Comment Fonctionne le Système urinaire?

Le fonctionnement du système urinaire est relativement simple, bien que les rôles supplémentaires des reins puissent être complexes.

Le sang est transporté vers les reins via l’artère rénale. Un système d’unités de filtration dans le rein régule les niveaux de dilution (eau), de sels et d’autres petites molécules dans le filtrat. Les produits en excès ou indésirables traversent chaque uretère et se déposent dans le réservoir de la vessie, tandis que le sang purifié rentre dans le système circulatoire par la veine rénale. L’urine est stockée dans la vessie jusqu’à ce que le système nerveux urinaire libère le contenu par l’urètre et hors du corps. Le passage de l’urine est connu sous le nom de miction ou miction.

Le système urinaire est divisé en voies urinaires supérieure et inférieure. Le premier se compose des reins et des uretères, le dernier de la vessie et de l’urètre.

La quantité d’urine expulsée dépend de divers facteurs: le rapport des déchets à l’eau, les habitudes alimentaires, les niveaux d’activité physique, les médicaments, les comorbidités, et l’état de santé de divers organes et systèmes dans le corps.

Fonction du système urinaire

La fonction principale du système urinaire est de filtrer le sang de l’excès d’eau, de sels et de déchets, de les stocker temporairement dans un réservoir et d’expulser par intermittence ces produits du corps.

Filtration, réabsorption et sécrétion

Chaque rein contient environ un million de néphrons. Les néphrons jouent un rôle crucial dans l’élimination des déchets et l’ajustement des concentrations d’eau, d’ions et de molécules plus petites dans le sang. Un seul rein contient suffisamment de néphrons pour filtrer le sang et produire de l’urine – pour cette raison, les greffes de rein peuvent utiliser des organes de donneurs vivants. Lorsque les deux reins sont endommagés, les ions, les sels, l’eau et les petites molécules s’accumulent dans le corps, provoquant une défaillance complète des organes et la mort s’ils ne sont pas traités. Un rein ne peut pas générer de nouveaux néphrons – une fois qu’ils sont endommagés, ils ne peuvent pas être remplacés.

Un néphron est un système entier en lui-même dont différentes parties de sa structure sont situées dans différentes zones du rein. La longue boucle de Henlé (certains néphrons n’ont qu’une boucle courte) se trouve dans la région centrale du rein – la moelle. D’autres structures se trouvent dans le cortex rénal ou la couche externe. Les néphrons reçoivent un apport sanguin via une artériole afférente et renvoient le sang filtré dans la circulation via une artériole efférente. Ce sont les deux extrémités d’un groupe long et compliqué de capillaires qui entoure le néphron, permettant la diffusion de l’eau, des ions, des sels et d’autres molécules. L’image ci-dessous montre le flux sanguin dans le rein et le néphron (en rouge), la production et l’excrétion d’urine (jaune) et le retour des produits réabsorbés et du sang filtré dans le système circulatoire (bleu).

Un néphron a trois fonctions: filtration glomérulaire (de l’eau et des solutés dans le sang), réabsorption tubulaire (retour de l’eau et des molécules nécessaires à la circulation) et sécrétion tubulaire (des déchets ou des molécules en excès – y compris l’eau) dans un tube distal. Ce liquide sécrété est connu sous le nom d’urine. Chaque minute, environ 125 ml de sang sont filtrés par les néphrons des deux reins. La majorité du filtrat est réabsorbée – ce qui signifie qu’en 24 heures, environ 180 litres de filtrat sont produits, mais seulement 1,5 litre de celui-ci est excrété sous forme d’urine. La filtration se produit dans le glomérule, la réabsorption tubulaire dans le tubule alambiqué proximal et la sécrétion tubulaire dans le tubule alambiqué distal. La boucle de Henlé maintient un gradient de concentration de sorte que l’eau et les ions sont plus facilement réabsorbés. Dans l’image ci-dessous, l’atteinte de concentrations égales d’un soluté de part et d’autre d’une membrane par le processus de diffusion est représentée. L’osmose et la diffusion se produisent à l’intérieur des néphrons. L’osmose est le mouvement de l’eau, et non du soluté, à travers une membrane semi-perméable.

Reabsorbed molecules include glucose, amino acids, sodium chloride, and water, as well as calcium, potassium, hydrogen and bicarbonate ions.

