Sémiologie : Interprétation des électrolytes urinaires

1. Fonction tubulaire

La formation de l’urine débute avec la filtration glomérulaire, c’est-à-dire l’élaboration d’un ultrafiltrat de plasma, dépourvu de protéine. Cet ultrafiltrat chemine ensuite dans le tube rénal où l’eau et les solutés sont réabsorbés depuis la lumière tubulaire vers le capillaire péritubulaire (réabsorption). D’autres solutés sont sécrétés dans la lumière tubulaire depuis le capillaire (sécrétion). Certaines substances subissent les 2 processus (réabsorption et sécrétion) ce qui permet une régulation plus flexible de leur excrétion.

Quantitativement, environ 170 litres d’ultrafiltrat sont formés chaque jour dont seulement 1 à 3 litres, selon les apports hydriques, sont excrétés comme urine. De grandes quantités de sodium, chlore, calcium, magnésium et phosphate sont ainsi filtrés, puis réabsorbés, la quantité éliminée dans l’urine finale dépendant de l’apport alimentaire de chacun de ces solutés. Des substances telles que le glucose, les acides aminés et le bicarbonate sont presque totalement réabsorbés (dans le tube proximal) et n’apparaissent pas dans l’urine dans les conditions physiologiques.

Rôle du rein dans l’homéostasie du NaCl

Le rein régule de façon très précise la balance sodée et, de là, le volume des liquides extracellulaires. La charge filtrée de sodium est le produit DFG x PNa (concentration plasmatique du sodium), soit 180 litres/24 h x 140 mmol/l = 2520 mmol/24 h.

Le débit de Na excrété est, en situation d’équilibre, égal à l’apport alimentaire soit en moyenne 150 mmol/24 h. La fraction de sodium excrétée dans l’urine est donc très basse (150/2520), largement inférieure à 1 % de la charge filtrée. Cette fraction d’excrétion (FENa) correspond à FENa = CNa/Ccr

Ce mode d’expression est applicable à toute substance apparaissant dans l’urine.

La réabsorption de sodium a lieu dans tous les segments tubulaires (voir chapitre sur les diurétiques). Cette réabsorption est régulée par de nombreux facteurs intriqués dont la volémie et le débit et la pression de perfusion du rein. La réabsorption sodée est aussi régulée par de nombreuses hormones : le peptide atrial natriurétique (ANP), la bradykinine, les prostaglandines exercent un effet natriurétique.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone est un système très puissant de maintien de la balance sodée. Tous les éléments du système rénine-angiotensine sont présents au niveau du rein mais cette cascade enzymatique se produit également à partir de substrats circulants (angiotensine I en particulier).

La rénine est une enzyme protéolytique formée dans les cellules de l’appareil juxtaglomérulaire, situé au pôle vasculaire de chaque glomérule. La synthèse et la libération de rénine sont augmentées lorsque la pression de perfusion rénale ou le débit de Na délivré à la macula densa diminuent (la macula densa est une portion spécialisée du tube rénal constituant une partie de l’appareil juxtaglomérulaire.

Segments du tubule rénal

L’angiotensine II exerce de multiples effets : vasoconstriction et élévation de la pression artérielle, stimulation de la réabsorption sodée, de la soif et de la sécrétion d’aldostérone. Les hormones minéralo-corticoïdes, principalement l’aldostérone jouent un rôle important en contrôlant la réabsorption d’environ 2 % du sodium filtré, dans le tube collecteur cortical, l’un des derniers segments tubulaires à "retoucher" l’urine.
L’aldostérone est la principale hormone kaliurétique. Outre l’angiotensine II et III, sa sécrétion est stimulée par l’hyperkaliémie et l’ACTH.

L’exploration hormonale du système rénine-angiotensine-aldostérone doit tenir compte des principaux éléments qui interviennent dans sa régulation ; apport sodé et potassique, pression artérielle, position, absence de médicaments interférant avec le SRA lui-même mais aussi avec la volémie, le système sympathique, etc...

De nombreux médicaments permettant le blocage pharmacologique de ce système sont maintenant disponibles en thérapeutique.

Régulation rénale de l’excrétion de l’eau

La capacité du rein à réguler l’excrétion d’eau indépendamment de l’excrétion des solutés, permet de maintenir l’osmolalité des liquides de l’organisme dans d’étroites limites malgré de larges variations d’apport d’eau. Sur les 170 litres d’eau filtrée chaque jour, seulement 1 à 2 litres sont excrétés. La filtration glomérulaire n’intervient pas dans la régulation de l’excrétion hydrique, à l’exception d’une insuffisance rénale très sévère, ou au cours de l’insuffisance rénale chronique au stade de dialyse.

