Physiologie de l’équilibre acide-base

Définitions Proton = ion H+ = atome d’hydrogène qui a perdu son électron Acide : donneur de proton Ex: HCl → H+ + Cl-, Ex: acide lactique → H+ + lactate (CH3-CHOH-COOH → H+ + CH3-CHOH-COO-) d’autant plus fort qu’il cède facilement des protons Acidose: augmentation [H+]

Définitions Base : accepteur de protons, donc absorbe les protons Ex: HCO3- (bicarbonate) HCO3- + H+ → H2CO3 Alcalose: diminution [H+]

Définitions pH: Reflète la concentration en protons H+ dans une solution pH = -log[H+] si [H+] = 40-9 (40 nmoles/l), alors pH= 7,4, c’est le cas du compartiment extracellulaire Si [H+] = 100-9 (100 nmoles/l), alors pH= 7, c’est le cas en intracellulaire

Définitions pH des cellules et des liquides de l’organisme maintenu dans d’étroites limites : 7,40 +/- 0,02 par des systèmes de régulation Mesuré par gazométrie artérielle ou veineuse

Gazométrie artérielle pH (pas d’unités) PaCO2: pression artérielle en CO2 (mmHg) HCO3- : bicarbonates (mmol/l) PaO2: pression arterielle en oxygène (mmHg)

Pourquoi réguler l’équilibre acide-base Si acides non éliminés → acidose : toxique pour fonctionnement des cellules Enzymes proteiques inactivées pH intracellulaire= 7, pH extracellulaire =7.4 Nécessité que différence entre entrée et sortie de protons = 0

Bilan entrée-sortie en protons Entrée = Production acide par organisme: Acides carboniques (CO2) par combustion des glucides et lipides Acide lactique (globules rouges, effort) Production de 70 millions de nmoles/j Sortie : Par la respiration : C02 Par le rein: élimination d’H+ dans les urines Neutralisation dans l’organisme par les systèmes tampons

Comment se régule le pH A court terme (minutes): systèmes tampons A moyen terme (heures): ventilation pulmonaire (respiration) A plus long terme (jours): rein

Systèmes tampons Molécules capables de limiter les variations de pH induites par la présence d’acides ou de bases Substance qui capte H+ ou OH- pour limiter les variations de pH dans une solution

Systèmes tampons AH ↔ A- + H+ pH = pK + log ([A-]/[AH]) pK est le pH ou le tampon est en quantité égale sous forme dissociée (A-) et non dissociée (AH) K = constante de dissociation

Systèmes tampons Pouvoir tampon d’une molécule d’autant meilleur que son pKa est proche des valeurs de pH à réguler Ex: pH du sang = 7,4 Tampons: Bicarbonate: HCO3- / H2CO3 , pK = 6,1 Phosphore: PO43- / HPO4--, pK = 2,15

Système tampon bicarbonate H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O Anhydrase carbonique Actif en intra et extracellulaire

Système tampon bicarbonate = ouvert Si présence d’acide en excès (augmentation H+): H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O CO2 éliminé par voie respiratoire Si présence de base en excès (diminution H+): H+ + HCO3- ← H2CO3 ← CO2 + H2O HCO3- éliminé par voie rénale

Équilibre de cette réaction représenté par l’ équation de Henderson-Hasselbalch: pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/ 0.03 x PaCO2) Si HCO3- baisse, pH baisse Si PaCO2 augmente, pH baisse

Autres tampons de l’organisme Phosphates (intracellulaire) HPO4-- + H+ ↔ H2P04- Hemoglobine (tampon dans globules rouges) HbO2- + H+ ↔ HbO2- Albumine/albuminate (plasma)

Ventilation pulmonaire Volume courant Fréquence respiratoire Volume/ minute Espace mort

Ventilation pulmonaire régule le pH en faisant varier la pression en CO2 du sang (PaCO2) augmentation de la ventilation : → augmentation de l’élimination de CO2 → donc diminution PaCO2 et augmentation pH

Ventilation pulmonaire augmentation de la ventilation car récepteurs : Appelés chémorécepteurs sur le bulbe du tronc cérébral, activés lorsque le CO2 augmente dans liquide céphalo-rachidien sur le glomus carotidien, activés lorsque le pH sanguin diminue

Ventilation PaCO2 normale = 40  3 mmHg Ventilation/minute normale = 5-7 l/min Toute augmentation de PaCO2 de 1 mmHg augmente la ventilation pulmonaire de 2,4 l/min Toute baisse de pH sanguin augmente aussi la ventilation

Rôle du rein nephron Production urine primitive par filtration à travers le glomérule Réabsorption et sécrétion de substances le long du tubule → urine finale

Rôle du rein Régule le pH : par réabsorption dans le tubule du rein des HCO3- qui traversent le glomérule en fabriquant des HCO3- dans les cellules des tubules et en éliminant en même temps les H+ fabriqués

Rôle du rein: formation d’ ammoniaque Lumière tubulaire vaisseaux CO2 + H20 CO2 H2CO3 HCO3- H+ + HCO3- NH3 + H+ NH4+ NH4+ Glutamine

Rôle du rein: formation de phospahtes Lumière tubulaire vaisseaux HPO4 -- H+ + HCO3- HCO3- H2CO3 H2O + CO2 CO2 H2PO4-

En résumé Face à une charge acide aigue, l’organisme maintient [H+] constant en captant les H+ par les tampons intra et extracellulaires (surtout HCO3-) puis en éliminant le CO2 produit par la respiration et en augmentant l’élimination rénale d’H+ et la réabsorption d’HCO3-

En résumé Face à une charge en base, l’organisme maintient [H+] constant en libérant des H+ par les tampons intra et extracellulaires (surtout HCO3-) puis en diminuant l’élimination de CO2 par la respiration (hypoventilation) et en diminuant l’élimination rénale d’H+ et la réabsorption d’HCO3-

Valeurs normales pH artériel = 7,40 +/- 0,02 PaCO2 = 38 +/- 2 mmHg (1 kPa = 7,5 mmHg) HCO3- = 23 à 27 mmol / l

Acidose Acidose : quand pH sanguin baisse (<7,38) pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/[ 0.03 x PaCO2]) mécanisme Respiratoire : par augmentation de PaCO2 Métabolique : par baisse HCO3-

Alcalose Alcalose: quand pH augmente (>7,42) pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/[ 0.03 x PaCO2]) Mécanisme: Respiratoire : par baisse de PaCO2 Métabolique: par augmentation de HCO3-

causes Acidose: Respiratoire Métabolique maladies qui font baisser la ventilation: coma, insuffisance respiratoire chronique (tabac), myopathie Métabolique maladies qui font baisser les HCO3-:diarrhée, insuffisance rénale ou augmenter les H+: acidocetose diabetique, baisse de tension importante

Pathologie Quand les HCO3- baissent – ils dans le sang ? : Quand H+ augmente dans le sang : production d’acide dans le sang : acide lactique, acidocétose Quand HCO3- moins réabsorbé par le rein: insuffisance rénale Quand HCO3- perdu par voie digestive: diarrhée

Pathologie H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O Quand les HCO3- augmentent –ils dans le sang ? : Lorsque PaCO2 augmente (par augmentation de réabsorption rénale)

Pathologie H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O Quand la PaCO2 baisse t –elle dans le sang ? : Quand ventilation augmente

Pathologie H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O Quand la PaCO2 augmente t –elle dans le sang ? : Quand ventilation diminue

causes Alcaloses: Respiratoire: augmentation ventilation Métabolique: Hypoxémie Troubles neurologiques, douleur Métabolique: Fuite d’acide : vomissements Diuretiques de l’anse