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Eau totale
eau intracellulaire
eau extracellulaire
Eau : solvant de l’organisme
•
Solubilisation des molécules:
– Interaction moléculaire lors des réactions
métaboliques
– Mouvements ioniques à l’intérieur et de part et
d’autre de la cellule
• Déterminant du volume des différents
compartiments
• Adulte: 60% du poids Homme: 42 l
Femme: 30 l
Sectorisation de l’eau (1)
Eau intracellulaire / Eau extracellulaire
Barrière physique
Membrane cellulaire semiperméable
Présence de canaux hydriques: aquaporines
Pression
Pression osmotique efficace (tonicité)
Tonicité / Osmolalité
•
Tonicité d’une solution:
– nombre de molécules non
diffusibles dissoutes dans un
kilogramme d’eau.
– Par rapport à une solution
d’eau pure, création d’une
pression hydrostatique de 20
mm Hg par mole dissoute.
– Secteur intracellulaire:
• potassium
• phosphate organique.
– Secteur extracellulaire:
• sodium
• La concentration de sodium
(natrémie) est un reflet de la
tonicité du secteur
extracellulaire.
•
Osmolalité d’une solution:
– nombre des molécules,
diffusibles ou non, dissoutes
dans un kilogramme d’eau.
– Urée & glucose:
• diffusent facilement en
situation physiologique,
• participent à l’osmolalité des
différents secteurs
• n’entrent pas dans le calcul
de la tonicité de ces mêmes
secteurs.
Sectorisation de l’eau (2)
Eau plasmatique / Eau interstitielle
Barrière physique
Paroi vasculaire
Pressions
Pression hydrostatique: pression artérielle (sortie
d’eau du capillaire)
Pression oncotique: protéines plasmatiques (entrée
d’eau dans le capillaire)
Eau extracellulaire
• 35 à 45% de l’eau totale
• Dépend du nombre d’osmoles extracellulaires (Na)
qui est variable
• En équilibre avec le secteur intracellulaire de part
la pression osmotique efficace
• Déterminant du volume plasmatique et de la
pression artérielle
Eau intracellulaire
• 55 à 65% de l’eau totale
• Dépend du nombre d’osmoles intracellulaires (55 à
65% du nombre total d’osmoles) considéré comme
fixe chez adulte sain
• Déterminant principal d’une grandeur régulée: le
volume cellulaire
Echanges avec extérieur
• Secteur intracellulaire: ouvert sur secteur
extracellulaire
• Secteur extracellulaire :seul secteur ouvert sur
monde extérieur
• Tout échange impliquant le secteur intracellulaire
nécessite d’abord une modification du secteur
extracellulaire puis une modification du secteur
intracellulaire
Rappel de physiologie
• Régulation
ensemble des fonctions qui visent à assurer, par une
boucle homéostasique, la constance d’une grandeur
du milieu intérieur.
• Boucle homéostasique
Grandeur régulée
Capteurs
Effecteurs
Boucle régulatrice
• Grandeur régulée:
volume cellulaire
• Déterminant:
volume d’eau intracellulaire
• Capteurs:
osmorécepteurs
• Effecteurs:
ADH
Centre de la soif
• Résultante:
Réabsorption rénale d’eau
Ingestion d’eau
H2O
Osmoles
SOIF
Oropharynx
295mOsm/Kg
OsmoR
280mOsm/Kg
Volume
Cellulaire
=
Osmoles
H2O
H2O
Glu,Urée
K
Na
H2O
Osm
H2O
NKCC
NCT
Osm
NKCC
H2O
Osm
H2O
Osm
Osm
AQP2
Osm
ADH
Rc V2
Osmoles
H2O
Les Osmorécepteurs
• Localisées dans l’hypothalamus antérieur
• Détectent des modifications de tonicité de 1%.
• Activation cellulaire effectuée par le biais de canaux
sensibles au stress mécanique.
– Augmentation de la tonicité  dépolarisation cellulaire
– Diminution de la tonicité  hyperpolarisation cellulaire.
• Persistance des modifications de la polarisation tant que le
volume cellulaire n’a pas été normalisé.
