Débit sanguin rénal

Ce chapitre est pertinent pour la section G4(ii) du Syllabus primaire du CICM 2017, qui attend du candidat à l’examen qu’il  » décrive la distribution du volume et du débit sanguins dans les différentes circulations régionales […], y compris l’autorégulation […]. Celles-ci comprennent, sans s’y limiter, les circulations cérébrale et médullaire, hépatique et splanchnique, coronaire, rénale et utéroplacentaire « . La circulation rénale est revenue plusieurs fois dans les épreuves précédentes :

• Question 3 de la deuxième épreuve de 2015
• Question 11 de la première épreuve de 2012
• Question 12 de la deuxième épreuve de 2008
• Question 6(p.2) de la deuxième épreuve de 2007

Comme pour le métabolisme cérébral et hépatique, il a été difficile de trouver une position adéquate pour ce chapitre dans la structure de révision. Est-il rénal ? Est-il circulatoire ? En fin de compte, l’auteur avait estimé que, à moins que la discussion ne s’approche dangereusement du sujet de la filtration glomérulaire ou de la clairance des solutés, il serait relativement sûr de l’intégrer dans la rubrique cardiovasculaire.

En résumé :

Il y a beaucoup de matériel de haute qualité dans la littérature évaluée par les pairs, et le candidat à l’examen CICM a l’embarras du choix, même s’il décide de ne rien payer. Stein (1990) est vieux, mais court, bon et gratuit. Braam et al (2014) est nouveau, bon, gratuit, mais long. Just (2007) est également nouveau et gratuit, mais de façon réaliste, aucun candidat à l’examen primaire du CICM n’aurait jamais besoin d’autant de détails que cela.

Apport vasculaire rénal

Chaque rein est alimenté par une artère rénale, qui est essentiellement une grande artère musculaire et une branche principale de l’aorte. Chacune mesure environ 4-5 cm de long et 5-10 mm de diamètre, l’une étant généralement un peu plus grosse que l’autre. Juste avant de pénétrer dans le parenchyme, les artères rénales humaines ont tendance à se diviser en branches principales antérieures et postérieures, qui se divisent à leur tour en artères segmentaires. A l’intérieur du rein, il n’y a pas d’anastomose entre ces artères, c’est-à-dire que chaque branche est une branche terminale et l’ischémie d’une artère segmentaire va créer une ischémie régionale dans le territoire de sa distribution (Bertram, 2000).

En résumé, la circulation artérielle et veineuse du rein peut être présentée comme une liste séquentielle de vaisseaux :

• Artère rénale, branche de l’aorte
• Branches principales antérieure et postérieure de l’artère rénale
• Artères segmentaires (grosses artères terminales)
• Artères interlobaires, qui pénètrent dans le tissu rénal à la frontière entre le cortex et la médulla
• Artères arquées, qui suivent un parcours en arc de cercle entre le cortex et la moelle
• Artères radiales corticales, qui montent radialement du centre vers la capsule rénale
• Artérioles afférentes, qui alimentent le glomérule
• Capillaires glomérulaires,
• Artérioles efférentes, qui drainent le glomérule et descendent dans la médulla
• Capillaires péritubulaires, qui entourent les tubules corticaux
• Vasa recta, les vaisseaux droits descendants et ascendants qui entourent l’anse de Henle le long de son trajet dans la médulla rénale
• Veins arqués, dans lesquelles se drainent les vasa recta ascendants
• Veines interlobulaires, qui collectent le sang des veines arquées
• Veine rénale, qui se draine dans la veine cave inférieure

Les schémas ici sont reproduits de l’excellent « Structural organisation of the mammalian kidney » de Kriz & Kaissling (1992). Avec le recul, il faut admettre que les images originales ne nécessitaient pas l’ajout d’annotations et de colorations enfantines. Mais…

L’importance physiologique des vaisseaux rénaux pour la fonction de filtration du rein est abordée ailleurs. Dans ce chapitre centré sur le système vasculaire, il est probablement important de se concentrer sur les caractéristiques les plus uniques de la microcirculation rénale :

• La circulation rénale possède deux réseaux capillaires :
  • Un réseau capillaire à haute pression, étant les capillaires glomérulaires
  • Un réseau capillaire à basse pression, les capillaires péritubulaires
• La résistance des artérioles afférentes et efférentes, de part et d’autre des capillaires glomérulaires à haute pression, est un mécanisme important de contrôle de la filtration glomérulaire

Débit sanguin rénal

Au total, environ 20-25% du débit cardiaque total finit par passer par les reins. Cela finit par représenter environ 400ml/100g de tissu/min, soit environ 1000ml par minute ; c’est-à-dire environ huit fois plus que le cerveau. Cela va évidemment être très différent selon les reins de qui vous mesurez ; par exemple, Bergström (1959) a obtenu des résultats allant de 660ml/min à 2190ml/min à partir d’un groupe de volontaires sains.

