Equilibre acido-basique 2. TROUBLES DE L’EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE Généralités Diagramme de Davenport Troubles d’origine respiratoire Troubles d’origine métabolique Thierry PETITCLERC Biophysique du milieu intérieur PCEM1 – Université Paris 6

Troubles acido-basiques Définition : anomalie de la concentration en acides fixes et/ou volatil : trouble respiratoire : anomalie de la concentration [CO2dissous] (= a PCO2) en acide volatil : excès (PCO2 > 42 mmHg) : acidose respiratoire défaut (PCO2 < 36 mmHg) : alcalose respiratoire trouble métabolique : anomalie de la concentration en acides fixes : - excès : acidose métabolique défaut : alcalose métabolique NB : la conc. en acides fixes n’est pas mesurable. Seule la variation (excès ou défaut) est mesurable par le laboratoire.

Troubles acido-basiques : définitions acidémie : pH < 7,38 alcalémie : pH > 7,42 trouble pur : l’anomalie de la concentration ne porte que sur une seule classe d’acides (soit fixes, soit volatil) trouble compensé : la variation de la concentration d’une classe d’acides est compensée par une variation dans le sens opposé de l’autre classe. La compensation est totale si elle permet d’obtenir un pH normal (compensation partielle sinon). trouble mixte : les concentrations des deux classes d’acides ont varié dans le même sens (et aggravent donc leur effet sur le pH). trouble aigu : début brutal (duré généralement peu de temps) trouble chronique : dure longtemps (début souvent progressif)

Diagramme de Davenport Henderson-Hasselbach : Diagramme utilisable pour toute solution contenant le tampon HCO3- / CO2 ouvert. Le point N (pH normal et bicarbonate normal donc PCO2 normale) représente l'équilibre acido-basique normal. Tous les autres points correspondent à un trouble de l'équilibre acido-basique. Pour se déplacer sur ce diagramme, il faut faire varier la concentration des acides fixes et/ou volatils. [HCO3-] mmol/L N 24 + pH 7,40

Variation isolée de la concentration en acides fixes sans modification de la concentration [CO2dissous] (= a PCO2) en acide volatil Henderson-Hasselbach : [HCO3-] = a PCO2 10 pH - 6,1 PCO2 = cste → [HCO3-] = k 10 pH - 6,1 PCO2 = 60 mmHg [HCO3-] mmol/L PCO2 = 40 mmHg D’où une famille de courbes exponentielles correspondant à différentes PCO2 et appelées isobares N 24 + PCO2 = 30 mmHg pH 7,40

Définition : l’isobare normale est l’isobare qui passe par le point normal (PCO2 = 40 mmHg) NB : les acides fixes ajoutés sont tamponnés par T. ouvert et fermé [H+ajouté] = D (conc. acides fixes) = -  ([HCO3-] + [A-]) ce que montre également la loi d’électroneutralité : [HCO3-] + [A-] = [cations] - [anions non tampons] -  ([HCO3-] + [A-]) =  [anions non tampons] = [H+ajouté] [HCO3-] mmol/L isobare normale (excès d’acide volatil CO2d) Acidose respiratoire (défaut d’acide volatil CO2d) Alcalose respiratoire N 24 pH 7,40

b) Variation isolée de la concentration [CO2d] en acide volatil sans modification de la concentration en acides fixes - L’acide volatil CO2d est tamponné uniquement par les tampons fermés. CO2dissous → HCO3- + H+ et H+ + A- → AH - On se déplace sur la courbe de titration des tampons fermés. pH pH courbe de titration 7,8 zoom sur la zone tampon zone tampon 7,8 6,8 6,8  [HCO3-] [H+]ajouté =  [HCO3-]

Pouvoir tampon des tampons fermés = - D[H+ajouté] / DpH d’où une famille de droites correspondant à différentes concentrations d’acides fixes appelées droites d’équilibration (DE) du CO2 Pouvoir tampon des tampons fermés = - D[H+ajouté] / DpH = - D[HCO3-] / DpH = - pente DE Définition : la droite normale d’équilibration (DNE) est la DE passant par le point normal.  [HCO3-] Inversion des axes pH [HCO3-] mmol/L 24 N pH 7,40 [HCO3-] mmol/L Alcalose métabolique (défaut d’acides fixes) N + Acidose métabolique (excès d’acides fixes) DNE pH

Remarques : 1) pente DE = - pouvoir tampon des tampons fermés. anémie → pente diminuée 2) En l’absence de tampons fermés, pente DE = 0 → [HCO3-] = constante dans le domaine étudié de variation En effet : CO2 → HCO3- + H+ H+ n’est pas tamponné → reste libre Lorsque le pH varie de 7,4 à 6,8, [H+] augmente de 40 à 160 nmol/L donc [HCO3-] augmente aussi de 120 nmol/L et varie alors de 24 à 24,00012 mmol/L ! 3) En présence de tampons fermés, la quantité de H+ajouté qui reste libre (et est ainsi responsable de la variation de pH) est négligeable devant la quantité prise en charge par les tampons fermés.