• Action sur les cellules sécrétrices d’ADH et sur le centre de
la soif
• Seuil de stimulation
– sécrétion d’ADH: 280 mosmol/kg H2O
– Soif: 295 mosm/kg H2O
Le centre de la soif
• Permet de modifier les apports hydriques de l’organisme.
• Bases anatomiques et physiologiques de la soif mal connues.
• Stimulé par:
– afférences des osmorécepteurs: hypertonicité
– afférences des barorécepteurs: diminution importante de la
pression artérielle
– Angiotensine II
• Inhibé par:
– afférences oropharyngées inhibitrices.
– permettent d’arrêter l’apport hydrique avant que l’eau ne soit
absorbée dans l’intestin, ce qui évite les variations brutales de
tonicité plasmatique.
L’hormone antidiurétique (ADH, AVP)
•
noyaux supraoptiques et
paraventriculaires
•
•
polypeptide de 9 acides aminés
gène localisé sur le
chromosome 20
•
synthèse d’une préhormone:
•
Clivage lors du cheminement
des granules de sécrétion le
long des axones vers la posthypophyse.
peptide signal +
ADH +
neurophysine II +
glycopeptide
Modulations
• Tonicité:
– libération rapide des granules de sécrétion dans la
circulation sanguine
– augmentation de la synthèse de l’hormone.
– effet transcriptionnel maintenu après la normalisation de
la tonicité plasmatique, tant que les granules de sécrétion
d’ADH ne sont pas reconstitués
• Modulation indépendante de la tonicité
– Activation
• Hypovolémie importante
• Catécholamines, nausées, douleur, hypoglycémie profonde, nicotine,
morphine à haute dose, prostaglandines, nombreux médicaments
– Inhibition:
• Hypervolémie
• Glucocorticoides, antagonistes dopaminergiques, morphine à faible
dose et alcool
Mutations génétiques
• Mutations dans le gène de l’ADH  diabètes insipides
centraux
• L’une des mutation les plus étudiées, située dans l’exon 2:
apparition d’un codon stop et synthèse d’une protéine
tronquée qui ne peut être sécrétée
• Rat Brattleboro
• Souris Knock-In
Souris mutation ADH
Bilan de l’eau et des osmoles
Rôle du Rein
• Réabsorption du filtrat glomérulaire (180L)
– Tube proximal
– Associé à la réabsorption d’osmoles
• Régulation du bilan
–
–
–
–
Néphron distal
Dissociation de la réabsorption de l’eau et des osmoles
Cible de l’ADH
Nombreux acteurs:
• Coopération de plusieurs structures tubulaires
• Intervention de différentes molécules
Les aquaporines
• Aquaporines:
– molécules de 30 kD en moyenne,
– 6 domaines transmembranaires
– sous forme de tétramère dans la membrane plasmique
Localisation rénale
Réabsorption du filtrat glomérulaire
• Réabsorption des osmoles:
– Système de transport +/- dépendant du sodium
• Réabsorption de l’eau: Rôle de l’AQP1
– Localisation:
• membranes apicales et basolatérales des cellules tubulaires
proximales, de l’anse descendante de Henle, de cellules
endothéliales,
• cellules épithéliales choroïdes, oculaires ou biliaires
• Erythrocytes: antigène Colton
– souris invalidées AQP1-/-:
• défaut majeur de réabsorption proximale d’eau
• Apparition hypertonicité lors d’une restriction hydrique.
– patients Colton -/- :
• pas de désordres du bilan hydrique.
