Médecine, santé et société

Les systèmes à contre-courant

Rein 23 Jan 2012

Les systèmes à contre-courant, largement répandus dans la nature, remplissent plusieurs fonctions :

1. Système d'échange simple: un système d'échange simple est constitué par exemple de deux tubes dans lesquels de l'eau froide (0°C) et de l'eau chaude (100°C) coulent en parallèle. Grâce à l'échange de chaleur entre les deux tubes l'eau sortant à leurs extrémités est à 50 °C, ce qui signifie que le gradient de température initial (100°C) a disparu.

2. Un système d'échange à contre-courant apparaît lorsque le sens du courant dans un des deux tubes est inversé. Etant donné qu'un gradient de température se manifeste dès lors sur l'ensemble du système, la chaleur peut être échangée sur toute la longueur. Mis à part la chaleur, certaines substances peuvent aussi être échangées à travers une paroi semiperméable, dans la mesure où il existe un gradient de concentration pour ces substances. Prenons l'exemple du foie : la bile coule à contre-courant vers le sang artériel et portai, de sorte que de nombreuses substances excrétées avec la bile peuvent retourner vers le sang.

Si l'on considère maintenant un flux liquidien s'écoulant dans un tube coudé en épingle à cheveux, en contact avec un milieu dont la température s'écarte de celle régnant à l'intérieur du tube (glace), il y aura certes perte constante de chaleur au début du coude, mais le liquide à la sortie sera à peine plus froid que le liquide se trouvant à l'entrée du coude. Un tel mécanisme permet par exemple aux pingouins et aux canards de se poser sur la glace et d'y rester. Cet échange de chaleur entre les artères et les veines joue aussi un rôle dans la thermorégulation chez l'homme.

Un échange à contre-courant semblable se produit, dans les vasa recta du rein, pour le plasma et les substances dissoutes dans le sang. La condition préalable à cet échange est une augmentation de l'hypertonie de la médullaire rénale. Pour des raisons d'équilibre osmotique, une fraction du plasma coule de la partie descendante vers la partie ascendante des vasa recta et donc dans la médullaire. Inversement, les substances dissoutes venant de la branche veineuse ascendante, qui entraîne ces substances hors de la médullaire hypertonique, arrivent toujours dans la branche descendante. Cela concerne en particulier les substances formées dans la médullaire rénale comme le CO2 et celles qui y sont réabsorbées comme l'urée. L'osmolalité élevée de la médullaire n'est donc que peu perturbée malgré l'apport sanguin nécessaire.

3. Dans le système à contre-courant multiplicateur, un gradient de concentration permanent est créé, par dépense d'énergie, entre les deux branches.Ce gradient relativement faible entre les deux branches (effet élémentaire) est renforcé par le contrecourant et devient un gradient relativement élevé le long des branches de l'anse. Ce gradient est d'autant plus élevé que l'anse est longue et le gradient de l'effet élémentaire important; il est, en outre, inversement proportionnel (au carré) à la force du courant dans l'anse.

Dans le tubule rénal (A5 et A6), les ions Na+ et Cl- sont constamment transportés activement, c'est-à-dire avec dépense d'énergie, de la branche ascendante de l'anse de Henle vers l'interstitium environnant. Cette partie tubulaire est très peu perméable à l'eau contrairement à la branche descendante, dont l'osmolalité s'équilibre avec celle de l'interstitium; le transport actif du NaCl produit donc le gradient de l'effet élémentaire entre la branche ascendante de l'anse d'un côté et la branche descendante ainsi que l'interstitium de la médullaire de l'autre côté. Etant donné que l'osmolalité élevée de l'interstitium provoque une fuite de l'eau hors du tube collecteur, on peut considérer que ce transport actif du NaCl constitue la force motrice du mécanisme de concentration rénale.