Fiche explicative de la leçon: Insuffisance rénale Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire et à évaluer les traitements pour l’insuffisance rénale.

Nos reins sont des organes de la taille d’un poing, en forme de haricot, situés en dessous de la cage thoracique de chaque côté de la colonne vertébrale. Des reins qui fonctionnent correctement maintiennent constamment un équilibre parfait des ions et de l’eau dans la circulation sanguine. Ils éliminent également les déchets solubles, comme l’urée. Les reins remplissent cette fonction en filtrant constamment notre sang. Nos reins sont si importants qu’ils font partie des rares organes internes qui se présentent par paire ! Vous pouvez voir une paire de reins et leur emplacement approximatif dans le corps humain sur la figure 1. C’est une chance pour nous, car un être humain en bonne santé peut survivre avec un seul rein qui fonctionne correctement.

De nombreux facteurs peuvent venir perturber le bon fonctionnement de nos reins. Les maladies métaboliques chroniques telles que le diabète et l’hypertension représentent quelques-unes des causes les plus fréquentes d’insuffisance rénale. Les reins peuvent aussi s’infecter. Les dommages causés aux reins au cours du temps entraînent une maladie rénale, qui peut finir par provoquer une insuffisance rénale.

Une insuffisance rénale se produit lorsque les reins cessent de fonctionner correctement et que le sang n’est pas filtré comme il se doit. Lorsque les reins n'ont plus que ou moins de leur fonction habituelle, on dit que le patient est en IRT (insuffisance rénale terminale), également appelée insuffisance rénale.

L’insuffisance rénale provoque une perturbation de l’homéostasie. L’homéostasie est le maintien d’un milieu interne constant et normal dans l‘organisme. L’insuffisance rénale entraîne un déséquilibre de l’eau et des ions et une accumulation de déchets comme l’urée dans le sang.

Les symptômes d’une insuffisance rénale peuvent inclure des nausées, des douleurs abdominales, une quantité excessive ou insuffisante d’urine, des maux de dos, un gonflement des articulations, des crampes musculaires et un essoufflement.

Nos reins sont des organes qui travaillent incroyablement dur. Ils assurent la fonction excrétrice en produisant de l'urine. Nos reins produisent de l’urine en filtrant notre sang pour éliminer les excès de sels, d’eau et d’urée produits par le foie. La production d’urine est un processus complexe qui a lieu dans les néphrons, des structures microscopiques situées dans les reins.

Les néphrons sont des structures complexes composées de minuscules vaisseaux sanguins et de tubules. Dans le néphron, les petites molécules sont presque toutes éliminées de la circulation sanguine. Cela inclut l’eau, les ions, le glucose et les déchets solubles, mais généralement pas les cellules ni les grandes protéines. Ensuite, les composés nécessaires ou utiles sont réabsorbés dans la circulation sanguine. Cela comprend presque tout le glucose et l’eau, et une quantité suffisante d’ions. Les déchets ainsi que les ions et l’eau en excès restants sont excrétés sous forme d’urine. Les étapes de base de la production d’urine sont illustrées dans la figure 2.

Nos reins travaillent très efficacement. Chaque rein possède environ un million de minuscules néphrons ! Ensemble, ils filtrent entre 160–200 L de sang par jour et produisent environ 1,5 L d’urine. Nos reins contiennent en permanence environ un cinquième de notre volume sanguin total.

Nos reins sont capables de s’adapter automatiquement aux variations constantes des conditions de notre corps pour maintenir à tout moment les niveaux optimaux d’eau et d’ions. Lorsque les reins d’un individu sont défaillants, leur fonction est extrêmement difficile à remplacer.

Il existe deux traitements pour l’insuffisance rénale.

L’une est la greffe de rein. Celle-ci consiste à prélever et à greffer le rein d’une personne récemment décédée ou d’un donneur vivant, à un patient ayant une insuffisance rénale. L’autre option de traitement est appelée la dialyse rénale. Dans le cas de la dialyse rénale, également appelée hémodialyse ou simplement dialyse, un mécanisme externe est utilisé pour filtrer le sang à la place des reins.

Regardons de plus près chacun de ces traitements, ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients.

La première étape d'une greffe de rein réussie consiste à trouver un rein de donneur compatible. Le nouveau rein doit être compatible avec le patient recevant la greffe, également appelé l’hôte. Le donneur et le patient doivent probablement avoir le même groupe sanguin et le même type de tissu, c’est pourquoi les parents proches sont souvent considérés comme de bons donneurs de reins. Un rein qui n'est pas suffisamment compatible sera rejeté et attaqué par le système immunitaire de l'hôte, ce qui endommagera le nouveau rein.

