Karamö, le prof virtuelLeçon 25 sur 49
L'équilibre hydrominéral
Je sais expliquer comment le rein fabrique l'urine et comment les hormones ADH et aldostérone maintiennent constantes la quantité d'eau et la concentration en sels du milieu intérieur.
- 1 h 30
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir le milieu intérieur, l'homéostasie et l'équilibre hydrominéral (bilan des entrées et des sorties d'eau et de sels)
- Décrire le néphron et expliquer la formation de l'urine (filtration, réabsorption, sécrétion) à partir de la comparaison plasma-urine
- Expliquer la régulation de l'eau par l'ADH et celle du sodium par l'aldostérone (système rénine-angiotensine)
- Appliquer ces connaissances à la déshydratation et à la réhydratation
Avant de commencer : La transmission synaptique et les notions de message nerveux ; notions sur les hormones et le sang ; la pression osmotique (classes précédentes).
1Je découvre
En pleine saison sèche, à Kankan, l'harmattan souffle et la température dépasse souvent les 35 °C. Alpha, qui travaille toute la journée au marché, transpire beaucoup. Il remarque que ses urines sont rares et foncées. À l'inverse, pendant la saison des pluies, quand il fait plus frais et qu'il boit beaucoup de thé, il urine souvent et ses urines sont claires.
Au même moment, son petit neveu Ibrahima souffre d'une forte diarrhée. L'infirmière du centre de santé ne lui donne pas simplement de l'eau : elle prépare une solution de réhydratation orale, avec une quantité précise de sel et de sucre. « Il ne perd pas seulement de l'eau, il perd aussi des sels », explique-t-elle.
Alpha s'interroge : comment son corps sait-il qu'il doit garder l'eau quand il fait chaud et l'éliminer quand il boit beaucoup ?
Comment l'organisme maintient-il constantes la quantité d'eau et la concentration en sels minéraux de son milieu intérieur ?
2Je comprends
1. Le milieu intérieur et l'équilibre hydrominéral
Les cellules du corps baignent dans un liquide, le milieu intérieur (plasma sanguin, liquide interstitiel, lymphe). Pour fonctionner, elles ont besoin que sa composition reste presque constante : c'est l'homéostasie.
L'équilibre hydrominéral est le maintien constant du volume d'eau et de la concentration en ions (surtout le sodium Na^+, le potassium K^+, le chlorure Cl^-) du milieu intérieur. La concentration en particules dissoutes détermine la pression osmotique (ou osmolarité) du plasma.
Il repose sur un bilan : les entrées doivent égaler les sorties.
- Entrées d'eau : boissons, eau des aliments, eau produite par la respiration cellulaire.
- Sorties d'eau : urine, sueur, eau de l'air expiré, eau des selles.
Les sorties par la sueur, la respiration et les selles varient selon les conditions (chaleur, effort, diarrhée) et ne sont pas contrôlées pour l'équilibre. Le rein est l'organe qui ajuste les sorties pour rétablir l'équilibre.
Exemple
Un bilan d'eau sur une journée.
Entrées : boissons 1,2 L ; aliments 1,0 L ; eau de la respiration cellulaire 0,3 L. Total : 2,5 L.
Sorties : sueur et peau 0,6 L ; air expiré 0,4 L ; selles 0,1 L ; urine ?
Pour l'équilibre, sorties = entrées = 2,5 L, donc urine = 2,5 - (0,6 + 0,4 + 0,1) = 1,4 L.
Si, par forte chaleur, la sueur passe à 1,6 L et que les boissons ne changent pas, l'urine devrait tomber à 2,5 - (1,6 + 0,4 + 0,1) = 0,4 L : le rein économise l'eau, et la soif pousse à boire davantage.
2. Le rein et le néphron
L'être humain possède deux reins, situés dans la région lombaire. Chacun contient environ un million d'unités fonctionnelles, les néphrons. Un néphron comprend :
- 1Glomérule de Malpighi : peloton de capillaires sanguins entouré par la capsule de Bowman.
- 2Tube contourné proximal : longue portion sinueuse.
- 3Anse de Henlé : portion en U qui descend puis remonte dans la médullaire.
- 4Tube contourné distal : seconde portion sinueuse.
- 5Tube collecteur : reçoit l'urine de plusieurs néphrons et la conduit vers le bassinet puis l'uretère.
