Dans les reins, un liquide semblable au plasma est filtré à travers les capillaires glomérulaires dans les tubules. La réabsorption tubulaire qui constitue l’élimination de l’eau et des solutés du fluide tubulaire et la sécrétion tubulaire qui constitue la sécrétion de solutés dans le fluide tubulaire modifient le volume et la composition du filtrat glomérulaire lorsqu’il passe dans les tubules et l’urine.

Les reins possèdent également des fonctions endocriniennes importantes telles que la fabrication de kinines, de 1,25-dihydroxycholécalciférol et de rénine.

Le sang est séparé du filtrat glomérulaire dans la capsule de Bowman par l’endothélium capillaire et l’épithélium spécialisé de la capsule de Bowman qui est constitué de podocytes. Les deux couches sont séparées par une lame basale. Les cellules étoilées (cellules mésangiales) sont situées entre les capillaires sous la lame basale mais à l’extérieur de la lumière capillaire. Les cellules mésangiales sont contractiles et jouent un rôle dans la régulation de la filtration glomérulaire. Ils sécrètent également diverses substances et accumulent des complexes immuns.

L’endothélium des capillaires est fenêtré, avec des pores de 70 à 90 nm de diamètre. Les pseudopodes des podocytes épithéliaux s’interdigitent pour former des fentes de filtration, le long de la paroi capillaire. Les fentes ont une largeur de 25 nm et chacune est fermée par une fine membrane.

Le tubule proximal a un diamètre de 55 micromètres. Sa paroi est constituée d’une seule couche de cellules qui s’interdigitent les unes avec les autres et sont unies par des jonctions serrées apicales. La partie contournée du tubule proximal se jette dans la partie droite, formant la première partie de l’anse de Henlé.

Le tubule proximal se termine par le segment mince du membre descendant de l’anse de Henlé. Les parois des artérioles afférentes contiennent les cellules juxtaglomérulaires sécrétant de la rénine. À ce stade, l’épithélium tubulaire est modifié histologiquement pour former la macula densa. Les cellules juxtaglomérulaires, la macula dense et les cellules mésangiales forment l’appareil juxtaglomérulaire. L’épithélium du tubule contourné distal est inférieur à celui du tubule proximal. Les tubules distaux fusionnent pour former les canaux collecteurs, qui traversent le cortex rénal et la moelle pour se jeter dans le bassin du rein aux sommets des pyramides médullaires.

L’épithélium des canaux collecteurs est constitué de cellules P et de cellules intercalées. Les cellules P sont impliquées dans la réabsorption de Na+ et la réabsorption d’eau stimulée par la vasopressine. Les cellules I sont impliquées dans la sécrétion d’acide et le transport de HCO3. Les cellules interstitielles médullaires de type I sécrètent des prostaglandines (PGE2).

Les artérioles afférentes sont des branches courtes et droites des artères interlobulaires. Chacune se divise en plusieurs branches capillaires pour former l’artériole efférente, qui se brise en capillaires qui alimentent les tubules (capillaires péritubulaires) avant de se drainer dans les veines interlobulaires. Les segments artériels entre les glomérules et les tubules sont donc un système porte. Les capillaires glomérulaires sont les seuls capillaires du corps qui se drainent dans les artérioles. Il y a peu de muscle lisse dans les artérioles efférentes.

Les capillaires drainant les tubules des néphrons corticaux forment un réseau péritubulaire tandis que les artérioles efférentes des glomérules juxtamédullaires se drainent dans un réseau péritubulaire plus les vasa recta. Les vasa recta sont des boucles en épingle à cheveux qui plongent dans les pyramides médullaires le long des boucles de Henlé. Les vasa recta descendants ont un endothélium non fenêtré qui contient un transporteur facilité pour l’urée, et les vasa recta ascendants ont un endothélium fenêtré qui sert à conserver les solutés.

La filtration se produit lorsque la pression force le fluide et les solutés à traverser une barrière semi-perméable, le mouvement du soluté étant limité par la taille des particules. La pression hydrostatique est la pression produite par un fluide contre une surface. Le sang à l’intérieur du glomérule crée une pression hydrostatique glomérulaire qui force le liquide hors du glomérule dans la capsule glomérulaire. Le fluide dans la capsule glomérulaire crée une pression poussant le fluide hors de la capsule glomérulaire vers le glomérule, s’opposant à la pression hydrostatique glomérulaire. C’est la pression hydrostatique capsulaire. Ces fluides exercent des pressions dans des directions opposées. Le mouvement net du fluide se fera dans le sens de la pression inférieure. Cependant, la concentration des solutés dans les fluides affecte également le mouvement net du fluide.

