DÉSÉQUILIBRES ACIDO-BASIQUES Jacques LEVRAUT - DAR Est Nice Didier PAYEN – DAR Lariboisiere 1ère partie L ’approche classique

Rappels biochimiques Le pH Molécule tampon pH = colog ([H+]) pH = 7,40  [H+] = 40 nmol/l Molécule tampon Atténuation des variations de pH A- + H+ AH (couple A- / AH) pK = pH de ½ dissociation

Paramètres acido-basiques plasmatiques Le pH plasmatique pH = 7,38 – 7,42 pH = 39 - 42 nmol/l Molécules tampons Systèmes tampons fermés Albumine / Albuminate (pK = 7,60) HPO42- / H2PO4- (pK = 6,80) Système tampon ouvert (HCO3- / PaCO2)

Système bicarbonate Système ouvert Régulé par les reins HCO3- = 24 mmol/l Régulé par les poumons PaCO2 = 40 mmHg HCO3- + H+ CO2 + H2O pH = 6,10 + log ([HCO3-] / (0,03.PaCO2) pH  K . [HCO3-] / PaCO2 Troubles respiratoires Troubles métaboliques

DAB métaboliques Charge acide métabolique (libération H+ et sel) > 99,99 % des H+ pris en charge par tampons HCO3- + H+ CO2 + H2O  HCO3- = sel de l’acide < 0,01 % des H+ restent libres  baisse du pH Charge alcaline métabolique HCO3- + H+ CO2 + H2O  HCO3-

DAB respiratoires HCO3- + H+ CO2 + H2O Charge acide respiratoire (hypercapnie) HCO3- + H+ CO2 + H2O HCO3- immédiate = charge acide (< 2,5 mmol/l) > 99,9 % des ions H+ pris en charge par TNB < 0,1 % des H+ restent libres  baisse du pH Charge alcaline respiratoire (hypocapnie) HCO3- + H+ CO2 + H2O TNB libèrent des H+ pour minimiser le D pH

Systèmes de régulation Immédiats Tampons Rapide : qq min (troubles métaboliques) Acidose M  hyperventilation Alcalose M  hypoventilation Réponse ventilatoire prévisible (PaCO2 = 1,3.HCO3- + 10) Retardé : 12 à 24H (troubles respiratoires) Acidose R  réabsorption rénale de HCO3- Alcalose R  fuite rénale de HCO3- Réponse rénale prévisible (DHCO3 - = 0,35. DPaCO2)

Définitions Troubles simples (ou purs) Troubles mixtes Réponse respiratoire ou rénale = prévisible Jamais de compensation complète Troubles mixtes Association de deux troubles de même sens Exemple : acidose métabolique et respiratoire Troubles complexes Association de deux troubles de sens opposé Exemple : acidose métabolique et alcalose respiratoire

Diagnostic d’un DAB Gazométrie Ionogramme sanguin concomitant Prélèvement sanguin artériel anaérobie Mesure rapide ou glace Mesure : pH, PaCO2, PaO2 Calcul : bicarbonate (éq d’Henderson Hasselbalch) Ionogramme sanguin concomitant Mesure : Na+, K+, Cl-, CO2T CO2T = HCO3- + CO2 dissous + H2CO3 Validation prélèvement : CO2T = HCO3- +/- 2 mmol/l

Acidose métabolique Définition Diagnostic Signes cliniques Baisse du pH secondaire à baisse des HCO3- Consommation (libération H+) ou fuite de HCO3- Diagnostic pH < 7,36 HCO3- < 23 mmol/l (cause du trouble) PaCO2 < 40 torr (conséquence : réponse ventilatoire) Signes cliniques Dyspnée de Kussmaül Troubles du rythme, hypotension artérielle

Acidose métabolique Acidose organique / acidose minérale 10 mM acide lactique 10 mM lactate - 10 mM H+ D [lactate] = 10 mM D [HCO3-] = 10 mM 10 mM HCl 10 mM Cl - 10 mM H+ D [Cl-] = 10 mM D [HCO3-] = 10 mM

