La régulation de l’équilibre acido-basique

H2CO3 HCO3-

3

Acidose et alcalose physiologique

5

1-PRODUCTION METABOLIQUE D’ACIDES :

Beaucoup de produit terminaux du métabolisme sont acides.

Un individu normale et sédentaire produit du gaz carbonique en quantité équivalente a environ 13000-15000 mmol Meq d-ions H+/J

Cette quantité de CO2 ne peut s’accumuler car le CO2 est un gaz volatil.

En plus de ces gaz volatils nous produisons une quantité beaucoup plus faible d’acides non volatiles, les acides dits <fixes>.

6

Le principale acide non volatil est l’acide sulfurique forme a partir de l’oxydation des ac a soufrés; H3 Po4 ; acide lactique.

La quantité d’acide non volatiles produite est éliminée par un sujet normale et dépend donc largement de l’apport alimentaire, en particulier en protéine elle est habituellement de l’ordre de 50-100 mmol H+

• production permanente d'acides par le métabolisme + apports alimentaire

– sous forme H+

– sous forme de CO2 (élimination par le poumon)

• pH maintenu impérativement vers 7.4

• équation réversible

CO2+H2O

– acidification des urines

– Bicarbonate = système tampon =Réabsorption

– HCO3- excrété = HCO3

-filtré - HCO3- réabsorbé

– essentiellement Tube contourné proximal

H2CO3- HCO3

-+H+

Acidecarbonique

bicarbonate

La stabilité du pH plasmatique implique l’existence de mécanismes de

régulation :

Stabilité du pH plasmatique

1) Un mécanisme instantané : les tampons du sang

2) Un mécanisme rapide : la

régulation pulmonaire

3) Un mécanisme lent : la régulation

rénale

Notion de tampon

Un tampon est capable de fixer des H+ quand ils sont en excès en solution

et de libérer des H+ quand leur concentration diminue en solution. Il est en

général formé d’un acide faible et de la base conjuguée de cet acide : R-

COOH R-COO- + H+

A l’équilibre : [A-] x [H+] / [AH] = KA

[H+] = KA x [AH] / [A-]

–log [H+] = -log KA + log [A-] / [AH]

soit : pH = pKA + log [A-] / [AH]

Selon cette formule, quand [A-] = [AH], pH = pKA

Finalement, un tampon est d’autant plus efficace :- qu’il est concentré (plus une éponge est grosse…)- que le pH de la solution est proche du pKA du couple R-COOH / R-COO-.

pH

pKA

100% R-COOH

100% R-COO

-50% R-COOH 50% R-COO

-

Le pouvoir tampon est maximal quand R-COOH et R-COO- sont à la même

concentration

Les tampons du plasma

Le pouvoir tampon du plasma peut-être mis en évidence par une

manipulation simple :

5 gouttes HCl 0,1N 5 gouttes HCl 0,1N

Le pH passe à 3 environ Le pH reste à 7,4

eau du robinet, pH 6 plasma, pH 7,4

Les tampons du plasma

Les 3 principaux tampons du plasma sont : le tampon protéines, le tampon

phosphate et le système acide carbonique/bicarbonate. Quelle est leur

efficacité relative ?

Importance :

- les protéines sont abondantes dans le plasma ( 70 g / l).

- mais la plupart des AA de ces protéines ont un pKA très éloigné du pH

plasmatique.

Le tampon protéines

pH isoélectriquepH > pHi pH < pHi

H+ H+

Les tampons du plasma

Le tampon phosphates

L’acide phosphorique H3PO4 comporte 3 fonctions acides.

(1) H3PO4 H2PO4- + H+ pK1 = 2

(2) H2PO4- HPO4

2- + H+ pK2 = 6,8

(3) HPO42- PO4

3- + H+ pK3 = 11,5

Les phosphates sont très peu abondants dans le plasma (2 à 3 mEq/l) leur

contribution au pouvoir tampon du plasma est faible. Par contre, ils jouent

un rôle très important dans la régulation du pH à l’intérieur des cellules.

C’est seulement pour le 2e couple que le pKA est proche du pH plasmatique

prédominance des formes H2PO4- et HPO4

2- dans le plasma.

