Physiologie rénale : homéostasie, anatomie fonctionnelle, circulation et filtration glomérulaire

Introduction

Le milieu intérieur, liquide extracellulaire séparé du milieu extérieur par le tissu cutané, doit conserver une composition stable pour permettre la vie libre et indépendante de l'organisme : c'est le principe de l'homéostasie, défini par Claude Bernard. Le rein en est l'acteur central, assurant à la fois l'élimination des déchets, la régulation hydro-électrolytique et plusieurs fonctions endocriniennes. Comprendre son anatomie fonctionnelle et sa circulation est le préalable indispensable à l'étude de la filtration glomérulaire, première étape de la formation de l'urine. Nous étudierons successivement l'homéostasie du milieu intérieur et les fonctions des reins, l'anatomie fonctionnelle du néphron, l'organisation de la circulation rénale, puis le mécanisme et la régulation de la filtration glomérulaire.

I. Homéostasie du milieu intérieur et fonctions des reins

A. Le milieu intérieur

Le milieu intérieur comprend l'eau et ses solutés : électrolytes (cations Na+, K+, Mg2+, Ca2+, H+ ; anions Cl-, HCO3-, protéines) et non-électrolytes (glucose, urée, créatinine, acides gras). Son maintien stable — équilibres hydrique, sodique, acido-basique, glycémique — définit l'homéostasie, condition de la vie libre et indépendante selon le physiologiste Claude Bernard.

B. Les fonctions du rein

Le rein assure 5 grandes fonctions. Élimination et régulation hydro-électrolytique : c'est la fonction la plus importante, ajustant le volume plasmatique et l'osmolarité. Élimination des déchets du métabolisme (urée, acide urique, créatinine) et de substances exogènes (médicaments, toxiques), avec participation à l'équilibre acido-basique. Néoglucogenèse (jusqu'à 20 % en situation de jeûne). Régulation de la pression artérielle, à court terme via la volémie et le système rénine-angiotensine, à long terme en se confondant avec la régulation de la volémie. Fonctions endocriniennes : synthèse de la forme active de la vitamine D (rôle dans le métabolisme calcique), de l'érythropoïétine (stimulée par l'hypoxie rénale, contrôle de l'érythropoïèse) et de la rénine (système rénine-angiotensine).

II. Anatomie fonctionnelle des reins

A. Le néphron, unité fonctionnelle du rein

Chaque rein compte environ 1 200 000 néphrons, chacun comportant 2 composantes : une composante vasculaire (artériole afférente, capillaires glomérulaires, artériole efférente, capillaires péritubulaires, vasa recta) et une composante tubulaire (capsule de Bowman, tube contourné proximal, anse de Henlé, tube contourné distal, tube collecteur). On distingue les néphrons corticaux (85 %, anse de Henlé courte) et les néphrons juxtamédullaires (15 %, anse de Henlé longue, rôle majeur dans la concentration des urines).

La formation de l'urine comporte 2 étapes successives au niveau du néphron : la filtration glomérulaire (formation de l'urine primitive) puis les transferts tubulaires — réabsorption et sécrétion — aboutissant à l'urine définitive.

B. L'appareil juxtaglomérulaire

Situé à la zone de contact entre le segment initial du tube contourné distal et l'artériole afférente du même néphron, il comprend 3 types cellulaires : les cellules juxtaglomérulaires (cellules myoépithéliales granulaires de la média de l'artériole afférente, stockant et libérant la rénine, porteuses de récepteurs β1-adrénergiques et AT1), la macula densa (cellules épithéliales du tube contourné distal, sensibles au débit tubulaire via la concentration en NaCl) et les cellules mésangiales extraglomérulaires.

III. La circulation rénale

A. Organisation et débit

L'artère rénale se divise successivement en artères segmentaires, interlobaires, arquées, interlobulaires, puis en artériole afférente, capillaires glomérulaires et artériole efférente — dont les ramifications donnent les capillaires péritubulaires (irrigant le cortex) et les vasa recta (irrigant la médullaire, le long des anses de Henlé juxtamédullaires). Particularité unique de la circulation rénale : la microcirculation glomérulaire est interposée entre deux artérioles (afférente et efférente), et non entre une artériole et une veinule comme ailleurs dans l'organisme. Au repos, le débit sanguin rénal (DSR) avoisine 1,2 L/min, soit environ 20 % du débit cardiaque — un débit très élevé, largement supérieur aux besoins métaboliques propres du rein, témoignant de sa fonction essentiellement d'épuration plutôt que nutritive.

B. Résistance à l'écoulement

Le rein est perfusé à une pression d'environ 100 mmHg (DSR = P/R). L'essentiel de la résistance vasculaire rénale provient des artérioles afférente et efférente, toutes deux à résistance élevée et modulable, expliquant la pression élevée et constante (~50 mmHg) dans le capillaire glomérulaire — 5 fois supérieure à celle des autres capillaires de l'organisme.