L’eau traverse une membrane des zones à forte concentration en eau (faible concentration en soluté dissous) vers les zones à faible concentration en eau (forte concentration en soluté dissous) par le processus d’osmose. La concentration de solutés plasmatiques dans le glomérule est supérieure à la concentration du filtrat dans la capsule glomérulaire car la membrane de filtration limite la taille des particules traversant la membrane. La plupart des protéines ne peuvent pas passer dans le filtrat, ce qui entraîne un mouvement de l’eau hors de la capsule vers le glomérule. Cette pression agissant pour attirer l’eau dans le glomérule est appelée pression colloïdo-osmotique. L’absence de protéines dans l’espace glomérulaire (la lumière à l’intérieur de la capsule glomérulaire) entraîne une pression osmotique capsulaire proche de zéro.

La filtration glomérulaire se produit lorsque la pression hydrostatique glomérulaire (sang) dépasse la pression hydrostatique de la capsule glomérulaire et la pression colloïdo-osmotique. La somme de toutes les influences, à la fois oncotiques et hydrostatiques, donne une pression de filtration nette. La pression hydrostatique glomérulaire est typiquement d’environ 55 mmHg poussant le fluide dans la capsule glomérulaire. Cette pression vers l’extérieur est contrée par une pression hydrostatique capsulaire typique d’environ 15 mmHg et une pression oncotique de 30 mmHg.

Pression de filtration nette = pression hydrostatique du sang glomérulaire – (pression hydrostatique capsulaire + pression colloïdo-osmotique).

Le débit de filtration glomérulaire (DFG) peut être mesuré chez les animaux intacts et les humains en mesurant l’excrétion et le niveau plasmatique d’une substance qui est librement filtrée à travers les glomérules et qui n’est ni sécrétée ni réabsorbée par les tubules.

La pression dans les capillaires glomérulaires est plus élevée que celle dans les autres lits capillaires car les artérioles afférentes sont des branches courtes et droites des artères interlobulaires. Les artérioles efférentes ont également une résistance relativement élevée.

Le rapport du GFR au débit plasmatique rénal est appelé fraction de filtration.

Lorsqu’il y a une chute de la pression artérielle systémique, le DFG chute moins que le débit plasmatique rénal en raison de la constriction artériolaire efférente.

Dans la partie initiale du tubule proximal, le glucose et le Na+ sont co-transportés depuis la lumière tubulaire par SGLT2, le Na+ est pompé hors des cellules tubulaires par la Na+-K+-ATPase dans les membranes basolatérales et le glucose est transporté vers l’interstitium par GLUT2. SGLT1 transporte deux Na+ pour chaque glucose tandis que SGLT2 transporte un Na+.

Les reins sont innervés par les neurones sympathiques du système nerveux autonome via le plexus cœliaque et les nerfs splanchniques. La réduction de la stimulation sympathique entraîne une vasodilatation et une augmentation du flux sanguin dans les reins pendant les conditions de repos. Lorsque la fréquence des potentiels d’action augmente, le muscle lisse artériolaire se contracte (vasoconstriction), entraînant une diminution du flux glomérulaire, donc moins de filtration se produit. Dans des conditions de stress, l’activité nerveuse sympathique augmente, entraînant la vasoconstriction directe des artérioles afférentes (effet noradrénaline) ainsi qu’une stimulation de la médullosurrénale. La médullosurrénale, à son tour, produit une vasoconstriction généralisée par la libération d’épinéphrine. Cela inclut la vasoconstriction des artérioles afférentes, réduisant davantage le volume de sang circulant dans les reins. Ce processus redirige le sang vers d’autres organes ayant des besoins plus immédiats. En cas de stress sévère, tel qu’une perte de sang importante, le système nerveux sympathique passe à la vitesse supérieure pour maintenir le sang acheminé vers les organes essentiels et maintenir le corps en vie. La forte vasoconstriction requise pour maintenir la pression artérielle systémique dans ces conditions sévères réduit considérablement le flux sanguin vers les reins et peut endommager les tissus rénaux.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone joue un rôle clé dans la régulation du volume sanguin et de la résistance vasculaire systémique, qui, ensemble, influencent le débit cardiaque et la pression artérielle. La rénine, qui est principalement libérée par les reins, stimule la formation d’angiotensine dans le sang et les tissus, ce qui stimule la libération d’aldostérone par le cortex surrénalien.