Les tampons du plasma

Le tampon bicarbonate (H2CO3 / HCO3-)

Le pKA de ce système est de 6,1, ce qui est assez éloigné du pH

plasmatique (7,4). Cependant HCO3- est abondant dans le plasma (27 mM),

ce qui le rend important.

Suite à l’addition de H+, l’équilibre

se déplace vers la gauche et CO2

s’accumule. Au fur et à mesure que

des H+ sont ajoutés, ils sont de

moins en moins bien tamponnés car

l’accumulation de CO2 contrarie de

plus en plus le déplacement de

l’équilibre vers la gauche.

Dans l’organisme, les poumons

évacuent l’excès de CO2, ce qui

améliore beaucoup le pouvoir

tampon du système.

De plus le pouvoir tampon de ce système est nettement meilleur dans

l’organisme qu’in vitro.

H+

CO2 + H2O H2CO3 H CO3

- + H +

huile

Tampon acide carbonique - bicarbonate

1023

Formé d'un acide faible (acide carbonique) et de son sel (bicarbonate de sodium)

Composante acide H2CO3 H+ HCO3-+

Ion hydrogène

Ion bicarbonate

Acide carbonique

Composante basique NaHCO3 Na+ HCO3-+

Ion sodium

Bicarbonate de sodium

Ion bicarbonate

16

SYSTEME BICARBONATE/ ACIDE CARBONIQUE :

Ce système tampon est d’une grande importance physiologique car : •Sa concentration : plasmatique est élevée dans le sang

•C’est un système tampons sanguin et intra cellulaire

•La concentration de l’acide carbonique est contrôlée par le poumon

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

17

La valeur chimique d’un système tampons dépend de plusieurs facteur :

•Sa concentration

•Son PK :un tampon est d’autant plus efficace que le PH du milieux est a +/- 1unite PH de son PK.

•[H+] du milieu .L’organisme comprend de nombreux systèmes tampons dans le sang et a l’intérieur des cellules. Les deux principaux systèmes tampons du sang sont le système bicarbonate /H2 Co3 et le tampon hémoglobine.

18

L’HEMOGLOBINE

L’ Hb est le plus important tampons du sang, après les bicarbonates, en raison de son abondance et de sa haute valeur de tamponnement.

L’hémoglobine réduite ;accepte les H+, quand elle est oxygénée, l’H+ est libéré .

Une baisse du PH sanguin entraine 1 baisse de l affinité de l Hb pour l’o2, ce phénomène est appelé effet Bohr. Il permet a la desoxyHB de garder efficacement les protéine H+

Le tampon hémoglobine

L’hémoglobine est riche en histidine (33 par molécule). Cet AA a un

pKA de 7,3, ce qui est très proche du pH plasmatique. Au pH normal,

il y a donc près de 50% de chacune des 2 formes de l’histidine.

L’abondance de l’hémoglobine dans le sang et sa richesse en

histidine en font un tampon très efficace.

20

ROLE DU REIN DANS LE MAITIEN DE L’HOMEOSTASIE ACIDO-BASIQUE

Le rein contribue au maintien de l’équilibre acido-basique en régulant l’excrétion d ions H+ si bien que la bicarbonatemie reste dans les limites appropriées.

Cette régulation comporte deux étapes : -la réabsorption du bicarbonate filtre. -l’excrétions de 50 a 100 mmol d H+. Sous forme d’acidité titraille. Et d’ammonium..

21

Le bicarbonate filtré (4500 mmol l/j) est en quasi totalité réabsorbe chez le sujet normale : 85 % dans le TCP et 10% dans les segments les plus distaux du néphron .

Excrétion d’ions H+ : la majeur partie des ions H+ fixes formés chaque jour est éliminée liée a des tampons, représentés essentiellement par l’acidité titrable et de NH3+.

22

-ACIDITE TITRABLE

On entend sous ce terme des acides faibles capable avec leurs bases correspondantes, d’accepter des ions H+.

Il s’agit surtout du système acide phosphorique disodique et mono sodique .

Na2HPO4 +H+ Na H2PO4- + Na+

10 a 40 mmol d H+ sont éliminés sous cette forme chaque jour.

