La régulation de l’équilibre acido-basique H2CO3 HCO3-

Acidose et alcalose physiologique

1-PRODUCTION METABOLIQUE D’ACIDES : Beaucoup de produit terminaux du métabolisme sont acides. Un individu normale et sédentaire produit du gaz carbonique en quantité équivalente a environ 13000-15000 mmol Meq d-ions H+/J Cette quantité de CO2 ne peut s’accumuler car le CO2 est un gaz volatil. En plus de ces gaz volatils nous produisons une quantité beaucoup plus faible d’acides non volatiles, les acides dits <fixes>.

Le principale acide non volatil est l’acide sulfurique forme a partir de l’oxydation des ac a soufrés; H3 Po4 ; acide lactique. La quantité d’acide non volatiles produite est éliminée par un sujet normale et dépend donc largement de l’apport alimentaire, en particulier en protéine elle est habituellement de l’ordre de 50-100 mmol H+

HCO3-+H+ H2CO3- bicarbonate Acide carbonique production permanente d'acides par le métabolisme + apports alimentaire sous forme H+ sous forme de CO2 (élimination par le poumon) pH maintenu impérativement vers 7.4 équation réversible CO2+H2O acidification des urines Bicarbonate = système tampon =Réabsorption HCO3- excrété = HCO3-filtré - HCO3- réabsorbé essentiellement Tube contourné proximal HCO3-+H+ H2CO3- bicarbonate Acide carbonique

Stabilité du pH plasmatique La stabilité du pH plasmatique implique l’existence de mécanismes de régulation : Un mécanisme instantané : les tampons du sang 2) Un mécanisme rapide : la régulation pulmonaire 3) Un mécanisme lent : la régulation rénale

Notion de tampon Un tampon est capable de fixer des H+ quand ils sont en excès en solution et de libérer des H+ quand leur concentration diminue en solution. Il est en général formé d’un acide faible et de la base conjuguée de cet acide : R-COOH R-COO- + H+ pH pKA 100% R-COOH 100% R-COO - 50% R-COOH 50% R-COO - Le pouvoir tampon est maximal quand R-COOH et R-COO- sont à la même concentration A l’équilibre : [A-] x [H+] / [AH] = KA [H+] = KA x [AH] / [A-] –log [H+] = -log KA + log [A-] / [AH] soit : pH = pKA + log [A-] / [AH] Selon cette formule, quand [A-] = [AH], pH = pKA Finalement, un tampon est d’autant plus efficace : - qu’il est concentré (plus une éponge est grosse…) - que le pH de la solution est proche du pKA du couple R-COOH / R-COO-.

Les tampons du plasma Le pouvoir tampon du plasma peut-être mis en évidence par une manipulation simple : 5 gouttes HCl 0,1N 5 gouttes HCl 0,1N eau du robinet, pH 6 plasma, pH 7,4 Le pH passe à 3 environ Le pH reste à 7,4

Les tampons du plasma Les 3 principaux tampons du plasma sont : le tampon protéines, le tampon phosphate et le système acide carbonique/bicarbonate. Quelle est leur efficacité relative ? Le tampon protéines pH isoélectrique pH > pHi pH < pHi H+ Importance : - les protéines sont abondantes dans le plasma ( 70 g / l). - mais la plupart des AA de ces protéines ont un pKA très éloigné du pH plasmatique.

Les tampons du plasma Le tampon phosphates L’acide phosphorique H3PO4 comporte 3 fonctions acides. (1) H3PO4  H2PO4- + H+ pK1 = 2 (2) H2PO4-  HPO42- + H+ pK2 = 6,8 (3) HPO42-  PO43- + H+ pK3 = 11,5  C’est seulement pour le 2e couple que le pKA est proche du pH plasmatique  prédominance des formes H2PO4- et HPO42- dans le plasma. Les phosphates sont très peu abondants dans le plasma (2 à 3 mEq/l)  leur contribution au pouvoir tampon du plasma est faible. Par contre, ils jouent un rôle très important dans la régulation du pH à l’intérieur des cellules.