Régulation du bilan de l’eau
Dissociation de la réabsorption de l’eau et des osmoles
dilution / concentration
• Segment du dilution
– Rétention d’osmoles / Elimination d’eau
– Phylogénie: Passage de l’eau salée à l’eau douce
– Tube contourné distal
• Segment de concentration
– Elimination d’osmoles / Rétention d’eau
– Phylogénie:
• Alimentation protéique  formation d’urée
• Passage de la vie aquatique à la vie terrestre
– Collaboration entre plusieurs structures du néphron
• Canal collecteur médullaire / Anse de Henle / Vasa recta
Segment de dilution
• Réabsorption de NaCl sans réabsorption d’eau
• Segment imperméable à l’eau
• Réabsorption de NaCl
– Anse large ascendante de Henle: NKCC2
– Tube contourné distal: NCT
Segment de dilution
Furosémide
Cl
Na
K
K
Thiazidique
Na
Cl
NCT
ROMK
NKCC
K
K
Na
Na
ClC5
Cl
Anse de Henlé
Tube contourné distal
Segment de concentration
• Concentration des osmoles
– NaCL:
• Anse de Henle,
• Acteurs moléculaires: NKCC, ClC5, ROMK
– Urée:
• Canal collecteur et anse de Henle
• Acteur moléculaire: UTA et UTB
– Echanges et multiplications par contre-courant
Concentration osmolaires (1):
NaCL & création du gradient osmolaire
Cl
Na
K
K
ROMK
NKCC
385
335
285
285
385
335
285
185
135
385
335
285
285
385
335
285
185
135
385
285
335
385
285
485
335
K
385
285
485
ClC5
Cl
385
285
485
Na
Anse de Henlé
AQP1
285
385
335
285
385
485
285
385
485
285
385
485
285
185
135
285
285
185
385
285
285
185
385
285
485
285
185
385
285
485
Concentration Osmolaires (2):
Recyclage de l’urée
Urée
UTA1
H20
K
UTA3-4
UTA2
Urée
Na
Canal collecteur médullaire
Urée
vasa recta et préservation du gradient
Vasa recta
descendant
285
300
325
350
375
475
425
450
635
575
600
775
725
750
925
875
1050
1075
1025
1200
1200
1200
Vasa recta
ascendant
Le gradient corticopapillaire
Vision d’ensemble
NaCl
ADH
AQP1
Na
K
2Cl
AQP2
NaCl
NaCl
Urée
Urée
Réabsorption d’eau
• Segment du néphron cible de l’ADH
– Présence de récepteur à l’ADH
– Présence de canaux hydriques
• Gradient chimique
– Gradient osmolaire corticopapillaire
Récepteurs ADH
• Deux types de récepteurs V1 & V2
• Famille des récepteurs à 7 domaines transmembranaires
•
Récepteur V1:
– localisé sur les cellules endothéliales et musculaires lisses vasculaires
– Activation de la phospholipase C et augmentation du calcium intracellulaire
vasoconstriction majeure.
– utilisation de cet effet vasoconstricteur dans le traitement des
hémoptysies ou des syndromes hépatorénaux.
• Récepteur V2:
– situé sur les cellules du canal collecteur et les cellules
endothéliales
– couplé à l’adénylate cyclase
– activation de la cascade AMP cyclique / protéines kinase A (PKA).
dans les cellules du canal collecteur  augmentation de
l’expression apicale d’AQP2
– dans les cellules endothéliales  libération de facteur von
Willebrand
Action de l’ADH dans la cellule principale
H2O
ADH
H2O
Mutations génétiques
Diabète insipide néphrogénique
Récepteur V2
AQP2
Modèles animaux
• Souris UTA -/• Souris AVPR2 -/• Souris AQP2 -/-
Souris UTA-/Composition moléculaire de la médullaire
•
•
•
Délétion de 3 kb (exon 10) du
gène UT-A
Perte de l’expression dans le
CCM de UT-A1 et UT-A3
Absence de transport d’urée
sensible à l’ADH
Elimination de l’eau selon le régime protéique
20%
4%
Souris AVP R2-/•
•
•
•
Knock-In mutation (Glu242stop) observée chez l’homme
Souris normales à 2–3 jours mais décès rapide par deshydratation
majeure
Femelle hétérozygotes: croissance normale mais phénotype de
diabète insipide néphrogénique
Pas de modifications de l’expression basale de AQP2 mais pas de
réponse à ADH
Les souris AQP2-/•
•
•
Knock-In mutation AQP2-T126M observée chez l’homme
Souris normales à 2–3 jours mais décès rapide par deshydratation
majeure
AQP2 mutante retenue dans le réticulum endoplasmique
Bilan des osmoles / bilan de l ’eau
Concentration / dilution
Elimination d ’eau (L)
16
14
12
10
8
6
4
60
300
2
0
300
1200
600
900