Le sang arrive au glomérule par une artériole afférente et en repart par une artériole efférente, qui se ramifie ensuite autour des tubes.
3. La formation de l'urine
La comparaison de la composition du plasma et de l'urine renseigne sur le travail du rein (valeurs moyennes, en g/L).
| Constituant | Plasma | Urine définitive |
|---|---|---|
| Eau | environ 910 | environ 950 |
| Protéines | 70 à 80 | 0 |
| Glucose | environ 1 | 0 |
| Urée | environ 0,3 | environ 20 |
| Sodium | environ 3,3 | variable (environ 3 à 6) |
Trois constats : les protéines ne passent pas ; le glucose passe dans le filtrat mais disparaît ensuite ; l'urée est très concentrée dans l'urine. On l'explique par trois processus.
a) La filtration glomérulaire. La pression du sang pousse le plasma à travers la paroi des capillaires du glomérule dans la capsule de Bowman. Ce liquide, l'urine primitive (ou filtrat), a la composition du plasma sans les protéines ni les cellules sanguines, trop grosses. Le volume filtré est énorme : environ 180 litres par jour.
b) La réabsorption tubulaire. Le long des tubes, la plus grande partie de ce qui a été filtré revient dans le sang : environ 99 % de l'eau, la totalité du glucose (dans le tube proximal), une grande partie des ions. Au total, il ne reste qu'environ 1,5 L d'urine par jour. L'urée, peu réabsorbée, se retrouve donc concentrée.
c) La sécrétion tubulaire. Certaines substances passent activement du sang vers le tube : ions H^+, K^+, certains médicaments.
Exemple
Calculer un facteur de concentration.
Urée : 0,3 g/L dans le plasma, 20 g/L dans l'urine.
Facteur de concentration = 20 / 0,3 ≈ 67 : l'urée est environ 67 fois plus concentrée dans l'urine.
Glucose : 1 g/L dans le plasma et dans l'urine primitive, 0 dans l'urine définitive : il est entièrement réabsorbé.
Quantité de glucose filtrée par jour : 180 L × 1 g/L = 180 g, et tout est réabsorbé.
Le seuil rénal du glucose : la réabsorption du glucose a une limite. Si la glycémie dépasse environ 1,8 g/L, tout le glucose filtré ne peut plus être réabsorbé et il apparaît dans l'urine (glycosurie), comme dans le diabète sucré (voir la leçon sur la régulation de la glycémie).
4. La régulation de l'eau : l'hormone antidiurétique (ADH)
- Détection : des osmorécepteurs de l'hypothalamus détectent une augmentation de la pression osmotique du plasma (sang trop concentré, par exemple après une forte transpiration ou un repas salé).
- Réponse hormonale : des neurones de l'hypothalamus fabriquent l'ADH (hormone antidiurétique, ou vasopressine), qui est stockée puis libérée par la posthypophyse (hypophyse postérieure) dans le sang.
- Action : l'ADH agit sur le tube collecteur (et le tube distal), le rendant plus perméable à l'eau : l'eau est réabsorbée davantage. L'urine devient rare et concentrée, et le plasma se dilue.
- En même temps, l'hypothalamus déclenche la soif, qui pousse à boire.
Inversement, quand on boit beaucoup, le plasma se dilue, la sécrétion d'ADH diminue, le tube collecteur réabsorbe moins d'eau : l'urine devient abondante et claire (on parle de diurèse).
Le mécanisme est une boucle de régulation par rétrocontrôle négatif : l'effet obtenu corrige la cause qui l'a déclenché.
5. La régulation du sodium : l'aldostérone et le système rénine-angiotensine
Le sodium retient l'eau : quand on perd du sodium, on perd aussi de l'eau, et le volume sanguin et la pression artérielle baissent.
- Le rein détecte la baisse de pression ou de sodium et libère une enzyme, la rénine.
- La rénine transforme une protéine du plasma en angiotensine, qui (après une nouvelle transformation) resserre les vaisseaux et stimule la corticosurrénale (partie externe de la glande surrénale).
- La corticosurrénale sécrète l'aldostérone.
- L'aldostérone agit sur le tube contourné distal et le tube collecteur : elle augmente la réabsorption du Na^+ (et la sécrétion de K^+). L'eau suit le sodium : le volume sanguin et la pression remontent.
Inversement, un apport excessif de sel freine la sécrétion d'aldostérone : le sodium en excès est éliminé dans l'urine.