Secreted molecules are urea, uric acid, creatinine and hydrogen, and potassium ions. Uric acid is a product of nitrogenous metabolism, a mechanism that breaks down ingested purine proteins. L’urée est un sous-produit de l’ammoniac qui se forme dans le foie, également à partir de la dégradation des acides aminés. Le phosphate de créatinine ou phosphocréatine est un sous-produit de la production d’énergie cellulaire lorsque l’adénosine triphosphate (ATP) est convertie en adénosine diphosphate (ADP). Pour former une autre molécule d’ATP, une molécule de phosphate supplémentaire est nécessaire – le phosphate de créatinine. Le foie et les reins produisent du phosphate de créatinine, et il peut également être ingéré à partir de sources de viande.

Les molécules plus grosses telles que les protéines et le glucose sont généralement incapables de passer dans le néphron, mais dans les maladies rénales et leurs symptômes tels que la néphropathie diabétique ou le syndrome néphrotique, les glomérules des néphrons fuient et de grosses molécules et même des cellules sanguines peuvent être trouvées dans l’ultrafiltrat (urine). Pour cette raison, la teneur en protéines de l’urine est souvent mesurée chez les patients à risque tels que les diabétiques et les femmes enceintes. Une simple bandelette de test d’urine indiquera les niveaux de diverses grandes cellules ou molécules dans l’urine, y compris les globules blancs, les protéines, les cétones et le glucose.

Transport et stockage de l’urine

Les néphrons vident le produit final – urine ou ultrafiltrat – dans un système de collecte conduits qui amènent l’urine dans l’uretère. Les uretères sont deux tubes étroits mais relativement longs (environ 25 à 30 cm) qui quittent les reins et pénètrent dans la vessie. Les couches musculaires de l’uretère aident par le péristaltisme – la contraction involontaire et la relaxation du muscle lisse – à propulser l’urine vers la vessie. La gravité joue également un rôle.

La fonction de la vessie est de stocker et d’expulser l’urine. Une fois que l’urine est transportée dans la vessie, elle ne refoule pas en raison des forces directionnelles des couches musculaires de l’uretère et des extrémités aplaties des uretères où se rencontrent l’uretère et la vessie (jonction vésico-urétérale). Cet aplatissement augmente à mesure que la vessie se remplit, ce qui rend difficile le reflux de l’urine vers les reins. Cependant, cela peut se produire en cas de reflux vésico-urétéral dû à des anomalies anatomiques du positionnement urétéral au niveau de la jonction vésico-urétérale ou dans des troubles nerveux où le péristaltisme et le tonus musculaire sont affectés.

Miction

Une vessie humaine stocke généralement environ 300 à 600 ml d’urine avant la miction et est contrôlée par le centre de miction pontine du cerveau.

La vessie de forme triangulaire est un gros muscle au sommet duquel les deux uretères vident l’urine. Sous la vessie, près de l’endroit où elle se connecte à un seul urètre, se trouvent deux sphincters circulaires – interne et externe. Ceux-ci ne se détendent que pendant la miction et empêchent l’urine de s’écouler constamment. Le sphincter interne est un muscle involontaire; le sphincter externe est volontaire. La vessie est tapissée d’une muqueuse épaisse qui forme des plis lorsque la vessie est vide mais s’ouvre lorsque la vessie se remplit et se dilate.

Situées à l’intérieur de la paroi de la vessie se trouvent des cellules réceptrices extensibles. Lorsque la vessie se remplit à environ 250 ml, les plis de la muqueuse s’ouvrent et stimulent ces récepteurs d’étirement. Ils envoient des signaux au centre de miction pontine du cerveau. Le cerveau réagit en relaxant le sphincter urétral interne. Le sphincter urétral externe reste fermé jusqu’à ce que la personne en question choisisse d’uriner, bien que chez les bébés, les personnes âgées et celles souffrant de troubles nerveux moteurs ou sensoriels tels que les personnes atteintes de sclérose en plaques, ce n’est pas toujours une action volontaire.

Lors de la relaxation du sphincter externe volontaire, l’urine de la vessie s’écoule à travers l’urètre et est expulsée du corps. L’image ci-dessous montre les étapes de la miction et les muscles impliqués, à savoir le muscle détrusor de la vessie, le sphincter urétral interne et le muscle du plancher pelvien qui entoure le sphincter externe.

Organes du Système urinaire et Structures du Système urinaire

Les principaux organes du système urinaire et autres structures du système urinaire sont les organes suivants: reins, vessie, uretères et urètre. Ceux-ci forment un environnement stérile qui est protégé contre le monde extérieur non stérile, fournissent les forces nécessaires pour expulser l’urine à travers une série d’organes et répondent à une stimulation nerveuse involontaire et volontaire sensible.

