Mécanismes de détection du volume

Le corps ne peut pas mesurer directement le volume sanguin, mais la pression artérielle peut être mesurée. La pression artérielle reflète souvent le volume sanguin et est mesurée par des barorécepteurs dans l'aorte et les sinus carotidiens. Lorsque la pression artérielle augmente, les barorécepteurs envoient des potentiels d'action plus fréquents au système nerveux central, entraînant une vasodilatation généralisée. Cette vasodilatation inclut les artérioles afférentes alimentant le glomérule, ce qui entraîne une augmentation du DFG et une perte d'eau par les reins. Si la pression diminue, moins de potentiels d'action se propagent vers le système nerveux central, ce qui entraîne une stimulation sympathique plus importante produisant une vasoconstriction, ce qui se traduira par une diminution de la filtration et du DFG, et une perte d'eau.

Une diminution de la pression artérielle est également détectée par les cellules granulaires de l'artériole afférente de l'appareil juxtaglomérulaire. En réponse, l'enzyme rénine est libérée. Vous avez vu plus tôt dans le chapitre que l'activité de la rénine entraîne une augmentation presque immédiate de la pression artérielle, car l'angiotensine II activée produit une vasoconstriction. L'augmentation de la pression est maintenue par les effets de l'aldostérone initiés par l'angiotensine II ; cela inclut une augmentation de la rétention de Na⁺ et du volume d'eau. Par ailleurs, en fin de cycle menstruel, la progestérone a une influence modeste sur la rétention d'eau. En raison de sa similarité structurelle avec l'aldostérone, la progestérone se lie au récepteur de l'aldostérone dans le tubule collecteur du rein, provoquant le même effet, bien que plus faible, sur la rétention de Na⁺ et d'eau.

Les cardiomyocytes des oreillettes répondent également à un étirement plus important (lorsque la pression artérielle augmente) en sécrétant l'ANH. L'ANH s'oppose à l'action de l'aldostérone en inhibant la récupération de Na⁺ par le tubule contourné distal et les tubules collecteurs. Plus de Na⁺ est perdu, et comme l'eau suit, le volume sanguin total et la pression diminuent. Dans les états de basse pression, l'ANH ne semble pas avoir beaucoup d'effet.

L'ADH est également appelée vasopressine. Les premiers chercheurs ont découvert que dans les cas de sécrétion inhabituellement élevée d'ADH, l'hormone provoquait une vasoconstriction (activité vasopressive, d'où son nom). Ce n'est que plus tard que ses propriétés antidiurétiques ont été identifiées. L'ADH synthétique est encore occasionnellement utilisée pour arrêter les hémorragies œsophagiennes potentiellement mortelles chez les alcooliques.

Lorsque le volume sanguin diminue de 5 à 10 pour cent, entraînant une baisse de la pression artérielle, il y a une augmentation rapide et significative de la libération d'ADH par l'hypophyse postérieure. Il en résulte une vasoconstriction immédiate pour augmenter la pression artérielle. L'ADH provoque également l'activation des canaux aquaporines dans les tubules collecteurs pour affecter la récupération d'eau afin d'aider à restaurer le volume vasculaire.

Les diurétiques et le volume des fluides

Un diurétique est un composé qui augmente le volume urinaire. Trois boissons familières contiennent des composés diurétiques : le café, le thé et l'alcool. La caféine du café et du thé agit en favorisant la vasodilatation dans le néphron, ce qui augmente le DFG. L'alcool augmente le DFG en inhibant la libération d'ADH par l'hypophyse postérieure, ce qui entraîne une moindre récupération d'eau par le tubule collecteur. En cas d'hypertension artérielle, des diurétiques peuvent être prescrits pour réduire le volume sanguin et, par conséquent, réduire la pression artérielle. Le diurétique antihypertenseur le plus fréquemment prescrit est l'hydrochlorothiazide. Il inhibe le symporteur Na⁺/Cl^– dans le TCD et le tubule collecteur. Le résultat est une perte de Na⁺, l'eau suivant passivement par osmose.

Les diurétiques osmotiques favorisent la perte d'eau par osmose. Un exemple est le mannitol, un sucre indigestible, qui est le plus souvent administré pour réduire l'œdème cérébral après un traumatisme crânien. Cependant, ce n'est pas le seul sucre qui peut produire un effet diurétique. Dans les cas de diabète sucré mal contrôlé, les niveaux de glucose dépassent la capacité des symporteurs tubulaires de glucose, ce qui entraîne la présence de glucose dans l'urine. Le glucose non récupéré devient un puissant diurétique osmotique. Classiquement, à l'époque où le glucose ne pouvait pas être détecté dans le sang et l'urine, les cliniciens identifiaient le diabète sucré par les trois P : polyurie (diurèse), polydipsie et polyphagie.

Régulation du Na⁺ extracellulaire

Le sodium a un effet osmotique très fort et attire l'eau. Il joue un rôle plus important dans l'osmolarité du plasma que tout autre composant circulant du sang. S'il y a trop de Na⁺ présent, soit en raison d'un mauvais contrôle, soit d'une consommation alimentaire excessive, une série de problèmes métaboliques s'ensuivent. Il y a une augmentation du volume total d'eau, ce qui entraîne une hypertension (pression artérielle élevée). Sur une longue période, cela augmente le risque de complications graves telles que les crises cardiaques, les accidents vasculaires cérébraux et les anévrismes. Cela peut également contribuer à un œdème systémique.