- Produite par l'hypothalamus, libérée par la posthypophyse
- Déclenchée par un plasma trop concentré
- Agit sur le tube collecteur
- Augmente la réabsorption de l'eau
- Urine rare et concentrée
- Produite par la corticosurrénale
- Déclenchée par un manque de Na+ ou une baisse de pression (rénine)
- Agit sur le tube distal et le tube collecteur
- Augmente la réabsorption du Na+ (l'eau suit)
- Urine pauvre en sodium
6. Applications : déshydratation et réhydratation
Une diarrhée importante (choléra, gastro-entérite) fait perdre en même temps beaucoup d'eau et de sels. Chez un jeune enfant, la déshydratation peut devenir mortelle en quelques heures. Boire de l'eau pure ne suffit pas : l'eau serait mal retenue. La solution de réhydratation orale (SRO) apporte de l'eau, du sodium et du glucose ; le glucose aide l'intestin à absorber le sodium, et l'eau suit. C'est pourquoi l'infirmière l'a donnée à Ibrahima.
Méthode
Pour expliquer une régulation hormonale dans un exercice :
- Je nomme la variable réglée et sa valeur normale (volume d'eau, pression osmotique, natrémie).
- Je nomme le capteur qui détecte l'écart (osmorécepteurs, cellules du rein).
- Je nomme la glande et l'hormone (hypothalamus et posthypophyse pour l'ADH ; corticosurrénale pour l'aldostérone).
- Je nomme l'organe cible (rein) et l'effet (réabsorption d'eau ou de sodium).
- Je montre le retour à la normale : c'est un rétrocontrôle négatif.
3Je retiens
Je retiens
Équilibre hydrominéral : maintien du volume d'eau et de la concentration en ions du milieu intérieur ; entrées = sorties ; le rein ajuste les sorties.
Néphron : glomérule et capsule de Bowman, tube proximal, anse de Henlé, tube distal, tube collecteur.
Formation de l'urine : filtration glomérulaire (environ 180 L par jour, sans protéines), réabsorption (eau, glucose, ions ; environ 1,5 L d'urine), sécrétion (H+, K+).
Seuil rénal du glucose : environ 1,8 g/L ; au-delà, glycosurie.
ADH (hypothalamus, posthypophyse) : réabsorption d'eau dans le tube collecteur ; urine rare et concentrée.
Aldostérone (corticosurrénale, système rénine-angiotensine) : réabsorption du Na+ dans le tube distal ; l'eau suit.
Régulations par rétrocontrôle négatif.
4Erreurs fréquentes
- Dire que l'ADH fait uriner davantage : « antidiurétique » signifie qu'elle diminue le volume d'urine.
- Croire que le glucose n'est pas filtré : il est filtré puis entièrement réabsorbé (tant que la glycémie reste sous le seuil).
- Confondre urine primitive et urine définitive : la première a la composition du plasma sans protéines ; la seconde, bien moins abondante, est très concentrée en urée.
- Soigner une déshydratation par diarrhée avec de l'eau pure seulement : il faut remplacer aussi les sels (solution de réhydratation orale).
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis : milieu intérieur, homéostasie, équilibre hydrominéral.
b) Nomme les trois processus de la formation de l'urine.
c) Où l'ADH est-elle fabriquée, libérée, et sur quel organe agit-elle ?
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a) Milieu intérieur : ensemble des liquides dans lesquels baignent les cellules (plasma, liquide interstitiel, lymphe). Homéostasie : maintien de la constance du milieu intérieur. Équilibre hydrominéral : maintien du volume d'eau et de la concentration en sels minéraux du milieu intérieur.
b) Filtration glomérulaire, réabsorption tubulaire, sécrétion tubulaire.
c) Fabriquée par des neurones de l'hypothalamus, libérée par la posthypophyse, elle agit sur le rein (tube collecteur et tube distal).
2Exercice 2
Compare les compositions suivantes (en g/L) et explique chaque différence par le fonctionnement du néphron.
| Constituant | Plasma | Urine primitive | Urine définitive |
|---|---|---|---|
| Protéines | 75 | 0 | 0 |
| Glucose | 1 | 1 | 0 |
| Urée | 0,3 | 0,3 | 21 |
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- Protéines : 75 g/L dans le plasma, 0 dans l'urine primitive : trop grosses, elles ne traversent pas la paroi du glomérule (pas de filtration).