Reins

Les reins sont situés juste en dessous des côtes et sont proches du milieu du dos. Ils ont plusieurs fonctions. Le rein crée un équilibre dans la quantité d’eau et d’électrolytes dans le système circulatoire du corps, élimine les déchets (y compris les médicaments) du corps, contrôle la pression artérielle par la libération d’hormones (RAAS), régule la production de globules rouges et les niveaux d’oxygénation tissulaire ultérieurs (érythropoïétine) et augmente la masse osseuse par la régulation du calcium et du phosphore.

L’homéostasie est un mécanisme automatisé par lequel les concentrations de produits chimiques et de fluides dans les systèmes biologiques d’un organisme sont stabilisées. Les reins contribuent grandement à l’homéostasie, en maintenant les volumes de liquides extracellulaires, l’acidité et l’alcalinité (pH), les concentrations osmotiques (concentration de molécules de soluté dans une solution) et en excrétant des produits potentiellement nocifs ou des molécules en excès qui peuvent perturber l’homéostasie naturelle.

Uretères

Le système urinaire comprend deux uretères qui s’étendent du rein à la vessie. Le péristaltisme et la gravité amènent l’urine le long de ces tubes étroits, creux et à couches épaisses. Comme les zones creuses sont étroites, les uretères peuvent être bloqués par des débris tels que des cristaux de sel qui se sont collés ensemble pour créer des calculs urinaires. Un blocage complet dans un tube provoque des pressions élevées et une accumulation d’urine dans son rein attaché et nécessite une intervention chirurgicale d’urgence avant que des dommages permanents ne soient causés. Alternativement, le reflux ou le retour de l’urine dans les uretères peuvent provoquer une infection et des pressions dangereusement élevées dans les reins.

Vessie

La vessie est maintenue en place par une série de ligaments externes. Sa fonction principale est de servir de réservoir pour l’urine. La vessie se dilate à mesure qu’elle se remplit en raison de son épaisse couche d’épithélium de transition. Les cellules de cette couche peuvent s’étirer et changer de forme, permettant à la vessie de contenir des quantités croissantes d’urine. Deux muscles sphincters empêchent l’urine de s’échapper continuellement de la vessie. Lorsque ce mécanisme ne fonctionne pas correctement, l’incontinence en résulte. Le système nerveux urinaire fournit les signaux de vidange de la vessie et dépend des signaux envoyés par les cellules réceptrices d’étirement à l’intérieur de la paroi de la vessie. L’image ci-dessous montre les circuits neuronaux impliqués dans la miction.

Urètre

Les longueurs de l’urètre diffèrent dans les systèmes urinaires masculins et féminins. L’urètre masculin relativement long qui va du bas de la vessie au méat urétral externe du pénis mesure environ 20 cm de longueur.

L’urètre de la femelle humaine ne mesure qu’environ 4 cm de longueur. Cette courte longueur est la raison pour laquelle les femmes sont plus sensibles aux infections des voies urinaires que les hommes. L’image ci-dessous montre un cathétérisme urinaire chez des sujets masculins et féminins. Notez la longueur significativement plus longue du cathéter masculin par rapport à celle de la femelle.

L’urètre unique permet à l’urine de passer à l’extérieur du corps une fois que le cerveau a libéré le sphincter interne involontaire et la personne en question a volontairement libéré le sphincter externe. Aucun péristaltisme ne se produit dans l’urètre – le passage de l’urine dans le monde extérieur est contrôlé par une combinaison de la pression de l’urine dans la vessie, du tonus musculaire et de la gravité.

Maladies du système urinaire

Il existe un grand nombre de maladies du système urinaire, des infections au cancer. Certains des plus courants sont énumérés ci-dessous.

Lithiase urinaire

La plupart des calculs rénaux sont petits et traversent simplement le système urinaire sans être remarqués. Les pierres plus grosses sont les plus susceptibles de se loger dans les ouvertures étroites de l’un ou l’autre uretère. De faibles volumes d’urine et des concentrations élevées de sel dans l’urine contribuent à la formation de calculs. Les pierres sont formées par la cristallisation des sels. La présence de calculs du système urinaire est appelée lithiase urinaire.

La schistosomiase urinaire

Les vers plats parasites appelés schistosomes sont la cause de la schistosomiase urinaire ou de la fièvre d’escargot et sont la cause d’une maladie tropicale extrêmement courante. Les symptômes se développent après la ponte des adultes et comprennent de la fièvre, des frissons, de la toux et des douleurs musculaires. Les formes chroniques présentent des symptômes beaucoup plus tard avec un potentiel d’ascite, de sang dans les urines, de problèmes respiratoires et de faiblesse générale. Il est également possible de ressentir des convulsions, une paralysie et des changements de comportement et d’état mental dans la schistosomiase chronique non traitée.