Evidemment, ce débit sanguin n’est absolument pas lié à l’activité métabolique rénale. Au total, les reins n’extraient qu’environ 10 à 15% de l’oxygène délivré, et la saturation veineuse rénale en oxygène est donc relativement élevée (~ 85%). On pourrait en conclure que les cellules des reins doivent être constamment entourées d’un luxueux excès d’oxygène, mais en fait ce n’est pas le cas. Tout le flux sanguin tend à aller vers le cortex (où se trouvent les glomérules), environ 500ml/100g/min ou 95% du total, alors que la médulla ne reçoit que 20-100ml/min de flux sanguin. Et c’est dans la moelle que se trouvent toutes les cellules tubulaires qui s’affairent à aspirer le sodium du liquide tubulaire. Ce processus n’est pas bon marché, du point de vue métabolique, car 99,5% du sodium filtré doit être récupéré, et la médulla rénale a donc une activité métabolique très élevée pour sa masse – elle ne représente que 0,5% de la masse corporelle totale, mais elle utilise 7% de l’oxygène total.

Comme on peut s’y attendre, avec ce genre de consommation d’oxygène, la médullaire rénale est probablement chroniquement pauvre en oxygène et a un ratio d’extraction d’oxygène plutôt élevé. En effet, Leichtweiss et al (1969) ont mesuré une pO2 médullaire rénale d’environ 8-10 mmHg. Pire encore, la proximité des vaisseaux interlobulaires et des vasa recta dans la médulla permet à l’oxygène de diffuser du sang artériel directement dans le sang veineux, privant ainsi les tissus médullaires plus profonds. Enfin, le débit sanguin rénal vers la moelle doit être faible, sinon tous ces gradients de concentration soigneusement construits seront effacés. En résumé, pour pouvoir concentrer notre urine, nous devons maintenir la médulla rénale toujours aux frontières de la privation d’oxygène.

Donc, la chose la plus coûteuse en énergie effectuée par le rein est la réabsorption du sodium, qui a lieu dans la médulla rénale. Et la quantité de sodium délivrée au rein dépend du taux de filtration glomérulaire, qui dépend du débit sanguin. Ainsi, la demande métabolique rénale est déterminée par le débit sanguin, et non l’inverse. En d’autres termes, si vous perfusez le rein avec moins de sang, il y aura moins de sodium à pomper, et donc moins de carburant métabolique nécessaire. En conséquence, l’extraction rénale d’oxygène ne varie pas trop avec les différents taux de débit sanguin (Levy, 1960).

Autorégulation du débit sanguin rénal

Comme le débit sanguin à travers le rein est un déterminant important de la filtartion glomérulaire et de la clairance des solutés, il est logique que vous souhaitiez qu’il reste stable dans une large gamme de conditions systémiques. C’est en fait ce que l’on observe. Le diagramme d’autorégulation suivant, une relation entre le débit sanguin rénal et la pression artérielle systémique, est généralement trotté à l’appui de ce concept dans les manuels :

Il existe de nombreuses permutations de ce graphique, et il est tellement omniprésent que les auteurs ont cessé de le référencer dans les publications professionnelles. Voici quelques exemples représentatifs provenant de sources à consonance officielle (Burke et al, 2014 et Ravera et al, 2006):

Ce graphique est probablement si incroyablement variable et mal référencé parce qu’il n’appartient à aucun auteur. L’idée que le rein maintient un débit sanguin stable face à une pression de perfusion changeante a été découverte pour la première fois dans le contexte d’un modèle de choc hémorragique par Rein & Rossler (1929), mais ensuite, littéralement des centaines d’auteurs ont réalisé des milliers d’expériences explorant toutes les permutations circulatoires possibles, et tout le monde a produit une sorte de courbe pression-débit. Ici, une image représentative (choisie au hasard) est proposée à partir d’un article de Rothe et al (1971). Elle démontre la plupart des caractéristiques importantes.

Il existe une variation marquée entre les manuels et les éditeurs en ce qui concerne la façon dont ce graphique est étiqueté et présenté, beaucoup choisissant d’utiliser les valeurs de débit réelles au lieu des valeurs relatives, ou la pression artérielle systolique au lieu de la moyenne. Certains (comme l’auteur ci-dessus) ne précisent pas quelle pression ils mesuraient. L’acte de mémoriser des valeurs de pression spécifiques pour les besoins de l’examen est donc rendu encore plus ridicule. Au cas où le besoin d’exhaustivité insisterait sur un chiffre, on pourrait faire pire que d’emprunter aux examinateurs du collège, qui dans leur réponse à l’examen ont signalé que le flux sanguin vers les reins reste « constant contre des pressions artérielles de 75 à 160 mmHg ». En fin de compte, la caractéristique la plus importante à étiqueter sur ce graphique est un plateau de débit « normal », que l’on observe dans une certaine plage de pression artérielle normale.