Le tube est le site principal de la régulation rénale de l’excrétion d’eau. L’absorption nette d’eau se fait tout au long du néphron, liée à la diffusion passive d’eau le long d’un gradient de concentration vers une région d’osmolalité plus élevée.

La réabsorption d’eau dans les segments post-proximaux du néphron se fait indépendamment de la réabsorption des solutés, ce processus est appelé réabsorption d’eau libre de solutés ou encore simplement d’eau libre. La réabsorption d’eau se fait principalement dans le tube collecteur sous l’influence de l’hormone antidiurétique (HAD) circulante. Cette fraction variable d’eau réabsorbée sous le contrôle de l’HAD, est le mécanisme principal de régulation de l’osmolalité des liquides de l’organisme. L’HAD (encore appelée arginine-vasopressine ou AVP) est synthétisée par les cellules nerveuses de l’hypothalamus et libérée par leur terminaison dans la post-hypophyse. Le stimulus principal de libération d’HAD est l’augmentation de l’osmolalité plasmatique, médiée par l’intermédiaire d’osmorécepteurs, qui sont extrèmement sensibles à de minimes variations d’osmolalité (2 mOsm/kg d’eau plasmatique, soit < 1 % de l’osmolalité plasmatique normale). La sécrétion d’HAD est aussi influencée par des stimuli non osmotiques : hypovolémie, angiotensine II, prostaglandines ou nicotine.

Le rein est capable de diluer les urines jusqu’à 10 fois par rapport au plasma (environ 30 mOsm par kg), mais il ne peut concentrer que jusqu’à un maximum de 4 fois l’osmolalité du plasma (osmolalité urinaire maximale 1200 mOsm/kg).

En pratique clinique, c’est surtout la capacité de concentration des urines qui est étudiée devant une polyurie (débit urinaire supérieur à 3 litres/24 h) associé ou non à une hypernatrémie. Une restriction hydrique est instaurée jusqu’à ce que le patient perde un minimum de 3 % du PDC (et un maximum de 5 %) ou jusqu’à ce que sur 3 échantillons urinaires successifs, l’osmolalité urinaire n’augmente plus. Ceci est habituellement obtenu après 16 h de restriction hydrique mais parfois plus tôt en cas de polyurie sévère. Il est utile de compléter l’étude par l’administration d’HAD exogène. Chez le sujet normal, l’osmolalité urinaire maximale obtenue est de 1000 ± 200 (moyenne ± écart-type) mOsm, sans modification après HAD. Dans le diabète insipide, l’osmolalité maximale est insuffisante. Si la cause est le manque d’HAD (diabète insipide "central"), la capacité de concentration est restaurée par l’HAD exogène. Si l’anomalie de concentration n’est pas corrigée par l’HAD, il s’agit le plus souvent d’un diabète insipide "néphrogénique" lié à l’insensibilité du tube collecteur à l’HAD.

Exploration d’une polyurie

La mesure de la densité urinaire est sujette à trop d’erreur et ne doit plus être utilisée. L’osmolalité est mesurée directement par un osmomètre cryoscopique mais elle peut être calculée approximativement, dans le plasma ou dans les urines, par la formule : Osm (mOsm/kg eau) = 2 [Na] + [Urée] + [Glucose], les concentrations de ces différentes substances étant exprimées en mmol/l.

Rôle du rein dans le maintien de la balance potassique

L’apport alimentaire de potassium est d’environ 1 mmol/kg PDC/jour. Ce rein régule le bilan potassique mais à moyen terme (quelques heures). L’ensemble du potassium excrété dans l’urine est ajouté par sécrétion dans le tube collecteur cortical. La quantité de potassium excrétée dépend de 2 facteurs : (1) le débit de fluide tubulaire au site de sécrétion, et (2) la capacité de l’aldostérone à générer un gradient sécrétoire de potassium.