TA = Na+ - (Cl- + HCO3-) Cl- Cl- Na+ Cl- HCO3- Album- Album- Album- K+ Album- HCO3- Phosph- Cl- UA- HCO3- Cl- Album- Phosph- UA- HCO3- Cl- Album- Phosph- UA- TA = Na+ - (Cl- + HCO3-)

Acidose métabolique Acidose organique Diagnostic Libération acides organiques Élévation du TA = baisse des HCO3- Etiologie Acidose lactique Hypoxie tissulaire (chocs, …) Insuffisance hépatique terminale Sepsis Maladies du métabolisme Intoxications (AAS, biguanide) Acidocétose Insuffisance rénale Intoxications (éthylène glycol, méthanol, ..)

Relation trou anionique & lactatémie Levraut et al. Intensive Care Med 1997; 23:417-22

Acidose métabolique Acidose minérale Diagnostic Équivalent à libération d’HCl Élévation de la chlorémie = baisse des HCO3- Etiologie Fuite de bicarbonates Diarrhée haute Fistule biliaire Acidoses tubulaires Rétention de charge acide Insuffisance rénale Insuffisance surrénalienne Perfusion de Cl - en excès Autre cause Acidose post hypocapnique

Acidose métabolique Traitement Étiologique Acidose organique : transformation des sels en HCO3- ACD : insuline (cétoacides  bicarbonate) Lactate : ttt du choc (lactate  bicarbonate) Intoxication : épuration du toxique Acidose minérale Ttt d’une fistule biliaire, d’une diarrhée, … Symptomatique Ventilation mécanique Épuration extra-rénale Alcalinisation

Acidose métabolique Alcalinisation Conf de consensus. SRLF Lille, Juin 1999 Substances Force de la recommandation et Mécanismes et Étiologies de l'acidose tampons niveau de preuves Perte en ions bicarbonate Oui 2 b Acidose lactique au cours des états de Non 2 a (2 études chez l'homme) choc Acidose lactique au cours de l'arrêt Non* 2 a (une étude chez l'homme) cardiocirculatoire Acidocétose diabétique Non 1 a Acidocétose alcoolique Non 2 b Erreurs innées du métabolisme Non 2 b Intoxications Non* 2 b Insuffisance rénale Non** 3 c

Alcalose métabolique Définition Diagnostic Signes cliniques Hausse du pH secondaire à hausse des HCO3- Perte excessive de H+ ou rétention de HCO3- Diagnostic pH > 7,45 HCO3- > 27 mmol/l (cause du trouble) PaCO2 > 40 torr (conséquence : réponse ventilatoire) Signes cliniques neuromusculaires (convulsions) cardiovasculaires (tr du tythme) respiratoires (hypoxémie)

Alcalose métabolique Signes biologiques Facteurs d ’entretien Hausse des HCO3- et du pH Hausse de la PaCO2 (1 pour 1) Hypochlorémie Hypokaliémie fréquente Facteurs d ’entretien Diminutionde la filtration glomérulaire des HCO3- Hypovolémie chronique Insuffisance rénale Augmentation de la réabsorption tubulaire de HCO3- Hypovolémie Hypokaliémie Hyperaldostéronisme Acidurie paradoxale

Alcalose métabolique Diagnostic étiologique Chlorurèse < 15 mmol/l Chlorurèse > 15 mmol/l Alcalose chlorosensible Alcalose chlororésistante Vomissements Excès de minéralocorticoïdes SG en aspiration Diurétiques de l ’anse (début) Diurétiques (long cours) Surcharge en alcalins Posthypercapnie Hypokaliémie sévère Régime pauvre en Cl Après jeûne prolongé

Alcalose métabolique Traitement Traitement étiologique Arrêt diurétiques Correction hypovolémie ... Apport de chlorures NaCl (correction hypovolémie associée) KCl HCl 0,1 M chlorydrate d ’arginine et lysine : CI si IR ou hépatique Acétazolamide Epuration extrarénale Hypovolémie + oedèmes Troubles complexes associés

