de Henle envahit la moelle rénale, qui est naturellement riche en sel et a tendance à absorber l'eau du tubule rénal et à concentrer le filtrat. Le gradient osmotique augmente à mesure qu'il s'enfonce dans la moelle épinière. Comme les deux côtés de la boucle de Henle remplissent des fonctions opposées, comme illustré sur la figure\(\PageIndex{5}\), elle agit comme un multiplicateur à contre-courant. Le vasa recta qui l'entoure fait office d'échangeur à contre-courant.

Art Connection

Figure\(\PageIndex{5}\) : La boucle de Henle agit comme un multiplicateur à contre-courant qui utilise l'énergie pour créer des gradients de concentration. La branche descendante est perméable à l'eau. L'eau s'écoule du filtrat vers le liquide interstitiel, de sorte que l'osmolalité à l'intérieur du membre augmente à mesure que celui-ci descend dans la moelle rénale. En bas, l'osmolalité est plus élevée à l'intérieur de la boucle que dans le liquide interstitiel. Ainsi, lorsque le filtrat pénètre dans le membre ascendant, les ions Na ⁺ et Cl ^- sortent par les canaux ioniques présents dans la membrane cellulaire. Plus haut, le Na ⁺ est activement transporté hors du filtrat et le Cl ^- suit. L'osmolarité est donnée en milliosmoles par litre (mOsm/L).

Les diurétiques de l'anse sont des médicaments parfois utilisés pour traiter l'hypertension. Ces médicaments inhibent la réabsorption des ions Na ⁺ et Cl ^- par le membre ascendant de la boucle de Henle. Un effet secondaire est qu'ils augmentent la miction. Pourquoi pensez-vous que c'est le cas ?

Lorsque le filtrat atteint le DCT, la majeure partie de l'urine et des solutés a été réabsorbée. Si le corps a besoin d'eau supplémentaire, elle peut être entièrement réabsorbée à ce stade. La réabsorption ultérieure est contrôlée par les hormones, ce qui sera discuté dans une section ultérieure. L'excrétion des déchets se produit en raison de l'absence de réabsorption associée à une sécrétion tubulaire. Les produits indésirables tels que les déchets métaboliques, l'urée, l'acide urique et certains médicaments sont excrétés par sécrétion tubulaire. La plus grande partie de la sécrétion tubulaire se produit dans le DCT, mais une partie se produit dans la partie initiale du canal collecteur. Les reins maintiennent également un équilibre acido-basique en sécrétant un excès d'ions H ⁺.

Bien que certaines parties des tubules rénaux soient nommées proximales et distales, dans une section transversale du rein, les tubules sont placés à proximité les uns des autres et en contact les uns avec les autres et avec le glomérule. Cela permet l'échange de messagers chimiques entre les différents types de cellules. Par exemple, le membre ascendant du DCT de l'anse de Henle contient des masses de cellules appelées macula densa, qui sont en contact avec des cellules des artérioles afférentes appelées cellules juxtaglomérulaires. Ensemble, la macula densa et les cellules juxtaglomérulaires forment le complexe juxtaglomérulaire (JGC). Le JGC est une structure endocrinienne qui sécrète l'enzyme rénine et l'hormone érythropoïétine. Lorsque les hormones déclenchent les cellules de la macula densa dans le DCT en raison de variations du volume sanguin, de la pression artérielle ou de l'équilibre électrolytique, ces cellules peuvent immédiatement communiquer le problème aux capillaires des artérioles afférentes et efférentes, qui peuvent se contracter ou se détendre pour modifier le débit de filtration glomérulaire. des reins.

Lien de carrière : néphrologue

Le néphrologue étudie et traite les maladies des reins, à la fois celles qui provoquent une insuffisance rénale (comme le diabète) et les affections provoquées par les maladies rénales (comme l'hypertension). La pression artérielle, le volume sanguin et les modifications de l'équilibre électrolytique relèvent de la compétence d'un néphrologue.

Les néphrologues travaillent généralement avec d'autres médecins qui orientent les patients vers eux ou les consultent au sujet de diagnostics et de plans de traitement spécifiques. Les patients sont généralement orientés vers un néphrologue pour des symptômes tels que la présence de sang ou de protéines dans les urines, une pression artérielle très élevée, des calculs rénaux ou une insuffisance rénale.

La néphrologie est une sous-spécialité de la médecine interne. Pour devenir néphrologue, la faculté de médecine est suivie d'une formation complémentaire pour obtenir une certification en médecine interne. Deux années supplémentaires ou plus sont consacrées spécifiquement à l'étude des troubles rénaux et de leurs effets sur l'organisme.

Résumé

Les reins sont les principaux organes d'osmorégulation du système des mammifères ; ils filtrent le sang et maintiennent l'osmolarité des fluides corporels à 300 mOsm. Ils sont entourés de trois couches et sont composés à l'intérieur de trois régions distinctes : le cortex, la moelle épinière et le bassin.

Les vaisseaux sanguins qui transportent le sang vers et hors des reins proviennent de l'aorte et de la veine cave inférieure et y fusionnent respectivement. Les artères rénales partent de l'aorte et pénètrent dans le rein où elles se divisent ensuite en artères segmentaires, interlobaires, arquées et corticales.

Le néphron est l'unité fonctionnelle du rein, qui filtre activement le sang et génère de l'urine. Le néphron est composé du corpuscule rénal et du tubule rénal. Les néphrons corticaux se trouvent dans le cortex rénal, tandis que les néphrons juxtamédullaires se trouvent dans le cortex rénal, près de la moelle rénale. Le néphron filtre et échange l'eau et les solutés avec deux ensembles de vaisseaux sanguins et le liquide tissulaire des reins.

