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Equilibre acido-basique 1. CONTRÔLE DE LEQUILIBRE ACIDO-BASIQUE Thierry PETITCLERC Biophysique du milieu intérieur PCEM1 – Université Paris 6 Généralités.

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1 Equilibre acido-basique 1. CONTRÔLE DE LEQUILIBRE ACIDO-BASIQUE Thierry PETITCLERC Biophysique du milieu intérieur PCEM1 – Université Paris 6 Généralités Origine des ions H + Elimination des ions H + Transport des ions H + : les systèmes tampons Régulation du pH

2 Contrôle de léquilibre acido-basique Le pH du sang artériel du sujet normal est : - remarquablement stable( pH = ± 0,02 soit pH = ± 5%) grâce aux tampons - remarquablement constant (pH = 7,40 ± 0,02 soit 41 ± 2 nmol/L dions H + ) malgré une agression acide continue grâce à une régulation particulièrement efficace. NB :- 7,40 = pH basique(pH neutre = 6,8 à 37°C) - pH intracellulaire < pH extracellulaire (cf Donnan) - limites pH compatible avec la VIE : 6,8 - 7,8 ( nmol/L H + ) - pH sang veineux < pH sang artériel

3 a) Acides volatils volatil peut séchapper de la solution qui le contient CO 2dissous :- est un acide :CO 2d + (H 2 O) HCO H + - est volatil :CO 2 CO 2d CO 2dissous :- est le seul acide volatil - nest pas totalement dissocié (pK=6,1) au pH de l'organisme. - production : ~ mmol/j Origine des ions H +

4 b) Acides fixes - fixe ne peut séchapper de la solution qui le contient. - sont totalement dissociés au pH de l'organisme (se comportent comme des acides forts) 1)Acides fixes 2) Acides fixes organiques minéraux - XHX - + H + - YHY - + H + - X - n'est pas métabolisable- Y - est métabolisable - Production : ~ 35 mmol/j- Production : ~ 2000 mmol/j - ex : acide phosphorique- ex : acide lactique (1 ère acidité)

5 a) Le métabolisme O 2 H + + anion organique - CO 2 (+H 2 O) - consommation sur place des ions H + (pas besoin de transport) - nécessite O 2 N.B. :hypoxieacidose lactique augmentation des lactates apport de lactate de sodiumalcalose lactique Elimination des ions H +

6 glucose 2 acide lactique 2 H + 2 lactate - 6 O 2 2 HCO CO H 2 O4 CO H 2 O glycolyse anaérobie (fermentation lactique) glycolyse aérobie (cycle de Krebs)

7 b) Le poumon mécanisme :H + + HCO 3 - CO 2d CO 2 éliminé par le poumon - consomme du bicarbonate c) Le rein mécanisme : (CO 2 ) plasma (HCO 3 - ) plasma + (H + ) urine (H + ) plasma + (HCO 3 - ) plasma (CO 2 ) plasma Bilan :(H + ) plasma (H + ) urine NB :(H + ) urine est pris en charge par les tampons urinaires (phosphates…) et par NH 3. anhydrase carbonique

8 Ions H + libres Acide volatil CO mmol/j Acides fixes non métabolisés 70 mmol/j Acides fixes métabolisés 2000 mmol/j Bilan des ions H + partiellement dissocié Anions organiques Y - (lactate etc.) CO 2 excrété (urines) H + urinaire CO 2 non dissocié totalement dissociés totalement dissociés HCO mmol/j 2000 mmol/j X-X- 70 mmol/j REIN POUMON dissocié expiré mmol/j METABOLISME

9 Bilan des ions H + Afin d'éviter une production ou une consommation continuelle de bicarbonate empêchant la stabilité de [HCO 3 - ] : - le poumon doit éliminer une quantité d'ions H + égale à celle provenant de la dissociation de CO 2dissous. - le métabolisme doit consommer une quantité d'ions H + égale à celle provenant de la dissociation des acides fixes organiques normalement métabolisés (~ 2000 mmol/j). - le rein doit éliminer le reste des ions H +, cest-à-dire une quantité égale à celle provenant de la dissociation des acides fixes minéraux (~ 35 mmol/j) et des acides fixes organiques non métabolisés (~ 35 mmol/j).