On parle d ;acidité titrable car on la mesure par la quantité de soude (NaOH) 0,1 mol que l’on doit ajouter a l ‘urine pour obtenir 1 PH de 7,40 identique a celui du plasma.

23

•AMMONIAQUE

L’ammoniaque (NH3) est une base forte, formée dans les cellules tubulaires rénales.

elle diffuse de façon passive dans l’urine et se combine avec H+ pour former l’ammonium (NH4+) compose polaire, soluble dans l’eau incapable de traverser les membranes cellulaires : il est donc piège dans la lumière tubulaire .

l’excrétion d’H+ sous cette forme est normalement de 30 a 50 mmol l/j .

•L’élimination d’un ion H+ sous forme d’acidité titrable ou d’ammoniaque s accompagne de la régénération d’un ion bicarbonate, qui est réabsorbe.

• Ainsi le bicarbonate est utilisé pour tamponner la charge d’H+ fixes produits chaque jour est récupéré.

La régulation rénale du pH plasmatique

L’ du débit respiratoire réduit pCO2

CO2 + H2O

H +

H + HCO

3-H2CO

3

tampons

sécrétion de H+

production de HCO

3-

HCO3

-Na+

NaHCO3

réserve de bicarbonate

Cas d’une acidose

En cas d’acidose, les reins sécrètent des ions H+ dans

l’urine et reconstituent la réserve de bicarbonate.

La régulation rénale du pH plasmatique

H +

tampons

sécrétion de HCO3-

La du débit respiratoire augmente pCO2

production de H

+

Cas d’une alcalose

réserve de bicarbonate

En cas d’alcalose, les reins produisent des ions H+ et

réduisent l’excès de bicarbonate en l’éliminant dans

l’urine.

La régulation rénale du pH plasmatique

Lumière tubulaire Cellule tubulaire Capillaire péritubulaire

AC II

Ce mécanisme permet d’ajouter de nouvelles molécules de HCO3- dans

le plasma, ce qui contribue à réduire le déficit créé lors de l’acidose.

La régulation rénale du pH plasmatique

Lumière tubulaire Cellule tubulaire Capillaire péritubulaire

AC

Ce mécanisme permet aussi d’ajouter de nouvelles molécules de HCO3-

dans le plasma, ce qui achève de réduire le déficit créé lors de

l’acidose.

La régulation ventilatoire

du pH plasmatique

La régulation de

l’excrétion du CO2 est très

efficace. En effet les

chimiorécepteurs

centraux ont une grande

sensibilité Vis-à-vis de

changement (même

minimes) de la pco2

chémorécepteur central

centre inspiratoire

ventilation

capillaire cérébralbarrière hémato-encéphalique

LCR

BULBE

pCO2

CO2 + H2O H + + HCO3

-

stimulus

récepteur

voie sensitive

centre intégrateur

H +

réponse

Couleurs :

29

La régulation respiratoire du pHpar les poumons

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

DONC: [CO2] ==> Baisse de pH

[CO2] ==> Hausse de pH

• Tout ce qui perturbe la respiration entraine l’acidose eou l’alcalose respiratoire

• Une obstruction ou gêne entraine une acidose par accumulation du CO2,

• Une accélération ou hyperventilation entraine une alcalose par fuite excessive du CO2.

La capacité fonctionnelle des poumons 2X celle des tampons chimiques

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ventilation pulmonaire

==> élimination du CO2

==> [H+]

==> pH

ventilation pulmonaire

==> élimination du CO2

==> [H+]

==> pH

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

pCO2 du plasma

pH du LCR pH du plasma

chémorécepteurs centraux

corpuscules aortiques et carotidiens

centre inspiratoire

muscles respiratoires

ventilation

pCO2 et pH

70% de la réponse 30% de la réponse

La régulation ventilatoire du pH plasmatique

1916 : Equation d’Henderson – Hasselbalch

L’equilibre acido-basique de l’organisme est a la fois déterminé et reflété par l’etat du principal système tampon extra cellulaire

(HCo3-/H2 CO3) grace a l’equation de Henderson.