Sous l’influence de l’aldostérone, le gradient sécrétoire maximal de potassium est d’environ 10 . Par exemple, pour une kaliémie de 4.0 mmol/l, la concentration maximale tubulaire de potassium est de 40 mmol/l. Si le débit urinaire est de 2 litres/24 h, un maximum de 80 mmol de potassium peut être éliminé par 24 h. Inversement un rapport concentration luminale de potassium sur kaliémie inférieure à 5 témoigne d’une inefficacité biologique de l’aldostérone. En pratique clinique, il n’est pas possible de connaître la concentration luminale de potassium dans le tube collecteur cortical. En effet, le segment de tube collecteur médullaire entre le tube collecteur cortical et l’urine définitive est le siège d’une réabsorption importante d’eau, en particulier en état d’antidiurèse, si bien que la concentration urinaire de potassium ne reflète pas la concentration luminale de K dans le tube collecteur cortical. Un moyen d’approcher le gradient lumière/plasma de K (encore appelé gradient transtubulaire de potassium ou GTTK) dans le tube collecteur cortical consiste à corriger le rapport urine/plasma de K par le rapport de l’ osmolalité urine sur plasma (Uosm/Posm) qui témoigne indirectement de la réabsorption d’eau dans le tube collecteur médullaire.

GTTK = Uk/Pk x Posm/Uosm

En pratique cette formule n’est applicable que lorsque Uosm est > à Posm.
 

Rôle du rein dans la balance acide-base

Le rein joue un rôle essentiel dans le maintien de la concentration plasmatique de protons (ou du pH). La concentration plasmatique de proton est très faible (40 nanomoles/l) en regard de l’importance de la charge acide quotidienne, (1 mmol/kg soit 70 mmol/j de H+), provenant du catabolisme des protéines souffrées alimentaires.

La quantité importante de bicarbonate plasmatique filtré puis réabsorbé dans le tube proximal ne participe pas directement à l’excrétion nette de protons. Pour chaque proton éliminé par le rein, sous forme d’une addition de protons dans le tube collecteur, une quantité équivalente de bicarbonate doit être générée par le rein. Cette génération "de novo" de bicarbonate provient du métabolisme de la glutamine dans les cellules du tube proximal qui donne un bicarbonate réabsorbé et une molécule d’ammoniaque (NH3). Celle-ci se combine dans le tube collecteur au proton sécrété et est finalement éliminée dans l’urine sous forme d’ion ammonium NH4+. Chaque mole de NH4+ excrétée dans l’urine correspond donc à la synthèse de novo de 1 mole de bicarbonate

Amoniurie et génération des bicarbonates de novo

L’ammoniurie des 24 heures reflète donc bien la capacité globale du rein à excréter une charge acide. L’ammoniurie est régulée par l’hypokaliémie et l’acidité intracellulaire qui stimulent le métabolisme de la glutamine. En cas de surcharge acide chronique (perte de base par une diarrhée par exemple), l’ammoniurie peut atteindre jusqu’à 300 mmol/24 h.

Le pH urinaire dépend essentiellement de la concentration de proton libre dans l’urine. Cette concentration de proton libre participe de façon marginale (0.25 mmol/j) à la régulation de l’équilibre acide-base. La concentration urinaire de proton et donc le pH urinaire final dépend davantage de la quantité de NH3 délivrée au tube collecteur pour capter les protons que de la capacité du rein à sécréter les protons. Un pH urinaire acide traduit ainsi une fonction sécrétoire normale de proton dans le tube collecteur mais peut s’observer aussi en présence d’une acidose tubulaire lorsque la production d’ammonium est insuffisante.

En pratique, on peut distinguer 3 formes d’acidose rénale. La plus fréquente est liée à l’insuffisance rénale chronique et traduit l’insuffisance de production de NH3, conséquence directe de la réduction de masse rénale fonctionnelle. La capacité de sécrétion dans les néphrons fonctionnels restants est relativement conservée et le pH urinaire est normalement acide. L’acidose tubulaire proximale est liée à une diminution du seuil de réabsorption proximale des bicarbonates. Normalement, les urines ne contiennent pas de bicarbonate lorsque la concentration plasmatique est inférieure à 25 mmol/l. En cas d’acidose tubulaire proximale la bicarbonaturie ne disparaît que pour une bicarbonatémie de 15 mmol/l ou en dessous. Le pH urinaire est variable et il s’y associe toujours une diminution modérée de l’excrétion d’ammonium. Cette variété d’acidose tubulaire peut être associée à d’autres anomalies tubulaires proximales (glycosurie, aminoacidurie, diabète phosphaté). L’acidose tubulaire distale s’accompagne toujours d’un déficit de la production d’ammonium urinaire. Le pH urinaire est variable, > 5.5 et inadapté par rapport à l’acidose métabolique si l’insuffiasnce de sécrétion de proton est l’anomalie en cause. Dans certains cas (hypoaldostéronisme par exemple), il exite un déficit combiné de la sécrétion de proton et de potassium dans le tube collecteur, source d’acidose métabolique hyperkaliémique particulièrement grave.