 H+ Les tampons du plasma Le tampon bicarbonate (H2CO3 / HCO3-) Le pKA de ce système est de 6,1, ce qui est assez éloigné du pH plasmatique (7,4). Cependant HCO3- est abondant dans le plasma (27 mM), ce qui le rend important. De plus le pouvoir tampon de ce système est nettement meilleur dans l’organisme qu’in vitro. H+ CO2 + H2O  H2CO3  H CO3- + H +  huile Suite à l’addition de H+, l’équilibre se déplace vers la gauche et CO2 s’accumule. Au fur et à mesure que des H+ sont ajoutés, ils sont de moins en moins bien tamponnés car l’accumulation de CO2 contrarie de plus en plus le déplacement de l’équilibre vers la gauche. Dans l’organisme, les poumons évacuent l’excès de CO2, ce qui améliore beaucoup le pouvoir tampon du système.

Tampon acide carbonique - bicarbonate Formé d'un acide faible (acide carbonique) et de son sel (bicarbonate de sodium) Composante acide H2CO3 H+ HCO3- + Ion hydrogène Ion bicarbonate Acide carbonique Composante basique NaHCO3 Na+ HCO3- + Ion sodium Bicarbonate de sodium Ion bicarbonate 1023

SYSTEME BICARBONATE/ ACIDE CARBONIQUE : Ce système tampon est d’une grande importance physiologique car : Sa concentration  : plasmatique est élevée dans le sang C’est un système tampons sanguin et intra cellulaire La concentration de l’acide carbonique est contrôlée par le poumon CO2 + H2O  H2CO3  HCO3- + H+

La valeur chimique d’un système tampons dépend de plusieurs facteur : Sa concentration Son PK :un tampon est d’autant plus efficace que le PH du milieux est a +/- 1unite PH de son PK. [H+] du milieu . L’organisme comprend de nombreux systèmes tampons dans le sang et a l’intérieur des cellules. Les deux principaux systèmes tampons du sang sont le système bicarbonate /H2 Co3 et le tampon hémoglobine.

L’HEMOGLOBINE L’ Hb est le plus  important tampons du sang, après les bicarbonates, en raison de son abondance et de sa haute valeur de tamponnement. L’hémoglobine réduite ;accepte les H+, quand elle est oxygénée, l’H+ est libéré . Une baisse du PH sanguin entraine 1 baisse de l affinité de l Hb pour l’o2, ce phénomène est appelé effet Bohr. Il permet a la desoxyHB de garder efficacement les protéine H+

Le tampon hémoglobine L’hémoglobine est riche en histidine (33 par molécule). Cet AA a un pKA de 7,3, ce qui est très proche du pH plasmatique. Au pH normal, il y a donc près de 50% de chacune des 2 formes de l’histidine. L’abondance de l’hémoglobine dans le sang et sa richesse en histidine en font un tampon très efficace.

ROLE DU REIN DANS LE MAITIEN DE L’HOMEOSTASIE ACIDO-BASIQUE Le rein contribue au maintien de l’équilibre acido-basique en régulant l’excrétion d ions H+ si bien que la bicarbonatemie reste dans les limites appropriées. Cette régulation comporte deux étapes : -la réabsorption du bicarbonate filtre. -l’excrétions de 50 a 100 mmol d H+. Sous forme d’acidité titraille. Et d’ammonium. .

Le bicarbonate filtré (4500 mmol l/j) est en quasi totalité réabsorbe chez le sujet normale : 85 % dans le TCP et 10% dans les segments les plus distaux du néphron . Excrétion d’ions H+ : la majeur partie des ions H+ fixes formés chaque jour est éliminée liée a des tampons, représentés essentiellement par l’acidité titrable et de NH3+.