Troubles respiratoires → acidose respiratoire → alcalose respiratoire La PCO2 (et donc [CO2dissous]) s’ajustent de manière que le bilan du CO2 reste équilibré. Variation de la production de CO2 : → variation négligeable de la PCO2 (qui reste dans les limites physiologiques → pas de trouble acido-basique). Variation de l’élimination de CO2 (hypoventilation ou hyperventilation) : → variation importante de la PCO2 → trouble acido-basique respiratoire : a) HYPOVENTILATION → augmentation de PCO2 → augmentation de la concentration [CO2dissous] en acide volatil → acidose respiratoire b) HYPERVENTILATION → diminution de PCO2 → diminution de la concentration [CO2dissous] en acide volatil → alcalose respiratoire

Troubles respiratoires : étiologies a) Acidoses respiratoires (hypoventilation) Acidose respiratoire aiguë : - obstructive : obstacle, crise d’asthme - neurologique : médicaments (morphine) Acidose respiratoire chronique : obstructive : bronchite chronique restrictive : fibrose pulmonaire neurologique : poliomyélite b) Alcaloses respiratoires (hyperventilation) Hyperventilation primitive (souvent aiguë) : Psychogène : émotion Organique : encéphalopathies Iatrogène : ventilation assistée Hyperventilation secondaire à l’hypoxie (souvent chronique) : Hypoxémie (séjour en altitude, fibrose pulmonaire) Hypoxie tissulaire (anémie, diminution du débit cardiaque)

Acidoses respiratoires : diagramme de Davenport a) Acidose respiratoire aiguë → acidose respiratoire pure → concentration en acides fixes normale → on est sur la DNE [HCO3-] mmol/L [HCO3-] mmol/L PCO2 = 40 mmHg 90 mmHg 40 mmHg 55 mmHg 30 mmHg 15 mmHg Acidose Ac resp N Nl 24 24 Alcalose 20 Alc resp aiguë 16 7,20 7,10 7,40 pH 7,40 7,60 pH

b) Acidose respiratoire chronique Le rein augmente transitoirement l'élimination urinaire de H+ pour diminuer la concentration en acides fixes de manière à compenser l'augmentation de la concentration en acide volatil. Compensation rénale → diminution de la concentration en acides fixes 60 mmHg 40 mmHg [HCO3-] mmol/L on se trouve au-dessus de la DNE. Si pH = 7,40 : acidose respiratoire totalement compensée compens. partielle compens. totale P DNE + 24 N NB : la compensation ramène le pH vers la valeur normale MAIS aggrave la variation des bicarbonates. pH 7,40

Troubles métaboliques : étiologies a) Acidoses métaboliques Charge acide excessive (réponse rénale adaptée) : - exogène : médicaments (aspirine), toxiques (antigel) - endogène : synthèse accrue (acidocétose diabétique) défaut de métabolisation (acidose lactique) - perte digestive de base : diarrhées aiguës Défaut d’élimination rénale (réponse rénale inadaptée) : b) Alcaloses métaboliques - Perte digestive d’acides fixes : vomissements répétés - Excès d’apports de bases : pansements gastriques

Acidoses métaboliques : diagramme de Davenport a) Trouble primaire : acidose métabolique pure Acide volatil CO2 en concentration normale → point sur l’isobare normale H+ tamponné par tampons ouvert et fermés → [H+]ajouté = -  ([HCO3-] + ([A-] ) > - [HCO3-] [HCO3-] mmol/L 40 mmHg N 24 + P DNE pH 7,40

b) Compensation pulmonaire Très rapidement, la diminution du pH liée à l'augmentation de la concentration en acides fixes provoque une hyperventilation. Celle-ci provoque une augmentation transitoire du CO2 expiré à l'origine d'une diminution de la concentration en CO2d qui se stabilisera à la valeur permettant de maintenir une quantité de CO2 expirée égale à la production. 40 mmHg On se trouve au-dessous de l’isobare normale. Si pH = 7,40 : acidose métabolique totalement compensée. NB : la compensation ramène le pH vers la valeur normale MAIS aggrave la variation des bicarbonates. [HCO3-] mmol/L En l’absence de trouble respiratoire, la compensation pulmonaire existe toujours et se traduit par une PCO2 (en mmHg) de l’ordre des 2 chiffres du pH après la virgule. N 24 + P DNE compensation partielle compens. totale pH 7,40

c) Calcul de l’excès d’acides fixes 1) acidose totalement compensée pH = 7,4 [A-] = normal et [AH] = normal H+ est tamponné uniquement par HCO3- excès de concentration en acides fixes =  [HCO3-] = distance verticale entre DNE et DE passant par le point représentatif de l’état du sujet. 40 mmHg [HCO3-] mmol/L N 24 excès d’ac. fixes DNE P pH 7,40

2) Cas général excès de concentration en acides fixes en P = excès de concentration en acides fixes en M = distance verticale entre DNE et DE passant par P NB : 1) La détermination de l’excès de concentration en acides fixes nécessite détermination de la pente de la DE. 2) La pente DE mesurée in vitro est  pente in vivo → La mesure in vitro de l’excès de concentration en acides fixes n’a pas de signfication quantitative précise. 40 mmHg [HCO3-] mmol/L N 24 excès d’ac. fixes DNE + P M pH 7,40

d) Alcaloses métaboliques Excès de concentration en bases fixes = défaut de concentr. en acides fixes. NB : une alcalose métabolique simple est généralement peu compensée (l’hypoventilation compensatrice risquerait d’entraîner une hypoxie !) M [HCO3-] mmol/L P 40 mmHg + excès de bases fixes 24 N DNE pH 7,40

En Résumé : diagramme de Davenport [HCO3-] mmol/L 40 mmHg Alc. métab. Ac. resp. Alcalose mixte Ac. mixte N Alc. resp. Ac. métab. DNE 7,40 pH