On pose par definition :

pH = pK + log ([ HCO3- ] / pCO2)

pH = 7.32 pCO2 = 32 mmHg pO2 = 64 mmHgPk = 6.1

33

Les déséquilibres acido-basiquesLes déséquilibres acido-basiques

Acidose : pH < 7,35

PCO2

ET /OU

Rapport bicarbonates/acide carbonique faible (moins que 20)

Alcalose : pH > 7,45

PCO2

ET /OU

Rapport bicarbonates/acide carbonique élevé (plus que 20)

34

ANOMALIES DE L’EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE :

L’equation d’Henderson H appliquée au système tampon bicarbonate acide carbonique, doit être utilisée pour étudier les différentes anomalies de l’equilibre acido-basique

anlies respiratoires PH = PK + log ([ HCO3

- ] / pCO2)

anomalies metaboliques

35

ANOMALIES METABOLIQUE

Ce sont toutes les anomalies dont l’origine n’est pas ventilatoire

ACIDOSE METABOLIQUE Elle est due a la diminution de la concentration des bicarbonates plamsatiques .

MECANISME DE L’ACIODSE METABOLIQUE 

•Perte excessive du bicarbonate (par voie intestinale)•Charge acide excessive endogene ou exogene•Reduction de l’excretion renal d’H+ avec de l IRA ouIRC ac tubulaire

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REPONSE DE L’ORGANISME •Tamponnement (surtout par les tampons intracellulaire )

•Adaptation respiratoire . 2eme mecanisme de defense diminition de la pa CO2 par hyperventilation alveolaire Qui diminue le Paco2.

•Correction renal : 3eme mecanisme de defense Elle augmente l’excretion de l’acidite titrable et de l’ammoniac PH urinaire est tres acide.

Potassium et acidose metaboliqueL’acidose metabolique est habituellement accompagnee d’une hyperkaliemie due au mouvement de H+ dans les cellules, en echange de K+ et Na+.

37

CLASSIFICATION ET ETIOLOGIES DES ACIDOSES METABOLIQUE :Le trou anionique dans sa version la plus simple :

Trou anionique (TA) = (Na + K) – (Cl + HCO3) = 12mmol/lSi TA augmenté = accumulation anions indosés

On peut ainsi determiner deux types d’acidoses :•Les acidoses metabolique a trou anionique elevel’ion H+ s’accumule avec un anion organique exp aceto-acelate , lactate …non mesure.

•Acidose metabolique a trou anionique normale Il n’ya pas d’accumulation d’anions organique. L augmentation de la chloremie est parallele a la baisse de la bicarbonatemie.

ACIDOSE METABOLIQUECalcul du trou anionique urinaire

Calcul de l’excrétion urinaire de NH4+

= Na+ + K+ – Cl = anions indosés – cations indosés

Anions indosés

SO42- 34

H2PO4- 20

Anions organiques 26Anions cétoniquesAnions médicam(carbénicilline)

Cations indosés

NH4+ 34

Mg 2+ 6Ca++ 4lithium

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Les acidoses metaboliques a trou anionique elevee Sup a 16mmol

•Les ceto-acidoses diabétiques sont les plus fréquentes non diabétique :jeune. éthylisme aigu. glycogénose de type I

•Les acidoses lactiques dont le diagnostic repose sur les dosage de l’acide lactique : -hypoxie tissulaire aigue (choc septique)

•Insuffisance rénale aigue ou chronique quelle qu’en soit la cause (20 a 30ml/min.•Les intoxications par des acides dont l’anion n’est pas le chlore : méthanol, acide salicylique, éthylène ,glycol.

40

Les acidoses metabolique a trou anionique normale ou acidoses hyperchloremiques :

-Les pertes intestinales de bicarbonates.

*Diarrhée aigues sévères (cholera) *Les tumeurs villeuses hypersecretantes

-les pertes renales de HCO3- Les acidoses tubulaires type 1 ou distale. type 2 ou proximale type 4 due a l’yperkaliemie (dimunition d Aldostérone -les inhibiteurs de l anhydrase carbonique.