Afin d’éviter le rejet de greffe, les membres de la famille proche sont considérés comme les meilleurs donneurs de rein. Trouver une compatibilité sans lien de parenté est beaucoup plus difficile.

Afin de transplanter un rein, celui-ci est prélevé du donneur, puis greffé dans l’abdomen de l’hôte. L'artère et la veine du rein transplanté sont reliées à une veine et une artère situées plus bas dans le corps que les reins d’origine, et l'uretère du rein transplanté est relié à la vessie. Vous pouvez voir un rein greffé à un abdomen sur la figure 3. Les reins d’origine ne sont généralement pas retirés, il est donc possible que le bénéficiaire d'une greffe de rein ait trois reins dans le corps ! 

Un rein greffé fonctionnera probablement correctement pendant environ 10 à 15 ans. Pendant ce temps, le receveur mènera une vie saine et normale avec peu de restrictions alimentaires et aucun symptôme d’insuffisance rénale. Par ailleurs, la greffe de rein coûte généralement moins chère qu’une dialyse rénale à long terme. C’est pour cela que la greffe de rein est le traitement de choix, qui permet de prolonger la vie en cas d'insuffisance rénale.

L’un des inconvénients de la greffe de rein est que le rein transplanté peut être rejeté par l’organisme du patient. Les receveurs de transplantations rénales doivent donc prendre des médicaments immunosuppresseurs pour le reste de leur vie. Les immunosuppresseurs suppriment ou diminuent l’activité générale du système immunitaire. Ces médicaments peuvent protéger le nouveau rein, mais ils rendent également le patient vulnérable aux infections.

L’autre inconvénient de la solution de greffe est qu’il n’y a tout simplement pas assez de reins disponibles pour tout le monde. Il y a beaucoup plus de patients ayant besoin d’une transplantation rénale que de donneurs de rein disponibles. Sans donneur volontaire, en bonne santé et apparenté, les patients atteints d’insuffisance rénale peuvent passer toute leur vie à attendre qu’un rein soit disponible.

Exemple 3: Décrire les données d’un graphique sur les greffe de rein

Le graphique ci-dessous indique le nombre de personnes ayant besoin d’une greffe de rein par rapport au nombre de greffes effectuées.

Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement les données ? 

1. Le nombre de greffes effectuées est significativement supérieur à la demande de greffes de rein.
2. La demande de greffes de reins est constamment plus élevée que le nombre de greffes effectuées.
3. Le nombre de greffes de rein effectuées était plus élevé en 1990 qu’en 2010.
4. La demande de greffes de rein a lentement diminué au cours du temps.

Réponse

Ce graphique présente deux séries de données utilisant les mêmes échelles et axes. Avant d’essayer d’interpréter les données d’un graphique, il est utile de regarder la légende et les axes. La légende indique que les barres bleues représentent le nombre de greffes effectuées. La ligne rouge marquée de x représente le nombre de patients en attente d’une greffe de rein. L’ représente les ans, par échelon de 5 an, de 1990 à 2015. L’ nous montre le nombre de patients. Maintenant que nous avons compris comment les données sont présentées, nous pouvons examiner les tendances. Si nous nous concentrons sur les barres bleues, nous pouvons voir que le nombre de greffes effectuées n’a pas beaucoup changé au cours du temps. Il y a eu environ 2 000 greffes de rein effectuées en 1990, 1995, 2000 et 2005. En 2010 et 2015, ce nombre n’a que légèrement augmenté et reste inférieur à 2 500. Le nombre de greffes de rein effectuées est limité par le nombre de donneurs de rein disponibles. Les patients nécessitant une greffe doivent recevoir un rein sain d'un donneur compatible afin de recevoir le traitement dont ils ont besoin.

La ligne rouge nous indique des valeurs beaucoup plus élevées que les barres bleues. De 1990 à 2015, nous remarquons une augmentation constante de cette ligne, qui représente les patients sur la liste d’attente des receveurs de rein. Le nombre de patients sur la liste d’attente passe de 6 000 à environ 8 000 personnes sur cette période. Cela signifie que le nombre de patients ayant besoin d’une greffe de rein augmente régulièrement, tandis que le nombre de greffes effectuées par an ne change presque pas.

D’après ces informations, nous pouvons conclure que la demande de greffe de rein est constamment supérieure au nombre de greffes effectuées.

Pendant que les patients attendent qu’un rein soit disponible, la fonction du rein peut être remplacée par une dialyse.