Acidose respiratoire Définition Diagnostic Signes cliniques Traitement Baisse du pH secondaire à hausse de la PaCO2 Insuffisance respiratoire ou hyperproduction de CO2 Diagnostic pH < 7,35 PaCO2 > 45 torr (cause du trouble) HCO3- Aigu : normaux ou peu élevés (pas de réponse rénale) Chronique : > 28 mmo/l (réponse rénale) Signes cliniques Ceux de l ’hypercapnie Traitement Etiologique

Alcalose respiratoire Définition Hausse du pH secondaire à baisse de la PaCO2 Hyperventilation alvéolaire Diagnostic pH > 7,45 PaCO2 < 35 torr (cause du trouble) HCO3- Aigu : normaux ou peu abaissés (pas de réponse rénale) Chronique : < 23 mmo/l (réponse rénale) Signes cliniques Ceux de l ’hypocapnie (baisse du DSC) Traitement Etiologique

Hyperlactatemia and alcalosis 7,49   2 32 67 33 +3 9 Urinary PH 6 8 date J1 14h J1 17h J1 22h J2 8h J2 18h Arterial PH 7,52 7,63 7,61 Lactates (mmol/l) 19 12 3,55 2,55 HCO3-(mmol/l) 14 21 31 29 PaO2(Torr) 166 79 80 PaCO2(Torr) 24 27 28 Base excess - 4 +7 +6 Anion gap 22 13 16 A 50 y/o man, admitted to (ICU) with a confusional syndrome after 2 days of blood vomiting. history of chronic alcohol abuse, but was free of medication. At admission, the arterial blood pressure was 170/104 mmHg, with heart rate 133, respiratory rate 50 with hypoxemia (SpO2=92 %), with no clinical symptoms of circulatory failure. The gastric aspiration was bloody and the patient presented a maelena. The Glasgow Coma Score was 12 with a flapping tremor suggesting hepatic encephalopathy. Blood samples and routine lab exams showed anemia (Hb=5,5 g/dl), cytolysis with cholestasis and a prothrombin time 40%.. Surprisingly, a respiratory alkalosis with an increase in lactate level (12 mmol/l) was observed on the blood gases. The correction of hypovolemia by infusion of isotonic saline, 5 red pack cells and 2 FFP  reduction in HR (110) and RR from 50 to 30 b/min. The evolution was good, since gastro-intestinal bleeding stopped and hepatic encephalopathy disappeared and after fluid loading associated with use of benzodiazepin

Traitement de l’acidose lactique Cas clinique : Une femme de 47 ans, séropositive HIV depuis 93 est mise sous tri-thérapie en Dec 96 par 3TC, D4T, et SLQ (anti-protéase). Depuis 3 semaines, elle présente des nausées et vomissements réguliers, avec douleurs abdominales. Evaluation montre ASAT et ALT x 2, hypokaliemie (2.9) avec à l’echographie hépatique une steatose. Hospitalisée devant la persistance des troubles, on trouve une acidose métabolique : pH 7.36, HCO3- 13, PaCO2 14 avec lactate à 12.

Traitement de l’acidose lactique Cas clinique 2: Diagnostic retenu : hyperlactatemie secondaire aux antiprotéases. PBH confirme la steatose massive : le traitement par vitamine B1 est institué, la tri-thérapie est arrêtée et la patiente sort de la réanimation. Réhospitalisée en réanimation 2 jours plus tard, avec un tableau de défaillance multiviscérale et une acidose lactique sévère. Diagnostic d’acidose lactique d’origine mitochondriale liée aux antiprotéases par atteinte de la DNA polymerase mitochondriale

O2 II IV III I CYTOSOL MITOCHONDRION lactate fatty glucose acid LDH oxidation glucose GLYCOLYSIS pyruvate LDH acetyl CoA pyruvate dehydrogenase ADP ATP ATP synthase CITRIC ACID CYCLE cytochrome oxidase RESPIRATORY CHAIN H+ O2 I II III IV e- NAD+ NADH NADH dehydrogenase NAD+ e-