La rénine est une enzyme protéolytique qui est libérée dans la circulation par les reins en raison de : 1) l’activation du nerf sympathique (agissant par l’intermédiaire des récepteurs β1-adrénergiques) 2) l’hypotension artérielle rénale (causée par une hypotension systémique ou une sténose de l’artère rénale) 3) une diminution de l’apport de sodium aux tubules distaux du rein.

Les cellules juxtaglomérulaires (JG) associées à l’artériole afférente entrant dans le glomérule rénal sont le site principal de stockage et de libération de la rénine. Une réduction de la pression artérielle afférente provoque la libération de rénine des cellules JG, tandis qu’une pression accrue inhibe la libération de rénine. Les récepteurs bêta1-adrénergiques situés sur les cellules JG répondent à la stimulation nerveuse sympathique en libérant de la rénine. Les cellules spécialisées (macula densa) des tubules distaux sont adjacentes aux cellules JG de l’artériole afférente. La macula densa détecte la concentration d’ions sodium et chlorure dans le fluide tubulaire. Lorsque le NaCl est élevé dans le liquide tubulaire, la libération de rénine est inhibée. En revanche, une réduction du NaCl tubulaire stimule la libération de rénine par les cellules JG. Les prostaglandines (PGE2 et PGI2) stimulent la libération de rénine en réponse à la réduction du transport de NaCl à travers la macula densa. Lorsque la pression artérielle afférente est réduite, la filtration glomérulaire diminue, ce qui réduit le NaCl dans le tubule distal. Ceci constitue un mécanisme important contribuant à la libération de rénine en cas d’hypotension artérielle afférente, qui peut être causée par une hypotension systémique ou un rétrécissement (sténose) de l’artère rénale qui alimente le flux sanguin vers le rein.

Lorsque la rénine est libérée dans le sang, elle agit sur un substrat circulant, l’angiotensinogène, qui subit un clivage protéolytique pour former le décapeptide angiotensine I. L’endothélium vasculaire, en particulier dans les poumons, libère une enzyme connue sous le nom d’enzyme de conversion de l’angiotensine qui sépare deux acides aminés en forment l’octapeptide, l’angiotensine II. De nombreux autres tissus du corps (cœur, cerveau, vasculaire) peuvent également former de l’angiotensine II.

Mécanismes de contrôle homéostatique dans le système rénal : La baisse de la concentration de sodium est surveillée par des chimiorécepteurs dans les cellules de la macula densa. S’il y a une baisse de la concentration de Na+ ou de la pression artérielle, l’innervation sympathique stimule les cellules juxtaglomérulaires de la paroi des artérioles afférentes pour libérer la rénine. La rénine entraîne la libération d’angiotensine II qui stimule la sécrétion d’aldostérone par le cortex surrénalien, une vasoconstriction générale, une vasoconstriction sympathique de l’artériole afférente par les centres vasomoteurs du cerveau, une diminution du taux de filtration glomérulaire et une libération de vasopressine (ADH) qui augmente la réabsorption d’eau.

Le rétrocontrôle tubuloglomérulaire maintient la constance de la charge délivrée au tubule distal. Le capteur de la réponse est la macula densa, et le GFR est ajusté par constriction ou dilatation de l’artériole afférente. La constriction peut être médiée par le thromboxane A2. Une augmentation du taux de filtration glomérulaire provoque une augmentation de la réabsorption des solutés et par conséquent de l’eau, principalement dans le tubule proximal, de sorte que le pourcentage de soluté réabsorbé est maintenu constant. Autrement dit, les cellules macula densa surveillent la concentration de Na+ et agissent pour provoquer une vasoconstriction ou une vasodilatation des artérioles afférentes et efférentes pour modifier le DFG.