Dans le cadre de la dialyse, le patient est relié à un dialyseur, parfois appelé « rein artificiel », que vous pouvez voir schématisé dans la figure 4. Un dialyseur est contrôlé par un ordinateur appelé « moniteur de dialyse ». Pendant la dialyse, le patient est relié au dialyseur par deux aiguilles. Le sang circule d’une artère du corps vers la machine à dialyse à travers une aiguille. À l’intérieur du dialyseur, le sang passe à travers un réseau de tubes qui filtre les déchets du sang et restaure l’équilibre eau / ion. Le sang purifié est ensuite réinjecté dans une veine du patient à travers la deuxième aiguille.

À l’intérieur du dialyseur, le sang du patient circule à travers un tube semi-perméable, ou « membrane », comme indiqué sur la figure 5. Les tubes de dialyse étant semi-perméables, les petites molécules peuvent passer librement. À l’extérieur des tubes se trouve un liquide spécialement conçu appelé liquide de dialyse. Le liquide de dialyse est aussi appelé dialysat, solution ou bain de dialyse.

Vous vous souvenez peut-être que selon le principe de diffusion, les molécules se déplacent naturellement des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration.

Le liquide de dialyse est conçu pour créer des gradients de concentration qui filtrent les déchets du sang du patient et rétablissent l’équilibre de l’eau et des minéraux. Un gradient de concentration est une différence de concentration d’une substance donnée entre un endroit et un autre. Les substances diffusent automatiquement dans le sens de leur gradient de concentration. La diffusion s’arrête lorsque les concentrations dans toutes les zones sont les mêmes, illustré dans la figure 6.

Le liquide de dialyse contient la plupart des éléments du plasma sanguin sain. Il comprend un bon équilibre d'eau stérilisée et d’ions sans aucun déchet métabolique tel que l'urée ou les acides organiques. Le glucose est présent dans le liquide de dialyse, ce qui empêche le patient de perdre trop de glucose sanguin par diffusion pendant la dialyse.

Lorsque le sang entre en contact avec le liquide de dialyse à travers la tubulure semi-perméable, les déchets (comme l’urée) diffusent car leur concentration est plus élevée dans le sang que dans le liquide de dialyse où ils ne devraient pas être présents. Si la concentration des ions est plus élevée dans le sang, ils diffuseront dans le liquide de dialyse. Si la concentration dans le sang est plus faible, ils diffuseront vers le sang. Il en va de même pour l’eau.

Lorsque le sang passe à travers le tube de dialyse, les déchets sont éliminés et les concentrations en ions et en eau sont rééquilibrées, un peu comme dans un rein fonctionnel. Le sang purifié est ensuite réinjecté au patient.

Afin de maintenir des gradients de concentration qui filtrent efficacement le sang, une réserve fraîche de liquide de dialyse doit être constamment pompée dans le dialyseur. Le liquide de dialyse circule dans la direction opposée à celle du sang, ce que l'on appelle à « contre-courant ».

Cette configuration à contre-courant maintient un gradient de concentration sur toute la longueur du tube de dialyse, comme le montre la figure 7. Si le sang et le dialysat s’écoulaient dans la même direction, la concentration des déchets atteindrait l’équilibre très rapidement. Par conséquent, le mouvement des déchets du sang vers le dialysat ne se produirait que dans une petite partie du dialyseur.

Le dialysat doit également être continuellement changé de la machine de dialyse, comme indiqué sur la figure 7, pour empêcher les déchets de s’accumuler dans le dialysat et de retourner dans le sang.

Exemple 4: Analyser la fonction d’un dialyseur

La figure ci-dessous représente une partie simplifiée d’un dialyseur.

1. Complétez l’affirmation avec « élevée » et « faible » pour décrire correctement la différence de concentration en urée : La concentration en urée est dans le sang et dans le liquide de dialyse.
2. Lequel des énoncés suivants explique le mieux pourquoi le sang circule dans la direction opposée au liquide de dialyse ? 
   1. La direction opposée du flux maintient un gradient de concentration élevé, de sorte que les produits utiles diffusent continuellement hors du sang.
   2. La direction opposée du flux maintient un gradient de concentration élevé, de sorte que les déchets diffusent continuellement dans le sang.
   3. La direction opposée du flux maintient un gradient de concentration élevé, de sorte que les déchets diffusent continuellement hors du sang.
   4. La direction opposée du flux n'a aucun avantage et n'est qu'une coïncidence.

Réponse

Partie 1

Un dialyseur fonctionne selon le principe de la diffusion. La diffusion se produit parce que les molécules ont une tendance naturelle à se déplacer des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. Le dialyseur est utilisé pour filtrer, nettoyer et équilibrer le sang des patients atteints d’insuffisance rénale. L’insuffisance rénale provoque l’accumulation de certains déchets dans le sang. Afin d’enlever ces composés, le sang du patient est pompé à travers un dialyseur.