 
Rôle du rein dans l’homéostasie minérale

Le rein régule le métabolisme du calcium et du phosphore par des mécanismes multiples à la fois directs et indirects.

Le rein assure une fonction endocrine en synthétisant le dérivé actif de la vitamine D. Le 25-hydroxycholécalciférol circulant (calcidiol) est métabolisé dans le cortex rénal en 1- alpha 25-dihydroxycholécalciférol (calcitriol) en réponse à l’hypophosphatémie ou l’élévation de la parathormone (PTH) circulante. Le calcitriol augmente l’absorption intestinale de calcium et de phosphate, leur mobilisation osseuse, et freine en retour la sécrétion de parathormone.

Le rein assure la régulation de la phosphatémie. Le taux de réabsorption du phosphore (TRP) est normalement de 0.80 à 0.95. Ce TRP est fortement influencé par la parathormone qui peut l’abaisser de 20 % environ et surtout par le contenu alimentaire en phosphate qui peut le faire varier de 1.00 en cas de régime très appauvri en phosphate, jusqu’à 0.30 - 0.40 en cas de régime riche en phosphate.

Le rein filtre environ 225 mmol (1.25 mmol/l x 180 l/jour) de calcium ionisé non lié aux protéines, dont 98 % sont réabsorbés dans le tubule le plus souvent en parallèle avec le sodium. La calciurie normale est inférieure à 0.1 mmol/kg PDC et par jour. Elle est diminuée par la PTH, le régime désodé et les diurétiques thiazidiques.

2. Interprétation des électrolytes urinaires

La mesure du débit urinaire de Na, Cl ou K dans les urines de 24 h indique l’apport alimentaire de ces ion, en situation stable (poids constant).

La mesure du sodium, chlore et potassium urinaire peut donner des renseignements cliniques importants dans certaines circonstances bien définies.

Intérêt pratique du dosage des électrolytes urinaires

• Na+
  — appréciation de la volémie
  — évaluation de l’apport alimentaire en Na chez les sujets hypertendus ou insuffisants rénaux cardiaques
  — Diagnostic des hyponatrémies et de l’insuffisance rénale aiguë
  — diagnostic des alcaloses métaboliques
• K+
  — diagnostic des hypokaliémies
• Cl-
  — diagnostic des alcaloses métaboliques
• pH
  — diagnostic des acidoses tubulaires rénales
  — efficacité du traitement de l’alcalose métabolique et de la lithiase urique

Sodium urinaire

La concentration urinaire de sodium peut être utilisée comme une estimation de la volémie. Ainsi un sodium urinaire en dessous de 10 - 15 mmol/l est généralement suggestif d’hypovolémie. Ceci est tout particulièrement utile dans le diagnostic différentiel de l’hyponatrémie et de l’insuffisance rénale aiguë. Par exemple, les 2 principales causes d’hyponatrémie sont représentées par l’hypovolémie et le syndrome de sécrétion inapproprié d’hormone antidiurétique (SIADH). Le sodium urinaire est généralement bas dans le premiers cas alors que des valeurs > 20 mmol/l sont habituelles au cours du SIADH qui est caractérisé par une rétention d’eau et une expansion volémique initiale. Il en est de même pour l’insuffisance rénale aiguë qui est le plus souvent liée à une hypovolémie ou à une nécrose tubulaire. Dans ce dernier cas, le sodium urinaire généralement dépasse 20 mmol/l, en partie parce que les lésions tubulaires diminuent la capacité maximale de concentration.

Chez les sujets normaux, l’excrétion de sodium urinaire équivaut à la consommation alimentaire. Ce type de mesure peut être utilisé pour apprécier l’adhérence au régime sans sel prescrit à des malades hypertendus ou insuffisant cardiaque. Il est important de noter que le traitement diurétique ne modifie pas l’intérêt de cette mesure tant que la dose de diurétique et l’apport sodé restent relativement constants. En effet, moins d’une semaine après l’institution d’un traitement diurétique, un nouvel état d’équilibre est atteint avec un bilan sodé (et un poids) négatif de quelques kg, et l’égalité entre les entrées alimentaires et l’excrétion urinaire de Na.