Cette autorégulation se produit au niveau de l’artériole afférente, juste avant que le sang ne pénètre dans le glomérule. Elle se produit par trois mécanismes principaux : un mécanisme myogénique rapide, un mécanisme plus lent lié au taux d’apport de sel aux cellules juxtaglomérulaires (rétroaction tubuloglomérulaire) et un troisième mécanisme encore plus lent, qui n’a pas d’explication particulièrement satisfaisante.

Autorégulation myogénique du débit sanguin rénal

Cette propriété des artérioles afférentes rénales est en fait commune à pratiquement toutes les autres marques d’artérioles, et semble être une propriété intrinsèque du muscle lisse (dans le sens où l’endothélium n’est manifestement pas nécessaire pour cela, puisque les artérioles dépouillées de leur endothélium le font quand même). En bref, lorsque la pression (l’étirement) sur la paroi d’une artériole augmente, l’artériole se contracte en réponse. Cela augmente la résistance vasculaire, et donc le débit reste le même, même si le gradient de pression a changé. Ce processus est très rapide (de zéro à la constriction en moins de 10 secondes) et contribue à environ 50 % de la capacité de régulation totale des vaisseaux rénaux. Pour autant que l’on sache, le mécanisme est lié à la dépolarisation de la membrane qui se produit en réponse à l’étirement, mais personne ne sait exactement ce qui le déclenche et comment il se produit au niveau moléculaire. Schubert & Mulvany (1999) couvrent cela de manière plus détaillée que ce qui serait jamais nécessaire pour les examens, et le lecteur y est dirigé s’il veut quelque chose de plus qu’un bref aperçu.

Régulation du débit sanguin rénal par la rétroaction tubulo-glomérulaire

Contrairement à la réponse myogénique, la rétroaction tubulo-glomérulaire (TGF) est quelque chose d’unique au rein. Elle est décrite brillamment par Volker Vallon (2003) ; sans entrer dans des détails excessifs, ce mécanisme peut être résumé comme suit :

• La réabsorption du sel à partir de l’anse de Henle est un processus actif
• Ce processus dépend fortement de la quantité de sel disponible, c’est-à-dire. du débit du fluide tubulaire
• L’augmentation du débit sanguin glomérulaire augmente le débit du fluide tubulaire (car il augmente la filtration glomérulaire)
• Donc, l’augmentation du débit sanguin glomérulaire augmente la quantité de sel réabsorbée par l’anse de Henle, et cela augmente la livraison de sel à la macula densa
• Les changements de concentration en sel sont détectés par la macula densa via le cotransporteur Na+-K+-2Cl- (NKCC2) dans sa membrane luminale.
• Cela produit une augmentation de la libération d’ATP par les cellules de la macula densa
• L’ATP active alors soit des récepteurs puriques spécifiques sur l’artériole afférente, soit est converti en adénosine (qui agit alors sur les récepteurs A1-adénosine).
• L’effet net est que l’augmentation de l’apport de sel au néphron entraîne une diminution du débit sanguin glomérulaire, qui diminue l’apport de sel (c’est-à-dire qu’il s’agit d’un mécanisme de rétroaction négative

Ce mécanisme est considérablement plus lent que la régulation myogénique. Pour reconstituer grossièrement certaines données réelles sur les animaux de Just (2007), la chronologie de ces mécanismes est indiquée ci-dessous.

Comme vous pouvez le voir, un troisième mécanisme de régulation est décrit par certains auteurs, mais il n’est probablement pas très important (il représente moins de 15% de la capacité totale de régulation) et – surtout – il n’est généralement pas mentionné dans les manuels et dans les réponses officielles du CICM aux QSA. Ce mécanisme peut être démontré en supprimant la rétroaction tubuloglomérulaire avec le frusémide. Une réponse autorégulatrice lente est toujours observée, mais elle n’est clairement pas liée à la livraison de sel rénale.

Effet de l’innervation sympathique

Le système nerveux autonome innerve et contrôle la circulation du rein d’une manière qui est régulatrice mais pas autorégulatrice, dans le sens où ce mécanisme ne répond pas aux changements de pression pour maintenir le flux stable. Au contraire, le flux sanguin vers les reins est intentionnellement augmenté ou diminué par ce système de contrôle. Des examens bien meilleurs de ce sujet existent dans la littérature (par exemple, Johns et al, 2011).

