Osmorégulation et excrétion

Comment les animaux maintiennent la stabilité de la teneur en eau et en sels de leurs fluides corporels face à des environnements très différents, et comment ils se débarrassent des déchets métaboliques.

Definition

L'osmorégulation est le maintien actif de la concentration osmotique et ionique des fluides corporels d'un animal dans des limites définies, et l'excrétion est l'élimination des déchets métaboliques, en particulier les produits azotés de la dégradation des protéines et des acides nucléiques, souvent par les mêmes organes qui régulent l'eau et les sels.

Scope

Ce domaine couvre la régulation de l'équilibre hydrique et ionique et l'excrétion des déchets chez les animaux : les défis osmotiques de l'eau douce, de l'eau de mer et du milieu terrestre ; la structure et la fonction des organes excréteurs, des néphridies et des tubes de Malpighi au rein des vertébrés ; la production de déchets azotés et les compromis entre l'ammoniac, l'urée et l'acide urique ; et la machinerie cellulaire du transport des ions et de l'eau à travers les épithéliums. La couverture est comparative et mécanistique plutôt que clinique.

Sub-topics

• Organes excréteurs et formation de l'urine
• Transport ionique et physiologie épithéliale
• Déchets azotés et excrétion
• Équilibre hydrique et salin à travers les environnements

Core questions

• Quels problèmes osmotiques un animal rencontre-t-il en eau douce, en eau de mer ou sur terre, et comment les résout-il ?
• Comment les organes excréteurs filtrent-ils, réabsorbent-ils et sécrètent-ils pour former une urine de composition adéquate ?
• Pourquoi les animaux excrètent-ils différents déchets azotés, et qu'est-ce qui détermine ce choix ?
• Comment les épithéliums déplacent-ils les ions et l'eau contre les gradients pour réguler les fluides corporels ?

Key theories

Modèle de filtration-réabsorption-sécrétion de l'excrétion

De nombreux organes excréteurs produisent d'abord un filtrat ou une urine primaire, puis la modifient en réabsorbant sélectivement les substances utiles et en en sécrétant d'autres, de sorte que le fluide excrété final équilibre l'eau, les ions et les déchets.

Multiplication à contre-courant dans la concentration urinaire

Le rein des mammifères concentre l'urine en utilisant un arrangement à contre-courant dans l'anse de Henle qui multiplie un gradient ionique modeste en un gradient osmotique prononcé, permettant la production d'une urine plus concentrée que le sang.

Mechanisms

Les animaux sont des osmoconformes ou des osmorégulateurs. Les animaux d'eau douce sont confrontés à un afflux d'eau et à une perte de sels, ils excrètent donc une urine diluée et absorbent activement des ions ; les animaux marins, tels que les poissons osseux, sont confrontés à la déshydratation et à une charge saline, buvant de l'eau de mer et excrétant le sel par les branchies et l'intestin ; les animaux terrestres conservent l'eau et produisent une urine concentrée ou des déchets peu solubles. Les organes excréteurs forment généralement un filtrat ou une sécrétion primaire, puis l'affinent : le néphron des vertébrés filtre au niveau du glomérule et réabsorbe et sécrète le long de son tubule, avec l'anse de Henle et la multiplication à contre-courant permettant une urine concentrée ; les tubes de Malpighi des insectes sécrètent puis réabsorbent. Sous-jacent à tout cela, il y a le transport épithélial, entraîné par des pompes alimentées par l'ATP et des transporteurs couplés qui déplacent les ions et créent des gradients osmotiques que l'eau suit. La forme des déchets azotés — ammoniac, urée ou acide urique — reflète la disponibilité de l'eau et le coût de la détoxification.

Clinical relevance

Les travaux comparatifs sur les mammifères désertiques, les reptiles marins et les poissons euryhalins révèlent les principes et les limites de la régulation des fluides et des électrolytes qui sous-tendent la compréhension de la fonction rénale et de l'équilibre hydrique. Cette entrée est éducative et ne fournit pas de conseils médicaux.

History

Les études d'August Krogh sur l'absorption active d'ions chez les animaux d'eau douce et les travaux comparatifs de Homer Smith sur le rein des vertébrés ont établi l'osmorégulation en tant que domaine, et la théorie du contre-courant de la concentration urinaire développée au milieu du XXe siècle a expliqué comment l'urine concentrée est produite. Les études de Schmidt-Nielsen sur les animaux désertiques et marins ont montré la diversité des solutions pour l'équilibre hydrique et salin.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Homer Smith
• Werner Kuhn
• August Krogh

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Pourquoi les poissons d'eau douce et les poissons marins sont-ils confrontés à des problèmes osmotiques opposés ?

Les poissons d'eau douce sont plus salés que leur environnement, l'eau afflue donc et les sels s'échappent ; les poissons osseux marins sont moins salés que l'eau de mer, ils perdent donc de l'eau et gagnent du sel, et chacun régule dans la direction opposée.

Pourquoi certains animaux excrètent-ils de l'acide urique au lieu de l'urée ou de l'ammoniac ?

L'acide urique est presque insoluble et peut être excrété avec peu d'eau, ce qui conserve l'eau pour les animaux tels que les oiseaux, les insectes et les reptiles qui vivent là où l'eau est rare ou qui se développent dans des œufs clos.