À l’intérieur du dialyseur, il passe à travers un tube fait d’une membrane semi-perméable. À l’extérieur de cette membrane se trouve un liquide spécialement conçu appelé liquide de dialyse. La concentration de composés dans le liquide de dialyse est établie pour créer un gradient de concentration, ou une différence de concentration, entre le sang et le liquide de dialyse.

En effet, la concentration de déchets comme l’urée est élevée dans le sang d’un patient souffrant d’insuffisance rénale. Il n’y a pas d’urée dans le liquide de dialyse frais. Ainsi, il existe un gradient de concentration où la concentration d’urée dans le sang est beaucoup plus élevée que la concentration d’urée dans le liquide de dialyse. Comme la diffusion provoque le déplacement des molécules des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration, l’urée diffuse hors du sang vers le liquide de dialyse dans le dialyseur à travers la membrane semi-perméable.

Par conséquent, notre affirmation devrait se lire comme suit : « La concentration d’urée est élevée dans le sang et faible dans le liquide de dialyse ».

Partie 2

Lorsque le sang passe à travers le dialyseur, la concentration d’urée dans le sang doit diminuer de manière constante afin d’éliminer les déchets du sang aussi efficacement que possible. Lorsqu’il y a une grande différence de concentration pour une substance entre une zone et une autre, on dit que la substance a un fort gradient de concentration. Les molécules diffusent plus rapidement dans le sens d’un gradient de concentration fort que d’un gradient moins prononcé.

Par conséquent, afin de maintenir la diffusion d'urée hors du sang, il est important de maintenir un gradient de concentration tout au long du trajet du dialyseur. Si le liquide de dialyse circulait dans la même direction que le sang, le gradient de concentration d’urée dans le dialyseur serait extrêmement fort au début. Le sang provenant du patient aurait beaucoup d’urée, et le liquide de dialyse frais n’en aurait pas. Ainsi, beaucoup d’urée pourrait diffuser au début.

Cependant, à mesure que les fluides traversent le dialyseur, la concentration d’urée dans le liquide de dialyse augmenterait, tandis que la concentration d’urée dans le sang diminuerait. Les deux concentrations se rapprocheraient, diminuant le gradient de concentration et la quantité d’urée qui diffuserait hors de la circulation sanguine. Pour éviter cela, le liquide de dialyse s’écoule dans la direction opposée du sang, ce qui maintient un fort gradient de concentration dans tout le dialyseur, et pas seulement en un seul endroit.

Selon cette information, nous pouvons conclure que la direction opposée de l’écoulement maintient un gradient de concentration fort pour que les déchets diffusent continuellement du sang.

La dialyse est un traitement beaucoup plus courant pour l’insuffisance rénale que la transplantation. Il y a un nombre limité de reins de donneurs disponibles, mais nous pouvons produire autant d’appareils de dialyse que nécessaire.

L’espérance de vie d’un patient sous dialyse est de 5 à 30 ans selon l’état de santé général du patient et du respect des directives de traitement.

Les patients sous dialyse doivent suivre des restrictions alimentaires strictes entre les traitements de dialyse pour éviter l’accumulation de déchets et d’ions dans le sang. Il faut donc éviter les aliments riches en sel ou en potassium. Ils doivent également limiter la consommation de liquide car leurs reins n’éliminent pas efficacement l’excès d’eau du sang.

Par ailleurs, la dialyse est un processus inconfortable et long. Les patients en dialyse sont généralement traités 3 à 4 fois par semaine pour une durée de 3 à 6 heures d’affilées. Le temps nécessaire à la dialyse peut impacter la vie quotidienne d’un patient. Voici une photo représentant des patients dans un centre de dialyse.

La dialyse n’est pas une substitution parfaite d’un rein fonctionnel. Un rein peut maintenir l’homéostasie constamment, mais la dialyse ne fonctionne que lorsque le patient est relié au dialyseur.

Certaines des causes les plus fréquentes d’insuffisance rénale peuvent être évitées. Le meilleur moyen d’éviter une insuffisance rénale est de maintenir une alimentation saine, de boire beaucoup d’eau, de faire du sport et d’éviter les pratiques néfastes telles que le tabagisme, la consommation d’alcool ou de drogues. Si vous gardez vos reins en bonne santé, non seulement ils vous serviront toute votre vie, mais ils pourraient également sauver la vie de quelqu’un d’autre.

Passons en revue ce que nous avons appris sur l’insuffisance rénale dans cette fiche explicative.