Innervation sympathique du rein : Les structures vasculaires du rein sont innervées par des fibres sympathiques provenant d’environ T11-L3. Ces fibres préganglionnaires passent ensuite dans des ganglions, qui peuvent être très variables d’un individu à l’autre – ganglions paravertébraux, prévertébraux, aorticorénaux, splanchniques, cœliaques et mésentériques supérieurs sont autant de possibilités légitimes, et il n’existe pas de « niveau spinal » prévisible. Pour compliquer encore les choses, chaque rein est innervé par un niveau et un groupe de ganglions différents. De là, les fibres sympathiques postganglionnaires pénètrent dans le rein avec l’artère rénale et se divisent en un réseau de fibres uniques qui pénètrent dans le cortex et la médulla. Barajas et al (1992) les ont patiemment suivies jusqu’à leur destination, et ont trouvé des terminaisons nerveuses sympathiques à de multiples endroits, y compris les plus évidents (artérioles afférentes et efférentes) et d’autres plus surprenants (par exemple, les cellules granulaires de l’appareil juxtaglomérulaire, les segments de tubules, etc). A y regarder de plus près, ces terminaisons nerveuses sont pleines de noradrénaline.

L’effet d’un tonus sympathique stable : Dans des circonstances normales, avec un système nerveux autonome bien calme, le peu d’influence qu’exercent les nerfs sympathiques finit par être caché sous la couverture de l’autorégulation myogénique et tubuloglomérulaire rénale. On ne la voit jamais vraiment. Cependant, même si leur effet est subtil, il s’agit clairement d’une influence significative. Lorsque Kompanowska-Jezierska et al (2001) ont dénervé certains reins de rats, le débit sanguin cortical a augmenté de 25%, illustrant l’ampleur du tonus sympathique normal de repos.

L’effet de l’activation des fibres sympathiques rénales : Lorsque le système nerveux autonome est enragé par un stimulus puissant (par exemple, un état de choc, ou un collègue odieusement grossier), plusieurs effets sont produits :

• Vasoconstriction des vaisseaux rénaux
• Augmentation de la réabsorption du sodium et de l’eau au niveau du tubule
• Augmentation de la libération de rénine par les cellules juxtaglomérulaires

La vasoconstriction rénale, jusque-là tranquille en arrière-plan, devient maintenant beaucoup plus vigoureuse. Elle ne supplante pas tant l’autorégulation rénale du débit sanguin, mais modifie plutôt la forme de la courbe d’autorégulation. Ici, un graphique qui emprunte à Stadlbauer et al (2008) et Persson (1990) illustre ce concept:

Ceci a probablement du sens dans le contexte d’une réponse du corps entier à quelque chose d’hémorragique. La défense du volume circulant inclut aussi nécessairement le fait de ne pas gaspiller du sang pour perfuser le rein. En fait, il serait bien qu’ils régulent leur propre flux sanguin de manière à épargner plus de sang pour le reste de l’organisme.

Jusqu’où peut-on descendre ? La réponse à l’examen du CICM mentionne 10% comme étant le minimum auquel le débit sanguin rénal vasoconstricté par la sympathie pourrait descendre. C’est peut-être un chiffre théorique, et il est impossible de retrouver d’où il vient, mais il semble plausible. Lorsque Dibona & Sawin (1999) a torturé certains reins avec des chocs électriques, ils ont fini par générer ce graphique, qui montre clairement que le débit sanguin rénal peut chuter en dessous de 70% avec une stimulation suffisante.

Concevablement, on pourrait augmenter la stimulation sympathique et générer encore plus de vasoconstriction. Où cela s’arrêterait-il ? Les examinateurs du CICM mentionnent 10%, mais cela semble être un endroit assez arbitraire pour s’arrêter. Il est certain que le débit minimal dans un vaisseau est en fait de zéro, du moins en théorie. Bien sûr, dans la pratique au chevet du patient, vous ne verrez jamais ce genre de chose dans un scénario clinique impliquant un vrai patient vivant, mais c’est de la physiologie déréglée. Lorsque Spencer et al (1954) ont injecté un bolus de 3µg de noradrénaline directement dans les artères rénales exposées d’un chien, un débit nul est exactement ce qu’ils ont obtenu :

L’effet de l’activation sympathique sur la filtration glomérulaire est souvent minime, du moins à des niveaux modérés d’activation. D’après le graphique susmentionné, on pourrait supposer qu’une diminution du débit sanguin rénal entraînerait une diminution proportionnelle de la filtration glomérulaire. Or, ce n’est pas le cas. Ou du moins, la diminution de la filtration glomérulaire n’est pas aussi importante que la diminution du débit sanguin rénal. Ceci est dû au fait que le tubule efférent se contracte beaucoup plus que le tubule afférent, forçant plus de sang à traverser le glomérule même si le débit sanguin rénal diminue. La plage de tolérance du stimulus est étonnamment large. Mills et al (1960) ont administré des médicaments sympathomimétiques à des chiens et ont observé que, à moins qu’il n’y ait suffisamment de vasoconstricteur à bord pour augmenter la pression artérielle de 40 %, le taux de filtration glomérulaire restait essentiellement inchangé.