Exercice 1 : Endocrinologie et pression artérielle

Problème guidé corrigé : Endocrinologie et régulation de la pression artérielle

Matière : SVT — Filière : BCPST
Chapitre: Physiologie, Écologie globale et Évolution*
Thème : Endocrinologie et pression artérielle

Introduction et présentation du sujet

La régulation à court et long terme de la pression artérielle est un enjeu homéostatique majeur chez les Vertébrés. Une baisse de la volémie (hypovolémie) ou de la pression artérielle entraîne l’activation de systèmes neuroendocriniens complexes visant à rétablir les paramètres initiaux.

Ce problème propose d’analyser, à travers l’étude de données expérimentales et physiologiques, le rôle de l’axe corticotrope, du système Rénine-Angiotensine-Aldostérone (SRAA) et de la neurohypophyse dans la régulation de la pression artérielle chez un mammifère modèle.

Partie I : Analyse de la réponse endocrine à une hypotension orthostatique ou hémorragique

Données préliminaires

On suit l’évolution de la pression artérielle moyenne ( $PAM$ , en $\text{mmHg}$ ) et des taux plasmatiques de deux hormones (Hormone A et Hormone B, en $\text{pmol}\cdot\text{L}^{-1}$ ) chez un animal soumis à une hémorragie aiguë contrôlée (perte de $15\%$ du volume sanguin total à $t = 0$ ).

Temps ( $t$ )	$PAM$ ( $\text{mmHg}$ )	Hormone A ( $\text{pmol}\cdot\text{L}^{-1}$ )	Hormone B ( $\text{pmol}\cdot\text{L}^{-1}$ )
$t = -5\text{ min}$ (contrôle)	$100$	$5{,}0$	$2{,}0$
$t = 2\text{ min}$	$75$	$28{,}0$	$15{,}0$
$t = 15\text{ min}$	$85$	$18{,}0$	$8{,}0$
$t = 60\text{ min}$	$95$	$6{,}0$	$3{,}0$

Questions

Identifier les variations de la pression artérielle suite à l’hémorragie et expliciter les récepteurs sensoriels impliqués dans la détection de cette variation ainsi que leur localisation anatomique.
Analyser la cinétique des hormones A et B. En sachant que l’une est l’aldostérone et l’autre l’hormone antidiurétique (ADH ou vasopressine), attribuer à chaque hormone sa nature chimique et sa glande endocrine de synthèse en justifiant par des critères physiologiques.
Expliquer le mécanisme moléculaire et cellulaire par lequel l’Hormone B induit une réabsorption accrue de l’eau au niveau des reins.

Corrigé et éléments de barème

1. Détection de la variation de pression artérielle

Variation : Chute brutale de la $PAM$ de $100\text{ mmHg}$ à $75\text{ mmHg}$ à $t = 2\text{ min}$ , traduisant une hypovolémie aiguë. (0,5 point)
Capteurs : Les variations de pression artérielle sont détectées par des barorécepteurs artériels (mécanorécepteurs). (0,5 point)
Localisation : Ils sont situés principalement dans le sinus carotidien (à la bifurcation des artères carotides internes) et dans la crosse de l’aorte. (0,5 point)

2. Identification des hormones A et B

Analyse cinétique : Les deux hormones montrent une réponse rapide (pic à $t = 2\text{ min}$ ) corrélée à la chute de pression, suivie d’un retour progressif aux valeurs basales à mesure que la $PAM$ se rétablit. (0,5 point)
Identification de l’Hormone B (ADH) : Sa réponse est extrêmement rapide et intense (multipliée par $7{,}5$ ). Il s’agit de l’ADH (vasopressine), une neurohormone (peptide) synthétisée par les corps cellulaires des neurones hypothalamiques (noyaux supra-optiques et paraventriculaires) et stockée dans la neurohypophyse (post-hypophyse). (1 point)
Identification de l’Hormone A (Aldostérone) : Il s’agit de l’aldostérone, une hormone stéroïde (dérivé du cholestérol) synthétisée par la zone glomérulacée du cortex des glandes surrénales (corticosurrénalienne), stimulée indirectement par l’axe Rénine-Angiotensine. (1 point)

