Principes généraux sur l’origine de l’urine

Cours principes généraux sur l’origine de l’urine, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Mise en évidence des différents mécanismes à l’origine de la synthèse urinaire

L’intervention d’une filtration dans l’élaboration de l’urine n’a pu être prouvée de façon indiscutable que par la réalisation de microponction du rein. En 1924, Richards met au point une méthode permettant de ponctionner le glomérule et de retirer une micro-fraction de l’urine contenu dans la chambre glomérulaire. Cette fraction d’urine fut suffisante pour réaliser une analyse physico-chimique simple. Les premières microponctions ont été réalisées dans les conditions favorables d’une espèce d’amphibiens, le Necturus, qui possède des glomérules géants (200 microns de diamètre). Ensuite les concentrations urinaires dans le glomérule on été mesurées pour de nombreuses molécules (Combrisson, 2007).
Les fractions recueillies dans la chambre glomérulaire ont des caractères physiques (Pression osmotique) et chimiques semblables au plasma pour certaines molécules. Le rapport Ug/P entre la concentration de l’urine glomérulaire et la concentration plasmatique pour une même substance est égal à 1 pour certaines moléculescf (. Tableau 1). Il en a donc été conclu que l’urine de la chambre glomérulaire est un ultra-filtrat de plasma. Il est donc possible d’affirmer que la formation de l’urine commence par une filtration à l’échelle des ions et des molécules, mais que par la suite d’autres processus interviendront.

Filtration glomérulaire

Le glomérule comporte les anses des capillaires glomérulaires et le feuillet de la capsule de Bowman qui les recouvre. L’ensemble de ces structures ; l’endothélium vasculaire des capillaires et le feuillet épithélial de la capsule de Bowman constitue la membrane glomérulaire, le support de la filtration (Osborne et Finco, 1995).

Mécanisme de la filtration glomérulaire

La filtration est un phénomène passif qui résulte de la différence de pression hydrostatique entre les capillaires glomérulaires et la chambre glomérulaire. Au sein des capillaires glomérulaires la pression hydrostatique reste élevée car elle est maintenue ainsi par l’artère glomérulaire efférente. Cette pression dépend de la pression artérielle systémique, des facteurs locaux tenant à la vasomotricité des artères glomérulaires afférente et efférente et de la contractilité des cellules mésangiales. Le débit au sein de l’artère glomérulaire afférente est très important puisque, à l’état normale, environ 25% du sang débité par le cœur est orienté dans le système vasculaire rénal.
Dans la chambre glomérulaire la pression hydrostatique est presque nulle (Osborne et Finco, 1995).

La pression de filtration

La pression de filtration est l’ensemble des forces qui s’exerce sur une molécule passant la membrane.
Elle comprend :
1) La pression sanguine dynamique qui correspond à la pression sanguine dans les capillaires glomérulaires. Cette pression capillaire (Pcap) est inférieure à la pression artérielle. Cette différence de pression est la conséquence de la perte de charge dans l’artériole afférente très fortement influencée par les phénomènes vasomoteurs.
2) La pression exercée par l’urine dans la chambre glomérulaire (Pur). Cette force freine le passage des molécules au travers du glomérule.
3) La pression oncotique (Ponc) des protéines plasmatiques. Il s’agit de la pression osmotique exercée par les grosses molécules. Elle est due au fait que les protéines ne franchissent pas la membrane filtrante. Elle exerce une force de rappel sur l’eau.
La pression de filtration résultante de cet ensemble aura finalement une valeur faible de 25 à 30 mmHg.
Pour confirmer l’importance de la pression de filtration sur la synthèse urinaire, de nombreuses expériences ont été entreprises.
Le principe était d’enregistrer la pression artérielle et le débit urinaire avant et après avoir injecté des molécules modifiant la vasomotricité et/ou le débit urinaire.
L’adrénaline par exemple, entraîne une vasoconstriction. Le sang ne passe plus dans les capillaires rénaux et ceci bien qu’il y ait une hypertension. On observe une anurie.
Une perfusion de soluté physiologique en grande quantité engendre une hypertension et une vasodilatation. La diurèse est plus importante ; on observe une polyurie.
Lors d’hémorragie, la pression artérielle systémique diminue, les vaisseaux se contractent et on observe une anurie.
La pression de filtration peut donc permettre le passage de l’eau et de substances dissoutes mais toutes les molécules ne passent pas la membrane filtrante du glomérule.