Certaines limitations concernant la mesure du sodium urinaire doivent être rappelées. Un sodium urinaire bas peut être observé chez des sujets normovolémiques à l’occasion d’une ischémie rénale ou glomérulaire liée à une sténose artérielle rénale bilatérale ou une glomérulonéphrite aiguë. Inversement, un défaut de réabsorption tubulaire du Na entraîne une natriurèse élevée malgré une déplétion volémique. Ceci est le cas avec le traitement diurétique, l’hypoaldostéronisme ou l’insuffisance rénale avancée.

Le sodium urinaire peut aussi être influencé par le débit d’eau réabsorbé. Au cours du diabète insipide central ou la diurèse peut atteindre 10 l/jour, l’excrétion quotidienne de 100 mmol de Na correspond à une concentration urinaire de 10 mmol/l ou moins. Inversement, une réabsorption importante d’eau peut augmenter la concentration urinaire de sodium et masquer l’hypovolémie. Pour corriger cet effet lié à la réabsorption, l’élimination rénale du sodium peut être évaluée en calculant la FENa.

L’intérêt principal de la FENa est le diagnostic différentiel des causes d’insuffisance rénale aiguë. Une FENa < 1 % oriente vers une insuffisance rénale fonctionnelle car l’hypovolémie augmente de façon appropriée la réabsorption de Na. A l’inverse, au cours de la nécrose tubulaire, la FENa est généralement > 3 %.

Potassium urinaire

La mesure du K urinaire sert essentiellement au diagnostic d’une hypokaliémie.

Un K urinaire < 25 mmol/jour suggère des pertes extrarénales, habituellement digestives ou un traitement diurétique arrêté. Un K urinaire supérieur à 25 mmol/l oriente par contre vers une perte urinaire de K.

La mesure du K urinaire est moins utile en cas d’hyperkaliémie. Cependant la persistance d’une hyperkaliémie chronique témoigne obligatoirement d’un défaut d’excrétion urinaire du K.

Cl urinaire

Le Cl est réabsorbé le long du néphron en parallèle avec le Na si bien que l’excrétion urinaire de ces 2 ions est habituellement proche et que la détermination du Cl urinaire apporte peu de renseignement supplémentaire à la simple mesure du Na urinaire.

La mesure du Cl urinaire est utile au cours des alcaloses métaboliques pour savoir si l’alcalose n’est pas entretenue par un déficit en Cl, généralement en NaCl. Dans ce cas, un Cl urinaire abaissé témoigne d’une déplétion volémique associée, souvent par vomissements ou excès de diurétique. L’alcalose métabolique est alors corrigé par l’apport de NaCl.

Inversement un Cl urinaire élevé oriente vers une forme d’alcalose résistante à l’administration de NaCl et traduit par exemple un hyperminéralocorticisme primitif.

pH urinaire

Le pH urinaire reflète la concentration de protons libres dans l’urine et donc le degré d’acidification de l’urine. L’intérêt principal de la détermination du pH urinaire réside dans l’exploration des acidoses métaboliques. La réponse appropriée à l’acidose métabolique est une augmentation de l’excrétion urinaire d’acide sous forme de NH4+ et de proton libre, avec un pH urinaire qui baisse en-dessous de 5.3 et habituellement 5.0. Des valeurs au dessus de 5.3 chez l’adulte, ou de 5.6 chez l’enfant (en l’absence d’infection urinaire à germe gram négatif à activité uréasique) indiquent un trouble de l’acidification urinaire et la présence d’une acidose tubulaire. Cependant le pH urinaire peut être abaissé (< 5.3) dans certaines formes d’acidose tubulaire accompagnée d’un défaut de production ou de transport rénal du NH3. Dans ces cas, l’ammoniurie est basse et la concentration de protons libres non liés au NH3 augmente.

La mesure du pH urinaire peut également s’avérer utile pour apprécier l’efficacité du traitement d’une alcalose métabolique. Au cours de l’alcalose métabolique associée à une déplétion volémique sévère, la réabsorption tubulaire de bicarbonate est augmentée si bien que pratiquement tout le bicarbonate filtré est réabsorbé. Le pH urinaire est donc acide (< 6.0) de façon inappropriée. Cette anomalie est corrigée par l’administration de NaCl qui permet l’excrétion rénale de bicarbonate. Un pH urinaire bas persistant indique une réplétion volémique inadéquate.

Une urine acide en permanence est aussi un important facteur important prédisposant à la formation d’une lithiase uratique, car l’acide urique en milieu acide est beaucoup moins soluble que l’urate. Au cours du traitement de la lithiase uratique, l’alcalinisation des urines doit permettre d’obtenir un pH urinaire alcalin supérieur à 6.0 ou 6.5.