Cas clinique 7/06/97 12/06/97 pH unite 7.29 7.45 PaCO2 mmHg 27 35 1/06/97 7/06/97 12/06/97 pH unite 7.25 7.29 7.45 PaCO2 mmHg 22 27 35 Bicarbonate meq/l 10 13 23.8 LACTATE mM/l 11 21 Pyruvate M/l -- 310 584 Lact/pyr ratio 35.5 35.9 B hydroxy-butyrate mM/l (Nl 0.02) 2.87 5.0 Aceto-acetate mM/l (Nl 0.04 0.64 1 Acide Urique 654 1018 Glycemie mM/l 7.9 5.6 10.9 PA 120/50 107/52 74/54

DÉSÉQUILIBRES ACIDO-BASIQUES 2ème partie L ’approche de Stewart

Acide et base Bröensted Arrhénius Acide : donneur de protons Base : accepteur de protons Arrhénius Tout anion est acide, tout cation est basique  Une solution aqueuse sera Acide si S[cations] < S[anions] Basique si S[cations] > S[anions] Neutre si S[cations] = S[anions] Exemple solution contenant (mEq/L) : 1 de Na+, 0,5 de K+ et 2 de Cl- S[cations] = 1,5 meq/L et S[anions] = 2 mEq/L  solution acide

Respect simultané de 3 lois physico-chimiques élémentaires Dissociation électro-chimique Conservation de la masse Electroneutralité des solutions Stewart PA. Can J Physiol Pharmacol 1983

Loi de dissociation Ions forts Ions faibles Complètement dissociés quelque soit le pH Ex: Cl-, Na+, Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, .. Ions faibles Dissociation partielle dépendante du pH Obéit à la loi de dissociation électro-chimique Soit la substance AH partiellement dissociée en A- (et H+) [AH] / ([A-] . [H+]) = cte de dissociation Ka pH = pKa + log ([A-]/[AH]) pKa = pH de demi dissociation

Loi de dissociation Quelques exemples du plasma Acide lactique / lactate pKa = 3,9 Aux pH > 6, dissociation > 99% en lactate  ion fort Idem pour tous les acides organiques (cps cétoniques, …) Acide carbonique / bicarbonate pKa = 6,10 [Acide carbonique] = 0,03 . PaCO2 pH = 6,10 + log ([HCO3-]/(0,03 . PaCO2)) (éq. de HH) A pH 7,40 et PaCO2 = 40 mmHg  [HCO3-]= 24 mEq/l

Loi de dissociation Quelques exemples du plasma Albumine non dissociée / Albuminate pKa = 7,6 pH 7,60  albuminate : 50 % albumine totale pH 7,40  albuminate : 39 % albumine totale pH 7,00  albuminate : 8 % albumine totale [albumine] = 40 g/l  à pH 7,4 [albuminate] = 14 mEq/l H2PO4-, HPO42- pKa = 6,8 [Pi] = 1 mmol/l  à pH 7,4 [phosphates] = 1,8 mEq/l

Loi de conservation de la masse En 1785, Lavoisier : « La somme des masses des réactifs est égale à la somme des masses des produits formés » Appliquée au plasma (solution aqueuse) Alb totale = Alb non dissociée + albuminate Phosphore inorg = CO2 : non valable (système ouvert) HPO42- + H2PO4-

Loi de l’électroneutralité S charges positives = S charges négatives Appliquée au plasma S + = Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ + H+ négligeables Ions forts pH indépendants S - = Cl- + UA- + HCO3- + alb- + phosp- + OH- Ions faibles pH dépendants S (cations forts) = S (anions forts) + S (anions faibles) S (cations forts) - S (anions forts) = S (anions faibles) Strong Ion Difference = HCO3- + alb- + phosp-