10 production CO 2 H+H+ H + tamponné H+H+ urines Acides fixes CO 2 (Pco 2 ) H + tamponné non dissocié dissocié CO 3 H - transportélimination génération consommation génération Transport des ions H + CO 2 expiré TAMPONS CO 3 H -

11 Les systèmes tampons de lorganisme - ne régulent pas le pH, mais tamponnent ses variations - action immédiate a) Description 1) Le tampon bicarbonate - cest un tampon OUVERT Transport des ions H + URINE CO 2 CO 2dissous HCO H + POUMON a pK HCO3-/CO2

12 1)a = 0,03 (mmol/L) / mmHg 2) Henderson-Hasselbach : - tampon principalement EXTRA-CELLULAIRE 2) Les autres tampons a) MACROMOLECULAIREStampons fermés (ne peuvent - cellulaires : protéinespas s'échapper de l'organisme) - érythrocytaires : hémoglobine - plasmatiques : protéines (peu important)

13 b) MICROMOLECULAIRES dans un secteur fermé de lorganisme - tampons intra-cellulaires - tampons osseux dans un secteur ouvert de lorganisme (VEC) - phosphates : rôle négligeable dans le milieu intérieur c) Conclusion : les tampons autres que le bicarbonate sont TOUS fermés et assimilables à un seul tampon fermé A - /AH de pK moyen 6,8. d) Remarques :1) Fermé (= "ne peut s'échapper de l'organisme") Fixe (= "ne peut s'échapper de la solution qui le contient", mais peut s'échapper de l'organisme). 2) Tampon fermé [A - ] + [AH] = constante

14 b) Importance relative : pouvoir tampon 1) Définition Cest le nombre de meq dions H + libres quil faut ajouter (ou retrancher) dans un litre de solution tampon pour faire diminuer (ou augmenter) son pH dune unité. 2) Mesure Méthode : TITRATION par adjonction dacide ou de base

15 a) adjonction dun acide fixe (ex : HCl) en maintenant la concentration [CO 2d ] de lacide volatil constante ( à Pco 2 constante) HCO 3 - H + ajouté est tamponné parou tampon fermé A - [H + ] ajouté = - [HCO 3 - ] - [A - ] on mesure le pouvoir tampon total (T. ouvert + T. fermés) (conc.acides fixes) = - ([HCO 3 - ] + [A - ])

16 b) adjonction de lacide volatil CO 2 en maintenant la concentration en acides fixes constante CO 2 HCO H + [H+] ajouté = [HCO 3 - ] H + ajouté est tamponné uniquement par les tampons fermés 1)on mesure seulement le P.T. des tampons fermés 2)[H + ] ajouté = - [A - ] 3) ([HCO 3 - ] + [A - ]) = 0 cas général : (conc. acides fixes) = - ([HCO 3 - ] + [A - ]) en partie

17 3) Résultats : a) Pouvoir tampon des tampons fermés localisation naturepouvoir tampon (meq dions H + /L de plasma)/u.pH - plasmatiqueprotéines4* - érythrocytairehémoglobine30** - intracellulairesprotéines22*** mesures obtenues par : * titration du plasma in vitro ** titration du sang in vitro (plasma en présence dhématies) *** titration du sang in vivo avant compensation rénale (plasma en présence du LEC peu tamponné et des tampons intra-cellulaires)

18 b) P.T. du tampon bicarbonate (ouvert, extra-cellulaire) P.T. = 45 meq dions H + par litre de plasma / u.pH NB : à concentration égale, un tampon ouvert est PLUS EFFICACE quun tampon fermé.

19 - Le poumon est capable de réguler le pH en ajustant la concentration en acide volatil [CO 2dissous ] par un contrôle (cérébral) de la P CO2. - Le rein est capable de réguler le pH en ajustant la concentration en acides fixes par un contrôle de la concentration [HCO 3 - ] en bicarbonates grâce à une élimination adéquate de H + dans les urines : mécanisme : (CO 2 ) plasma (HCO 3 - ) plasma + (H + ) urine rein poumon Régulation de léquilibre acido-basique anhydrase carbonique

20 Elimination urinaire des acides fixes Rein (cellules tubulaires) pH Concentration en acides fixes Poumon (contrôle cérébral de la respiration) P CO2 Régulation du pH Concentration en acide volatil [CO 2dissous ]

21 Valeurs normales Le pH dépend des concentrations en acide volatil [CO 2 ] d et en acides fixes. Un état acidobasique normal correspond à un ajustement par le poumon de la concentration [CO 2 ] dissous en acide volatil à sa valeur normale, soit 1,2 ± 0,1 mmol/L ( P CO2 = 39 ± 3 mmHg) et à un ajustement par le rein de la concentration en acides fixes à sa valeur normale conduisant donc à un pH normal, soit 7,40 ± 0,02. On déduit de la relation d'Henderson-Hasselbach que la valeur normale de la concentration [HCO 3 - ] des bicarbonates est égale à 24 ± 3 mmol/L* Nous prendrons :pH = 7,40 dans le sang artériel :P CO2 = 40 mmHg [CO 2 ] d = 1,2 ± 0,1 mmol/L [HCO 3 - ] = 24 mmol/L *NB :Le laboratoire mesure généralement : [CO 2 ] total = [HCO 3 - ] + [CO 2 ] d = 25 ± 3 mmol/L


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