Syndrome néphrotique

Le syndrome néphrotique n’est pas une maladie en soi mais le résultat d’un large éventail de maladies rénales. Les principaux symptômes du syndrome néphrotique sont la rétention d’eau (œdème) dans les membres inférieurs et le visage, l’urine ressemblant à une mousse causée par des niveaux élevés de protéines, la fatigue et la perte d’appétit. La rétention d’eau entraîne également un gain de poids important. Toutes les maladies rénales énumérées ici peuvent provoquer un syndrome néphrotique si le système de filtrage des néphrons est endommagé et permet à de grosses molécules, principalement une protéine présente dans le sang appelée albumine, de passer dans l’ultrafiltrat. Les traitements de ce syndrome doivent gérer la ou les causes sous-jacentes et pas seulement les symptômes.

Infections des voies urinaires

Les infections des voies urinaires supérieures (IVU) impliquent des symptômes tels qu’une forte fièvre, frissons, vomissements et douleurs aux reins. Les infections des voies urinaires inférieures provoquent des mictions fréquentes, urgentes ou irrégulières, des douleurs au-dessus du pubis (douleurs suprapubiques) et parfois des traces de sang dans les urines. La principale cause des deux types d’infection est la bactérie E. coli, transférée dans les voies urinaires via l’anus.

La maladie rénale chronique et l’Insuffisance rénale chronique

La maladie rénale chronique (IRC) peut être héréditaire, comme dans la maladie rénale polykystique autosomique dominante (ADPKD), être le résultat à long terme d’une infection rénale aiguë ou d’un traumatisme, ou se produire par un processus dans lequel des dommages au système urinaire se produisent sur de nombreuses années. Environ 70% des patients atteints d’IRC sont des diabétiques, des patients hypertendus ou des patients présentant une athérosclérose. Ces trois maladies sont souvent comorbides. Au fil du temps, la fonction du néphron est réduite par des niveaux élevés de molécules plus grosses traversant les néphrons, des déséquilibres hormonaux ou une dégénérescence du système nerveux. Tous ces scénarios sont causés par une faible alimentation en oxygène ou une hypoxie.

Lorsque les deux reins ne sont plus capables de fonctionner, il en résulte une insuffisance rénale chronique. Dans ces cas, la dialyse par le péritoine de la cavité abdominale ou par le système circulatoire (hémodialyse) doit prendre en charge tous les rôles des reins.

Lésion rénale aiguë

Lorsque les maladies à long terme ne sont pas la cause d’une dégénérescence rénale, d’un traumatisme ou d’une maladie à court terme la maladie peut provoquer une lésion rénale aiguë (IRA), autrement appelée insuffisance rénale aiguë. Les néphrons sont endommagés par une diminution soudaine de l’apport sanguin due à une hypovolémie. Cela peut même être le résultat de vomissements excessifs ou d’une diarrhée à long terme. Les symptômes comprennent de faibles quantités d’urine, un gonflement des membres inférieurs, de la fatigue, des difficultés respiratoires, de la confusion, des nausées et des douleurs thoraciques. Si elle n’est pas traitée, l’AKI peut entraîner des convulsions et la mort. Un traitement immédiat est obligatoire, lorsque la récupération d’une blessure ou d’une maladie (ou des deux) permet de restaurer le volume sanguin. Une hémodialyse à court terme est parfois nécessaire pour reprendre le rôle des reins jusqu’à ce que le patient se soit stabilisé.

Néphropathie diabétique

Lorsqu’il n’est pas traité ou mal géré, le diabète provoque des taux élevés de glucose dans le sang, ce qui lui donne une consistance sirupeuse. Au fil du temps, des niveaux élevés de glucose endommagent les néphrons et ils commencent à faire fuir les protéines dans l’urine. Les Afro-Américains diabétiques et les populations hispaniques sont particulièrement sensibles aux maladies rénales causées par le diabète de type 2 ou de type 1.

Hyperplasie bénigne de la prostate

La forme non maligne de l’hypertrophie de la prostate affecte les hommes âgés. Les urologues conviennent que tous les hommes à partir de soixante ans ont un certain degré d’hypertrophie de la prostate. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une maladie potentiellement mortelle, l’hypertrophie de la prostate peut pousser contre l’urètre et le rétrécir, provoquant des mictions fréquentes, un faible flux d’urine et une incontinence. Le traitement comprend des relaxants musculaires ou des médicaments réduisant la prostate ou l’ablation de la prostate lors d’une intervention chirurgicale.