41

ALCALOSE METABOLIQUE

C’est une augmentation de la concentration des bicarbonate plasmatiques

•Mécanisme de l’alcalose métabolique * Surcharge primitive en HCO3- du milieu extra cellulaire * Perte digestives ou rénale d’electrolytes et d’ions H+ Cas les plus fréquents :•Spoliation du suc gastrique•Déplétion chloro potassique•Hypercorticismes fuite urinaire de K+et H+•Hypercalcémie

Quel que soit le mécanisme de l’alcolose métabolique, les contraintes imposées par l’electroneutralite impliquent une diminution de la chlorémie

42

Défense contre un excès d’alcalins

•Tamponnement : l’addition d’H+ aux liquides extra cellulaires titre le bicarbonate en excès en diminuant sa concentration dans le sang .ce tamponnement est due a la sortie d’H+ des liquides intracellulaires provenant des phosphates et des protéines

•Adaptation respiratoire : conformément a l’equation d’H.H il y aura une Hypoventilation , cette augmentation et quantifiable on peut admettre que la Pa Co2 augmente de 0,7 mm hg pour une augmentation de la bicarbonatemie de 1 mmol/l.

•Correction rénale : le rein est seul capable d’assurer la correction du désordre, c'est-à-dire d’excréter l’excès de bicarbonates.

43

L’alcalose est normalement rapidement corrigée par le rein . la persistance de ce déséquilibre doit faire rechercher des facteurs pérennisant L’alcalose métabolique :

Ces facteurs tendent a augmenter la réabsorption des bicarbonates

•La déplétion du volume extra cellulaire provoque une augmentation de la réabsorption du sodium accompagne le plus souvent d’un anion HCo3-(au niveau du TCP)

•Déficit en chlore contribue au maintien de l’alcalose métabolique.

•La déplétion potassique (en modifiant le PH intra cellulaire)

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Classification et etiologies :

Trois catégories peuvent etre distinguées :• Alcalose métabolique corrigée par l’apport du chlore• Alcalose de causes diverses.

Alcalose métabolique corrigée par l’apport du chlore

Pertes digestives : -vomissement : cause la plus fréquente Perte urinaires : elles sont le résultat de l’utilisation de diuretique,il en résulte une augmentation de l’excretion de Na+,K+,Cl-. superieur a celle des H Co3-.L’alcalose métabolique est le résultat de plusieurs facteurs : perte de Cl- ,contraction du volume extra cellulaire

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Alcalose metabolique resistant au chlore :

•Alcalose métabolique avec HTACas des hyperaldosteronemie primaires, syndrome de Cushing H.C.S .•Alcalose métabolique sans HTA •Le syndrome de Bartter affection rare associe  Déplétion potassique

profonde : c’est une cause frequente d’alcalose metabolique

•Alcalose metabolique de causes diverses •Administration d’alcaline•Transfusions massives (plus de 10 flacons de sang)•Hypercalcémies : exp dans le cas du myelome metastase

osseusesliberation de tampons osseux

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Parametre Val nle Acidose metabolique Alcalose metabolique

compensee decompensee compensee decompenseePH 7.38-7.42 normal < 7.38 normal >7.42

H Co3- * 22-24 mmol

<22 <22 >24 >24

Pa c02 35-45 mm hg rventil ventil hypoventil hypoventil

K+ 3.5-5 mmol le plus so uvent c’est une K+ K+ doit etre systematique

Cl- 95-106 mmol/l

- Chlore nle Si accumulation d’anions fixes

- cl- en l’absence d’accumulation d’anions fixes

Hyperchloremie a peu pres proportionnelle a l’augmentation des bicarbonates

TABLEAU BIOLOGIQUE DES ANOMALIES METABOLIQUES *cause primaire

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ANOMALIES GAZEUSES Ce sont toutes les anomalies dont l’origine est respiratoire.