Les mécanismes de régulation de la concentration de Na⁺ incluent le système rénine-angiotensine-aldostérone et l'ADH (voir Figure 25.14). L'aldostérone stimule l'absorption de Na⁺ sur la membrane cellulaire apicale des cellules du TCD et des tubules collecteurs, tandis que l'ADH aide à réguler indirectement la concentration de Na⁺ en régulant la réabsorption d'eau.

Régulation du K⁺ extracellulaire

Le potassium est présent en concentration 30 fois plus élevée à l'intérieur de la cellule qu'à l'extérieur de la cellule. On peut généraliser que les concentrations de K⁺ et de Na⁺ évolueront dans des directions opposées. Lorsque plus de Na⁺ est réabsorbé, plus de K⁺ est sécrété ; lorsque moins de Na⁺ est réabsorbé (ce qui entraîne son excrétion par le rein), plus de K⁺ est retenu. Lorsque l'aldostérone provoque une récupération de Na⁺ dans le néphron, un gradient électrique négatif est créé qui favorise la sécrétion de K⁺ et de Cl^– dans la lumière.

Régulation du Cl^–

Le chlorure est important dans l'équilibre acido-basique de l'espace extracellulaire et a d'autres fonctions, comme dans l'estomac, où il se combine avec les ions hydrogène dans la lumière de l'estomac pour former de l'acide chlorhydrique, facilitant la digestion. Son association étroite avec le Na⁺ dans l'environnement extracellulaire en fait l'anion dominant de ce compartiment, et sa régulation reflète étroitement celle du Na⁺.

Régulation du Ca⁺⁺ et du phosphate

Les glandes parathyroïdes surveillent et répondent aux niveaux circulants de Ca⁺⁺ dans le sang. Lorsque les niveaux sont trop bas, la PTH est libérée pour stimuler le TCD à réabsorber le Ca⁺⁺ de l'urine en formation. Lorsque les niveaux sont adéquats ou élevés, moins de PTH est libérée et plus de Ca⁺⁺ reste dans l'urine en formation pour être perdu. Les niveaux de phosphate évoluent dans la direction opposée. Lorsque les niveaux de Ca⁺⁺ sont bas, la PTH inhibe la réabsorption de ${\text{HPO}}_4^{2-}$ afin que son niveau sanguin diminue, permettant aux niveaux de Ca⁺⁺ d'augmenter. La PTH stimule également la conversion rénale du calcidiol en calcitriol, la forme active de la vitamine D. Le calcitriol stimule ensuite les intestins à absorber plus de Ca⁺⁺ de l'alimentation.

Régulation du H⁺, du bicarbonate et du pH

L'homéostasie acido-basique du corps est fonction des tampons chimiques et de la tamponnade physiologique fournie par les poumons et les reins. Les tampons, en particulier les protéines, ${{\text{HCO}}_3}^{-}$, et l'ammoniac ont une très grande capacité à absorber ou à libérer du H⁺ selon les besoins pour résister à un changement de pH. Ils peuvent agir en une fraction de seconde. Les poumons peuvent débarrasser le corps de l'excès d'acide très rapidement (secondes à minutes) par la conversion du HCO₃^– en CO₂, qui est ensuite exhalé. C'est rapide mais a une capacité limitée face à un défi acide important. Les reins peuvent débarrasser le corps de l'acide et de la base. La capacité rénale est grande mais lente (minutes à heures). Les cellules du tubule contourné proximal sécrètent activement du H⁺ dans l'urine en formation à mesure que le Na⁺ est réabsorbé. Le corps se débarrasse de l'excès de H⁺ et augmente le pH sanguin. Dans les tubules collecteurs, les surfaces apicales des cellules intercalaires possèdent des pompes à protons qui sécrètent activement du H⁺ dans la lumière de l'urine en formation pour l'éliminer du corps.

Lorsque les ions hydrogène sont pompés dans l'urine en formation, ils sont tamponnés par le bicarbonate (HCO₃^–), le H₂PO₄^– (ion dihydrogénophosphate) ou l'ammoniac (formant le NH₄⁺, ion ammonium). Le pH urinaire varie généralement dans une plage normale de 4,5 à 8,0.

Régulation des déchets azotés

Les déchets azotés sont produits par la dégradation des protéines lors du métabolisme normal. Les protéines sont décomposées en acides aminés, qui sont à leur tour désaminés par l'élimination de leurs groupes azotés. La désamination convertit les groupes amino (NH₂) en ammoniac (NH₃), en ion ammonium (NH₄⁺), en urée ou en acide urique (Figure 25.22). L'ammoniac est extrêmement toxique, la majeure partie est donc très rapidement convertie en urée dans le foie. Les déchets urinaires humains contiennent généralement principalement de l'urée avec de petites quantités d'ammonium et très peu d'acide urique.

Figure 25.22 Déchets azotés

Élimination des médicaments et des hormones

Les médicaments hydrosolubles peuvent être excrétés dans l'urine et sont influencés par un ou tous les processus suivants : filtration glomérulaire, sécrétion tubulaire ou réabsorption tubulaire. Les médicaments de petite taille structurelle peuvent être filtrés par le glomérule avec le filtrat. Les grandes molécules de médicaments telles que l'héparine ou celles qui sont liées aux protéines plasmatiques ne peuvent pas être filtrées et ne sont pas facilement éliminées. Certains médicaments peuvent être éliminés par des protéines porteuses qui permettent la sécrétion du médicament dans la lumière tubulaire. Il existe des transporteurs spécifiques qui éliminent les médicaments basiques ou acides (tels que la pénicilline ou l'indométhacine). Comme c'est le cas pour d'autres substances, les médicaments peuvent être à la fois filtrés et réabsorbés passivement le long d'un gradient de concentration.