- Glucose : même concentration dans le plasma et l'urine primitive (il est filtré), 0 dans l'urine définitive : il est entièrement réabsorbé par le tube proximal.
- Urée : filtrée (0,3 g/L dans l'urine primitive), puis 70 fois plus concentrée dans l'urine définitive (21 / 0,3 = 70) : l'eau a été fortement réabsorbée alors que l'urée l'a été beaucoup moins.
3Exercice 3
Chaque jour, les reins d'une personne filtrent 180 L de plasma et produisent 1,5 L d'urine.
a) Calcule le volume d'eau réabsorbé et le pourcentage de réabsorption.
b) Calcule la masse d'urée filtrée et la masse éliminée par jour (urée : 0,3 g/L dans le plasma, 21 g/L dans l'urine).
c) Quelle masse d'urée a été réabsorbée ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Eau réabsorbée : 180 - 1,5 = 178,5 L. Pourcentage : 178,5180 × 100 ≈ 99,2 \%.
b) Urée filtrée : 180 × 0,3 = 54 g. Urée éliminée : 1,5 × 21 = 31,5 g.
c) Urée réabsorbée : 54 - 31,5 = 22,5 g (soit environ 42 % de l'urée filtrée).
4Exercice 4
Après une journée de travail au soleil sans boire, Sékou élimine une petite quantité d'urine foncée. Explique ce résultat en décrivant la régulation mise en jeu.
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Sékou a perdu beaucoup d'eau par la sueur sans boire : son plasma est devenu plus concentré (pression osmotique élevée). Les osmorécepteurs de l'hypothalamus détectent cette hausse ; l'hypothalamus fait libérer davantage d'ADH par la posthypophyse. L'ADH augmente la perméabilité à l'eau du tube collecteur : l'eau est fortement réabsorbée et retourne au sang. L'urine produite est donc peu abondante et très concentrée (foncée). En même temps, Sékou a soif. Ce mécanisme limite la perte d'eau.
5Exercice 5
(Type BAC) On étudie les effets de deux hormones sur un sujet sain.
- Document 1 : après l'ingestion de 1 L d'eau, le débit urinaire passe de 1 mL/min à 8 mL/min en 1 heure, puis revient à la normale. Si l'on injecte de l'ADH au moment de l'ingestion, le débit urinaire reste voisin de 1 mL/min.
- Document 2 : chez un chien dont on a enlevé les deux glandes surrénales, l'urine devient très riche en sodium, la pression artérielle baisse, et l'animal meurt en quelques jours s'il n'est pas traité. Des injections d'aldostérone rétablissent une élimination normale du sodium.
a) Explique les résultats du document 1 (sans injection, puis avec injection d'ADH).
b) Que montre le document 2 sur le rôle des surrénales ? Quelle partie de la glande est en cause ?
c) Explique pourquoi la perte de sodium fait baisser la pression artérielle.
d) Réalise un schéma fonctionnel (en texte) de la régulation du sodium.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Sans injection : l'eau bue dilue le plasma ; les osmorécepteurs détectent la baisse de pression osmotique ; la sécrétion d'ADH diminue ; le tube collecteur réabsorbe moins d'eau ; le débit urinaire augmente fortement, l'excès d'eau est éliminé, puis tout revient à la normale. Avec injection d'ADH : l'hormone maintient une forte réabsorption d'eau malgré la dilution ; le débit urinaire ne peut pas augmenter : cela prouve que c'est la baisse de l'ADH qui permet l'élimination de l'eau en excès.
b) Les surrénales sont indispensables à la rétention du sodium : sans elles, le sodium est perdu dans l'urine. L'aldostérone suffit à rétablir la situation : c'est l'hormone en cause, sécrétée par la corticosurrénale.
c) Le sodium retient l'eau dans le milieu intérieur. Quand le sodium est perdu dans l'urine, l'eau est perdue avec lui : le volume sanguin diminue, et donc la pression artérielle baisse.
d) Baisse du Na^+ ou de la pression artérielle → le rein libère la rénine → formation d'angiotensine → stimulation de la corticosurrénale → sécrétion d'aldostérone → réabsorption accrue de Na^+ dans le tube distal et le tube collecteur (l'eau suit) → le Na^+ et la pression remontent → la sécrétion de rénine diminue (rétrocontrôle négatif).
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6Je vérifie
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