3. Mécanisme d’action de l’Hormone B (ADH) au niveau rénal

L’ADH circulante se lie aux récepteurs V2 couplés à une protéine G stimuls ( $G_s$ ) situés sur la membrane basolatérale des cellules principales des tubes collecteurs du néphron. (0,75 point)
Cette fixation active l’adénylate cyclase, entraînant une augmentation de l’AMP cyclique ( $AMPc$ ) intracellulaire et l’activation de la protéine kinase A ( $PKA$ ). (0,75 point)
La cascade de phosphorylation induit l’exocytose de vésicules cytoplasmiques contenant des canaux à eau spécifiques, les aquaporines 2 (AQP2), vers la membrane apicale (luminale). (0,75 point)
Il en résulte une augmentation de la perméabilité à l’eau du tube collecteur, favorisant la réabsorption de l’eau du lumen rénal vers le milieu intérieur (osmolarité médullaire), ce qui concentre les urines et restaure la volémie. (0,75 point)

Partie II : Étude expérimentale du Système Rénine-Angiotensine-Aldostérone (SRAA)

On réalise une expérience sur des rats normotendus. On administre à $t = 0$ un inhibiteur spécifique de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (IEC).

Données expérimentales

Concentration plasmatique de rénine : Augmente significativement après l’injection de l’IEC.
Concentration plasmatique d’angiotensine II : Chute drastique.
Pression artérielle moyenne ( $PAM$ ) : Chute de $110\text{ mmHg}$ à $80\text{ mmHg}$ .

Questions

Schématiser par un organigramme fonctionnel les étapes biochimiques reliant la baisse de la pression artérielle au niveau rénal jusqu’à la production d’angiotensine II.
Interpréter l’augmentation de la concentration plasmatique de rénine suite à l’administration de l’IEC en termes de régulation par rétrocontrôle (feedback).
Analyser critique des limites de ce traitement pharmacologique (l’IEC) chez un patient souffrant d’insuffisance rénale chronique avancée.

Corrigé et éléments de barème

1. Schéma fonctionnel du SRAA

Baisse de $PAM$ ou de la charge filtrée en $Na^+$ au niveau de l’appareil juxtaglomérulaire $\rightarrow$ Sécrétion de rénine par les cellules juxtaglomérulaires. (0,75 point)
La rénine hydrolyse l’angiotensinogène (produit par le foie) en angiotensine I ( décapeptide inactif). (0,75 point)
L’angiotensine I est transformée en angiotensine II (octapeptide actif) sous l’action de l’Enzyme de Conversion de l’Angiotensine (ECA), principalement localisée dans les capillaires pulmonaires. (0,75 point)

2. Interprétation du rétrocontrôle (feedback)

L’angiotensine II exerce habituellement un rétrocontrôle négatif sur la libération de rénine par les cellules juxtaglomérulaires (via les récepteurs AT1). (1 point)
L’administration de l’IEC bloque la conversion d’angiotensine I en angiotensine II, ce qui supprime ce signal inhibiteur (feedback négatif). (1 point)
Par conséquent, la levée de cette inhibition entraîne une hyper-sécrétion compensatrice de rénine par le rein, expliquant l’augmentation observée de sa concentration plasmatique. (0,5 point)

3. Analyse critique et limites physiologiques

Effet recherché : La baisse de l’angiotensine II entraîne une vasodilatation artériolaire systémique et une diminution de la réabsorption sodée (baisse d’aldostérone), ce qui réduit la $PAM$ (effet antihypertenseur). (0,75 point)
Limite chez l’insuffisant rénal : Chez un patient en sténose bilatérale de l’artère rénale ou en insuffisance rénale chronique avancée, la filtration glomérulaire dépend de manière critique de la vasoconstriction de l’artériole efférente médiée par l’angiotensine II pour maintenir un débit de filtration glomérulaire ( $DFG$ ) correct. (1 point)
Conséquence critique : L’administration d’un IEC supprime cette vasoconstriction efférente, provoque une chute brutale du $DFG$ et peut induire une insuffisance rénale aiguë iatrogène. C’est une contre-indication majeure ou une situation nécessitant une surveillance très stricte de la créatininémie. (1 point)