La membrane filtrante

La membrane filtrante résulte de l’accolement d’un endothélium des capillaires glomérulaires fenêtré et d’un épithélium urinaire.
Cette membrane présente donc des perforations et exerce sur les constituants du plasma une sélection reposant d’une part sur la taille des molécules et d’autre part sur leur charge ionique (Osborne et Finco, 1995).

Filtration glomérulaire selon la taille des molécules plasmatiques

La membrane filtrante possède 2 types de perforations déterminées par microscopie électronique. L’endothélium capillaire présente des fenestrations (discontinuités) et l’épithélium de la capsule de Bowman est formé de cellules épithéliales appelées Podocytes lesquelles sont espacées également. Néanmoins, la porosité de la membrane filtrante ne repose pas sur ces éléments. Il a été prouvé par microscopie électronique que la lame basale qui sépare l’endothélium capillaire de l’épithélium urinaire possède également des pores de taille nettement inférieure aux espaces décrits précédemment. Ces pores ont été évalués à un diamètre de 20 à 40 A°. Il s’agit en réalité de mailles délimitées par un feutrage de fibrilles conjonctives qui constituent le support de l’appareil filtrant.
En utilisant des molécules synthétiques de masse et de taille connues (polymère de Dextrans), il a été prouvé que les molécules de poids inférieur à 20 A° passaient la barrière glomérulaire, que celles de poids moléculaire compris entre 20 à 42 A° étaient freinées et que celles de poids moléculaire supérieurs à 42 A° n’étaient pas filtrées.
Par conséquent, les électrolytes et les petites molécules (glucose, urée, créatinine, etc.) passent librement la membrane filtrante. Les molécules protéiques de PM élevé restent dans le compartiment sanguin.
Néanmoins, un autre phénomène participe au maintient de certaines molécules dans le compartiment sanguin ; les phénomènes électrostatiques (Osborne et Finco, 1995).

Filtration glomérulaire selon la charge ionique des molécules plasmatiques

Le passage des molécules cationique est nettement favorisé. En effet, la membrane des podocytes est chargée négativement ainsi que les protéines circulantes. Par conséquent, la membrane des podocytes repoussent les grosses molécules protéiques vers la lumière vasculaire. Ces phénomènes électrostatiques sont considérés comme plus importants que les phénomènes purement mécaniques.
Le fait qu’une protéine circulante franchisse ou ne franchisse pas le filtre glomérulaire dépend donc à la fois de sa taille et de sa charge électrique. En pratique, on retient que la limite de taille est d’environ 70 000 daltons. Par ailleurs, le poids moléculaire de l’hémoglobine est de 68 000 daltons. De ce faite, l’hémoglobine présente en solution plasmatique dans certains cas d’hémolyse pathologique passe dans l’urine primitive (Osborne et Finco, 1995).
Pour qu’une filtration correcte ait lieu, la membrane filtrante doit rester intègre.

Intégrité du filtre glomérulaire

La filtration glomérulaire dépend directement de l’intégrité du filtre glomérulaire. Les modifications pathologiques des capillaires, de la basale, ou des podocytes peuvent aboutir à une diminution du volume filtré, ou au contraire à son augmentation et à l’élimination dans l’urine primitive de macromolécules protéiques.
Par ailleurs, l’intégrité de la filtration glomérulaire est en partie assurée par les cellules mésangiales.
En effet, leurs prolongements cytoplasmiques peuvent s’insinuer entre les capillaires et la basale glomérulaire pour phagocyter et détruire les dépôts macromoléculaires qui se forment sur la basale. Grâce à leur contractilité, ces cellules exercent une action vasomotrice sur les capillaires glomérulaires en influant sur leur pression et leur débit. De plus, les cellules mésangiales ménagent entre elles de minces chenaux lesquels constituent des shunts pour les liquides filtrés. Ainsi, en les empruntant, ces liquides filtrés rejoignent la circulation sanguine peu avant l’artère glomérulaire efférente. Le calibre de ces chenaux est modulé par la contraction des cellules mésangiales.
Cette intégrité de filtration permet une filtration glomérulaire quantitativement considérable : 20% du volume plasmatique arrivant au glomérule est filtré (Osborne et Finco, 1995).
En conclusion sur cette première étape de l’élaboration de l’urine, la filtration glomérulaire produit une solution aux caractéristiques très voisines de celle du plasma. Cette solution est appelée l’urine « provisoire » ou « primitive ». Elle est très abondante et isotonique par rapport au plasma. Elle contient à la fois des déchets que la fonction urinaire doit éliminer et de nombreuses molécules précieuses pour l’organisme (glucose, etc.) qui doivent être réabsorbées.