ACIDOSE RESPIRATOIRE L’acidose respiratoire est une anomalie acido-basique crée par augmentation de la Pa Co2 (HYPERCAPNIE). La Pa Co2 est supérieur a 45 mm Hg

mecanismes de l’acidose respiratoirePour qu une augmentation de la Pa CO2 survienne, il faut que le système ventilatoire élimine une quantité de Co2 inferieur a la production.C’est toujours la conséquence d’une diminution de la ventilation alveolaire

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Reponse physiologique secondaire

•acidose respiratoire aigue :

Le rein au cours de cette phase aigue intervient apres une longue période et sa réponse est minime et inconstante

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•si l’acidose respiratoire persiste plus de 24h (la compensation renale intervient) :

•augmentation de l’elimination tubulaire d’H+ NH4+ (l’acidite est peu modifiee)

•majoration de la réabsorption proximale des H CO3-•parallèlement la réabsorption du chlore diminue pour maintenir l’eletroneutralite de l’organismehypo chlorémie

•correction de l’acidose : ne peut se produire que si la respiration redevient normale

50

Etiologies* les paralysies des muscles respiratoires(poliomyelite)* Les hypoventilations d’origine centrale* Toutes les causes d’insuffisance respiratoire chronique

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ALCALOSE RESPIRATOIRE Anomalie acido-basique crée par une diminution de la Pa Co2 (hypocapnie.)mecanisme de l’alcalose respiratoire :

c’est toujours la conséquence d’une augmentation de la ventilation alvéolaireelles traduisent une élimination de CO2 superieure a la production donc une hyperventilation alvéolaire il s agit d anomalie acido basique la plus fréquente

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reponse physiologique secondaire

•alcalose respiratoire aigue :• H+ diminue (PH augmente) liberation H+ a partir des differents tampons intra et extra cellulaires

•alcalose respiratoire chronique :• si l’alcalose persiste plus de 6h le rein intervient augemente l’excretion des ions HCo3- l’excretion d’ions NH4+et AT

. La dimunition des bicarbonate est rarement inferieur a 12 mmol/l.

•au point de vue hydroelectrlytique la kaliemie est souvent abaissee aux environs 3 mmol/l chloremie pour compenser la Hco3- trou amionique normal.

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Parametre Acidose respiratoire Alcalose respiratoire

compensee decompensee compensee decompensee

PH NL PH

(7.20-7.35)

normale Ph7.42

(7.50-7.65)

H CO3-

Pa Co2 *

Peut atteindre 100 mm Hg

(30-25)mm Hg

K Kaliemie souvent basse

CL Chloremie est basse

(surtout dans les… chroniques)

Chloremie augmente

TABLEAU BIOLOGIQUE DES ALCALOSE ET ACIDOSE RESPRATOIRES*Cause primaire

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•Prelevement sanguins et precautions genrales :

Le prélèvement doit se faire a l’abri de l’air, avec comme anticoagulant de l’heparine.Il doit etre de préférence artériel ou capillaire. les conditions ventilatoires doivent etre précises.Un ionogramme sanguin simultané et des renseignement cliniques précis sont indispensables

27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

55

Causes Conséquences

Insuffisance rénale Intoxication acides Acidocétose diabétique Jeûne, effort, anoxie Diarrhée (fuite de bases)

Acidose métabolique

Hypoventilation par paralysie respiratoire, pneumopathie, dépression respiratoire (barbiturique)

Acidose respiratoire

Vomissements Perfusion ou intoxication par les

bicarbonates Alcalose métabolique

Hyperventilation, hypoxémie, atteinte SNC volontaire, émotionnelle …

Alcalose respiratoire

Désordre pH [H+] désordre primaire réponse.

Acid Met [CO3H-] pCO2

Alc Met [CO3H-] pCO2

Acid Resp pCO2 [CO3H-]

Alc Resp pCO2 [CO3H-]

Désordres de l’équilibre acido-basiqueCaractéristiques des troubles primaires

Désordre désordre primaire réponse de compensation.

Acid Met [CO3H-] var pCO2 = 1.2 var Bic

Alc Met [CO3H-] var pCO2 = 0.7 var Bic

Acid Resp aig pCO2 var [CO3H-] = 0.1 var pCO2

chr var [CO3H-]= 0.35 var pCO2

Alc Resp aig pCO2 var [CO3H-]= 0.2 var pCO2

chr var [CO3H -]= 0.4 var pCO2

Désordres de l’équilibre acido-basiqueCompensations rénales et respiratoire