Cations Anions Na+ K+ Mg++ Ca++ Cl- UA- TA SID Album- HCO3- Phosph-

Variables indépendantes et dépendantes Respect simultané des 3 lois Variables indépendantes et dépendantes Variables indépendantes SID Na+, K+, Mg2+, Ca2+ Cl-, autres anions forts Albumine totale Phosphore inorg. PaCO2 pH HCO3- Albumine n.d. Albuminate H2PO4- HPO42- Variables dépendantes

Classification des TAB (Stewart) Métaboliques Respiratoires Alcalose Acidose PaCO2 Atot (Alb & Phosp) SID

Variation du SID SID = (Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+) – (Cl- + UA-) Elévation du SID (alcalose) Augmentation des cations Diminution des anions Hémoconcentration Diminution du SID (acidose) Diminution des cations Augmentation des anions Chlorures UA– (lactate, corps cétoniques, sulfates, …) Hémodilution

Situation normale pH 7,40 Effet acidifiant Effet alcalinisant 39 mEq/l HCO3- 24 mEq/l Alb- 14 mEq/l Phosph- 1,8 mEq/l SID 39 mEq/l PaCO2 40 torr Album 40 g/l Situation normale Phosph 0,8 mmol/l

Acidose lactique pH 7,25 Acidose Alcalose 29 mEq/l SID 40 torr PaCO2 40 g/l Album Acidose lactique 0,8 mmol/l Phosph Alb- 11 mEq/l Phosph- 1,7 mEq/l HCO3- 17 mEq/l pH 7,25

Hypoalbuminémie pH 7,54 Acidose Alcalose 39 mEq/l SID 40 torr PaCO2 10 g/l Album Hypoalbuminémie 0,8 mmol/l Phosph Alb- 4,2 mEq/l Phosph- 2,2 mEq/l HCO3- 33 mEq/l pH 7,54

Hypoalbuminémie & Acidose lactique Alcalose SID 29 mEq/l 40 torr PaCO2 Hypoalbuminémie & Acidose lactique 10 g/l Album 0,8 mmol/l Phosph Alb- 3,5 mEq/l Phosph- 1,8 mEq/l HCO3- 24 mEq/l pH 7,40

Calcul des paramètres Fencl V, Respir Physiol 1993; 91: 1-16 Strong Ion Difference : SID (Nl = 39 mEq/l) SID = HCO3- + albuminate + phosphates HCO3- : équation de Henderson Hasselbalch Albuminate = albumine . (0,123 pH – 0,631) Phosphate = phosphore . (0,309 pH – 0,469) Calcul des UA- (Nl = 8 mEq/l) SID = (Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+) – (Cl- + UA-) UA- = SID – [(Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+) – (Cl-)] SID apparent

Quelques applications Perfusion de NaCl 0,9% 154 mM de Na+ et de Cl-  chlorémie / natrémie  SID  acidose Perfusion de lactate de sodium Lactate : anion métabolisable  isolée de la natrémie  SID  alcalose Perfusion de bicarbonate de sodium Bicarbonate : CO2 dans une solution ayant un SID > 0 Bicarbonate de sodium = CO2 + Na+ Effet alcalinisant : Na+ ( SID)

Exemple concret Patient de 75 ans : choc septique sur péritonite Bilan biologique : pH 7,39 PaCO2 39 torr HCO3- 24 mM Na 140 mM Cl 104 mM K 4,3 mM Ca 1,8 mM Mg 1 mM Phosph 0,9 mM Albumine 10 g/l Approche traditionnelle : TA = 12 mEq/l  bilan acido-basique normal Approche de Stewart : SID = 31 mEq/l UA- = 16 mEq/l Dosage lactatémie = 8,2 mmol/l

Conclusion Approche de Stewart : révolution conceptuelle Trois paramètres indépendants PaCO2 SID (rôle équivalent aux anions et aux cations) Atot (albumine et phosphore) Paramètres dépendants pH Bicarbonate (conséquence uniquement) Prise en compte de l’influence des acides faibles Intérêt particulier en réanimation Fréquence de l’hypoalbuminémie Diagnostic de troubles complexes Influence des troubles de l’hydratation