La formation de l'urine comporte trois étapes : la filtration glomérulaire, qui se produit dans le glomérule ; la réabsorption tubulaire, qui se produit dans les tubules rénaux ; et la sécrétion tubulaire, qui se produit également dans les tubules rénaux.

Connexions artistiques

Figure\(\PageIndex{2}\) : Laquelle des affirmations suivantes concernant le rein est fausse ?

1. Le bassin rénal s'écoule dans l'uretère.
2. Les pyramides rénales se trouvent dans la moelle épinière.
3. Le cortex recouvre la capsule.
4. Les néphrons se trouvent dans le cortex rénal.

Réponse

C

Figure\(\PageIndex{3}\) : Laquelle des affirmations suivantes concernant le néphron est fausse ?

1. Le conduit collecteur se déverse dans le tubule alambiqué distal.
2. La capsule de Bowman entoure le glomérule.
3. La boucle de Henle se trouve entre les tubules alambiqués proximal et distal.
4. La boucle de Henle se déverse dans le tubule alambiqué distal.

Réponse

UN

Figure\(\PageIndex{5}\) : Les diurétiques de l'anse sont des médicaments parfois utilisés pour traiter l'hypertension. Ces médicaments inhibent la réabsorption des ions Na ⁺ et Cl ^- par le membre ascendant de la boucle de Henle. Un effet secondaire est qu'ils augmentent la miction. Pourquoi pensez-vous que c'est le cas ?

Réponse

Les diurétiques de l'anse diminuent l'excrétion du sel dans la moelle rénale, réduisant ainsi son osmolalité. En conséquence, moins d'eau est excrétée dans la médulla par le membre descendant et une plus grande quantité d'eau est excrétée sous forme d'urine.

Lexique

artériole afférente

artériole qui se ramifie à partir de l'artère rayonnée corticale et pénètre dans le glomérule

artère arquée

artère qui se ramifie à partir de l'artère interlobaire et se cambre au-dessus de la base des pyramides rénales

membre ascendant

partie de l'anse de Henle qui remonte de la médulla rénale au cortex rénal

Capsule de Bowman

structure qui entoure le glomérule

calice

structure qui relie le bassin rénal à la moelle rénale

cortex (animal)

couche externe d'un organe comme le rein ou la glande surrénale

néphron cortical

néphron qui se trouve dans le cortex rénal

artère rayonnante corticale

artère qui rayonne des artères arquées vers le cortex rénal

échangeur à contre-courant

réseau capillaire péritubulaire qui permet l'échange de solutés et d'eau provenant des tubules rénaux

multiplieur à contre-courant

gradient osmotique dans la moelle rénale responsable de la concentration de l'urine

membre descendant

partie de l'anse de Henle qui descend du cortex rénal jusqu'à la moelle rénale

tubule alambiqué distal (DCT)

partie du tubule rénal la plus éloignée du glomérule

artériole efférente

artériole sortant du glomérule

filtration glomérulaire

filtration du sang dans le réseau capillaire glomérulaire dans le glomérule

débit de filtration glomérulaire (GFR)

quantité de filtrat formé par le glomérule par minute

glomérule (rénal)

partie du corpuscule rénal qui contient le réseau capillaire

hile

région du bassin rénal où les vaisseaux sanguins, les nerfs et les uretères se regroupent avant d'entrer dans le rein ou d'en sortir

veine cave inférieure

l'une des principales veines du corps humain

artère interlobaire

artère qui se ramifie à partir de l'artère segmentaire et se déplace entre les lobes rénaux

cellule juxtaglomérulaire

cellule des artérioles afférente et efférente qui répond aux stimuli de la macula densa

néphron juxtamédullaire

néphron situé dans le cortex mais à proximité de la moelle rénale

rein

organe qui exerce des fonctions excrétrices et osmorégulatrices

lobes du rein

pyramide rénale avec la région corticale adjacente

boucle de Henle

partie du tubule rénal qui s'enfonce dans la moelle rénale

macula densa

groupe de cellules détectant les variations de la concentration en ions sodium ; présentes dans certaines parties du tubule rénal et des canaux collecteurs

médulle

couche intermédiaire d'un organe comme le rein ou la glande surrénale

néphron

unité fonctionnelle du rein

capsule de graisse périrénale

couche de graisse qui suspend les reins

réseau capillaire péritubulaire

réseau capillaire qui entoure le tubule rénal après la sortie de l'artère efférente du glomérule

tubule alambiqué proximal (PCT)

partie du tubule rénal située à proximité du glomérule

artère rénale

branche de l'artère qui pénètre dans le rein

capsule rénale

couche qui encapsule les reins

colonne rénale

zone du rein à travers laquelle se déplacent les artères interlobaires lors de l'apport sanguin aux lobes rénaux

corpuscule rénal

glomérule et capsule de Bowman ensemble

fascia rénal

tissu conjonctif qui soutient les reins

bassinet rénal

région du rein où les calices rejoignent les uretères

pyramide rénale

structure conique de la moelle rénale

tubule rénal

tubule du néphron qui provient du glomérule

veine rénale

branche d'une veine qui sort du rein et rejoint la veine cave inférieure

artère segmentaire

artère qui part de l'artère rénale

transport maximal

quantité maximale de soluté pouvant être transportée hors des tubules rénaux lors de la réabsorption

réabsorption tubulaire

récupération de l'eau et des solutés filtrés dans le glomérule

sécrétion tubulaire

processus de sécrétion de déchets qui ne sont pas réabsorbés

uretère

tube contenant de l'urine sortant du rein ; achemine l'urine vers la vessie

vessie

structure dans laquelle les uretères évacuent l'urine ; emmagasine l'urine

urine

filtrat produit par les reins qui est excrété hors de l'organisme

vasa recta

réseau péritubulaire qui entoure la boucle de Henle des néphrons juxtamédullaires