C. Régulation de la circulation rénale

L'autorégulation (intrinsèque) maintient le DSR et le débit de filtration glomérulaire (DFG) stables pour des pressions artérielles moyennes comprises entre 80 et 180 mmHg, par 2 mécanismes au niveau de l'artériole afférente : le mécanisme myogénique (contraction calcium-dépendante des cellules musculaires lisses en réponse à l'étirement pariétal) et le rétrocontrôle tubulo-glomérulaire (une augmentation du débit de fluide à la macula densa entraîne une vasoconstriction de l'artériole afférente, limitant le DFG). La régulation extrinsèque (neuro-hormonale) met en jeu des substances vasoconstrictrices (système rénine-angiotensine, système nerveux sympathique, ADH, endothéline) et vasodilatatrices (prostaglandines, NO, bradykinine, peptide atrial natriurétique). Le tonus sympathique, normalement inhibé, se lève en cas d'hypovolémie ou d'hypotension (PA < 80 mmHg), entraînant une vasoconstriction des artérioles afférentes et une baisse du DSR et du DFG.

IV. La filtration glomérulaire

A. Définition et barrière glomérulaire

La filtration glomérulaire est un transfert passif unidirectionnel d'une grande quantité de liquide plasmatique du capillaire glomérulaire vers l'espace urinaire, formant l'ultrafiltrat ou urine primitive. La barrière glomérulaire comporte 3 couches : les fenestrations de l'endothélium capillaire, la membrane basale glomérulaire (structure acellulaire chargée négativement) et les fentes de filtration entre les pédicelles des podocytes. Trois facteurs déterminent la perméabilité : la taille (les grosses molécules comme l'albumine sont retenues), la charge électrique (les protéines cationiques passent mieux que les anioniques, du fait de la charge négative de la membrane basale) et la forme des molécules.

B. Grandeur de la filtration

Chaque jour, 180 litres de filtrat traversent la barrière glomérulaire — les reins filtrent l'intégralité du plasma plus de 50 fois par jour. Le débit de filtration glomérulaire (DFG) est de 125 mL/min pour les deux reins, pour un débit plasmatique rénal d'environ 625 mL/min, soit une fraction de filtration de 20 %.

C. Pression nette de filtration (PNF)

L'ultrafiltration résulte de 2 facteurs : la perméabilité de la membrane (coefficient d'ultrafiltration Kf, produit de la perméabilité capillaire et de la surface de filtration, environ 100 m²) et la pression nette de filtration, différence entre le gradient de pression hydrostatique (favorisant la filtration, stable à 35 mmHg entre le capillaire glomérulaire à 50 mmHg et l'espace de Bowman à 15 mmHg) et le gradient de pression oncotique (s'opposant à la filtration, augmentant progressivement de 20 à 35 mmHg le long du capillaire du fait de la concentration croissante des protéines plasmatiques restantes). La PNF, maximale du côté afférent (15 mmHg), diminue progressivement et s'annule du côté efférent lorsque les 2 gradients s'égalisent.

D. Régulation de la filtration glomérulaire

La régulation du DFG se fait principalement par les changements de résistance des artérioles afférente et efférente, agissant sur la pression hydrostatique glomérulaire. Une vasoconstriction de l'artériole afférente diminue le débit sanguin rénal et la pression en aval, donc le DFG. À l'inverse, une vasoconstriction de l'artériole efférente diminue le débit sanguin rénal mais augmente la pression en amont (glomérulaire), donc augmente le DFG — un mécanisme essentiel exploité notamment par l'angiotensine II, dont l'effet vasoconstricteur prédomine sur l'artériole efférente, préservant ainsi le DFG malgré une baisse du débit sanguin rénal.

E. Mesure du débit de filtration glomérulaire

Le DFG se mesure par la clairance rénale d'une substance X (Cx = Ux × V / Px, où Ux et Px sont les concentrations urinaire et plasmatique, V le débit urinaire). La clairance de l'inuline, substance de référence librement filtrée, ni réabsorbée ni sécrétée, est égale au DFG. En pratique clinique, la clairance de la créatinine endogène est utilisée comme estimation du DFG.

Conclusion

Le rein assure l'homéostasie du milieu intérieur grâce à une organisation anatomo-fonctionnelle précise — le néphron — et une circulation à haut débit et forte pression capillaire glomérulaire, finement régulée par des mécanismes intrinsèques (autorégulation) et extrinsèques (neuro-hormonaux). La filtration glomérulaire, première étape de la formation de l'urine, produit chaque jour 180 litres d'ultrafiltrat selon un équilibre précis entre pression hydrostatique et pression oncotique. Le chapitre suivant abordera la seconde étape de la formation de l'urine — les transferts tubulaires — ainsi que le rôle du rein dans la régulation des équilibres hydrique, sodique et acido-basique de l'organisme.