Equilibre acidobasique

Le problème biologique pH du plasma artériel :  7,4, compatible avec la survie : 7 – 7,8 Réactions enzymatiques très pH dépendantes  pH intracellulaire fixe En pratique biologique, surveillance du pH plasmatique Or l’organisme s’acidifie : Apport protidique : 10 g de protéines  6 mmol d’ions H3O+. Acides aminés soufrés  H2SO4 Catabolisme glucidique : Lactate si effort anaérobie Sinon cycle de Krebs avec CO2  H2CO3 Donc neutraliser, évacuer les ions H3O+ ; comment ? Etude de la réaction à apport d’ions H3O+ 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Effet des tampons de l’organisme Intracellulaires : (60 % pouvoir tampon de l’organisme) Hématies cf sang Os +++ échange H3O+ contre Na+ « fixe » les ions H3O+  Interstitiels : (20 % pouvoir T) Les mêmes que plasma (cf) Sang : (20 % pouvoir tampon de l’organisme) Hématies : le plus important Hb En fait 2 tampons HbH et HbO2 : HbH a un pK plus grand, ce qui minimise la variation de pH entre sang artériel et veineux (arrivée de CO2 dans le sang veineux donc H2CO3 mais pK plus bas) A pH  7,4 NH3+ - Hb – COO-  NH2 – Hb – COO- + H+ K = [NH2 - Hb ] [H+]  pH = pK + log [NH2 - Hb] [NH3+- Hb ] [NH3+- Hb] 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Plasma Tampons fermés C’est-à-dire HA  H+ + A- avec [HA] + [A-] = constant, parmi lesquels : Tampon phosphorique : [H3PO4  H+ +] PO4H2-  PO4H- - + H+, pK = 6,82 pH = pK + log [PO4H- -] [PO4H2-] pK proche de pH à tamponner mais concentration faible dans le plasma [ 1 mmol/L]. Rôle important dans l’urine où il n’y a pas de protéines 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Tampons protéiques : R-COOH pH = pKi + log [Ri – COO-] [Ri – COOH] 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Tampon ouvert  H2CO3  H+ + HCO3-  H2O + CO2  CO2 alvéolaire pH = pK + log [HCO3-] or k’ = [H2CO3] [H2CO3] [H2O] [CO2] comme [H2O] = constant, [H2CO3] = k’’ [CO2] d’où pH = 6,1 + log [HCO3-], équation de Henderson – Hasselbach [CO2] La loi de Henri exprime l’équilibre entre le CO2 dissous et sa pression partielle : [CO2] = a PCO2 Dans le plasma, ce tampon joue un grand rôle bien que le pH à tamponner soit relativement loin du pK du fait de sa forte [ ] plus de 24 mmol/L et de son caractère ouvert. 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Donc arrivée de H3O+  modification de l’équilibre des tampons pratiquement sans variation de pH. Augmentation des formes les moins négatives comme H2CO3, H2PO4-, Ri – COOH, … 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Régulation respiratoire Chémorécepteurs centraux (bulbe : via LCR) Mise en jeu : 30 secondes Chémorécepteurs périphériques (glomi carotidiens, glomi aortiques) PO2, PCO2, Ph Mise en jeu : 5 secondes Centre intégrateur cortex (émotions, anticipations …) mécanique thoracique nociception Muscles ventilatoires (diaphragme +++, intercostaux, scalènes, effort : muscles abdominaux, SCM) 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Schématiquement pH ou PCO2  VA  par n , volume courant   PACO2   PCO2   CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO-3 Donc pH revient à sa valeur mais au prix d'une  [HCO-3] 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Régulation rénale Schématiquement Réabsorption régulable au niveau de la cellule tubulaire des HCO3- filtrés au niveau du glomérule. Sécrétion active d’ions H+ L’anhydrase carbonique rénale accélère la réaction CO2 + H2O  H+ + HCO3- dans la cellule tubulaire. L’HCO3- repasse dans le compartiment interstitiel tandis que l’ion H+ est excrété activement dans l’urine en échange d’un ion Na+ Il y est tamponné, en particulier : H PO4- - + H+  H2PO4- Il forme l’ion ammonium à partir de l’ammoniac obtenu par désanimation de la glutamine dans la cellule tubulaire. Dans l’urine NH3 + H+  NH4+ L’ion NH4+ est ensuite piégé dans l’urine du fait de sa charge. 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Représentation : le diagramme de Davenport HCO3- mmol/L N 24 pH 7,4 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane pH = 6,1 + log [HCO3-] aPCO2 Si PCO2 = constante  processus métabolique pH = 6,1 + log[HCO3-] – log a PCO2 log[HCO3-] = pH – 6,1 + log a PCO2 [HCO3-] = aPCO2.10PH-6,1 Familles d’exponentielles appelées isobares 6 5,2 4 HCO3- mmol/L PCO2 en kPa N pH 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Variation de PCO2 sans modification de la masse des tampons fermés. On considère un tube de sang placé dans une enceinte où la PCO2 est imposée. Le contenu du tube en CO2, acide carbonique, bicarbonates et ions H+ s’équilibre avec la PCO2 imposée dans l’enceinte. Ce système reproduit l’effet de la respiration où la PCO2 alvéolaire est imposée et régulable par la ventilation. Dans le domaine de variation physiologique, la relation HCO3- = f(pH) quand PCO2 varie correspond à une famille de droites de même pente négative, les droites d'équilibration. PCO2 imposée 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Exemple d'une PCO2 dans l'enceinte inférieure à la PCO2 du plasma artériel HCO3- mmol/L Etat initial HCO3 T fort T faible Etats d'équilibre pH pH Plus le pouvoir tampon des tampons fermés T est fort, plus faible est la variation de pH pour une variation donnée de concentration en bicarbonates. Cette pente reflète le pouvoir tampon du sang. 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Diagramme complet 6 HCO3- mmol/L 5,2 4 N PCO2- en kPa Isobares, indépendantes du patient pH Droites d'équilibration, différentes selon les patients 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

Equilibre de part et d’autre d’une membrane Pathologie 1 3 2 5 HCO3- 4 7 N 6 9 8 11 10 12 pH Acidose 7,4 Alcalose 27/01/04 Equilibre de part et d’autre d’une membrane

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