-ACIDITE TITRABLE On entend sous ce terme des acides faibles capable avec leurs bases correspondantes, d’accepter des ions H+. Il s’agit surtout du système acide phosphorique disodique et mono sodique . Na2HPO4 +H+  Na H2PO4- + Na+ 10 a 40 mmol d H+ sont éliminés sous cette forme chaque jour. On parle d ;acidité titrable car on la mesure par la quantité de soude (NaOH) 0,1 mol que l’on doit ajouter a l ‘urine pour obtenir 1 PH de 7,40 identique a celui du plasma.

AMMONIAQUE L’ammoniaque (NH3) est une base forte, formée dans les cellules tubulaires rénales. elle diffuse de façon passive dans l’urine et se combine avec H+ pour former l’ammonium (NH4+) compose polaire, soluble dans l’eau incapable de traverser les membranes cellulaires : il est donc piège dans la lumière tubulaire . l’excrétion d’H+ sous cette forme est normalement de 30 a 50 mmol l/j . L’élimination d’un ion H+ sous forme d’acidité titrable ou d’ammoniaque s accompagne de la régénération d’un ion bicarbonate, qui est réabsorbe. Ainsi le bicarbonate est utilisé pour tamponner la charge d’H+ fixes produits chaque jour est récupéré.

La régulation rénale du pH plasmatique L’  du débit respiratoire réduit pCO2 Cas d’une acidose CO2 + H2O  H + réserve de bicarbonate Na+ H2CO3 H + HCO3- HCO3- NaHCO3 production de HCO3- tampons sécrétion de H+ En cas d’acidose, les reins sécrètent des ions H+ dans l’urine et reconstituent la réserve de bicarbonate.

Cas d’une alcalose La régulation rénale du pH plasmatique La  du débit respiratoire augmente pCO2 Cas d’une alcalose  H + réserve de bicarbonate production de H + tampons sécrétion de HCO3- En cas d’alcalose, les reins produisent des ions H+ et réduisent l’excès de bicarbonate en l’éliminant dans l’urine.

AC II La régulation rénale du pH plasmatique Lumière tubulaire Cellule tubulaire Capillaire péritubulaire AC II Ce mécanisme permet d’ajouter de nouvelles molécules de HCO3- dans le plasma, ce qui contribue à réduire le déficit créé lors de l’acidose.

AC La régulation rénale du pH plasmatique Lumière tubulaire Cellule tubulaire Capillaire péritubulaire AC Ce mécanisme permet aussi d’ajouter de nouvelles molécules de HCO3- dans le plasma, ce qui achève de réduire le déficit créé lors de l’acidose.

La régulation ventilatoire du pH plasmatique La régulation de l’excrétion du CO2 est très efficace. En effet les chimiorécepteurs centraux ont une grande sensibilité Vis-à-vis de changement (même minimes) de la pco2 capillaire cérébral barrière hémato-encéphalique H +  pCO2 CO2 + H2O  H + + HCO3- LCR chémorécepteur central BULBE centre inspiratoire Couleurs : stimulus récepteur voie sensitive  ventilation centre intégrateur réponse

La régulation respiratoire du pH par les poumons CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ DONC:  [CO2] ==> Baisse de pH  [CO2] ==> Hausse de pH Tout ce qui perturbe la respiration entraine l’acidose eou l’alcalose respiratoire Une obstruction ou gêne entraine une acidose par accumulation du CO2, Une accélération ou hyperventilation entraine une alcalose par fuite excessive du CO2. La capacité fonctionnelle des poumons 2X celle des tampons chimiques

 ventilation pulmonaire ==>  élimination du CO2 ==>  [H+] ==>  pH CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+  ventilation pulmonaire ==>  élimination du CO2 ==>  [H+] ==>  pH CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

La régulation ventilatoire du pH plasmatique  pCO2 du plasma  pH du LCR  pH du plasma chémorécepteurs centraux corpuscules aortiques et carotidiens centre inspiratoire muscles respiratoires  ventilation  pCO2 et  pH 70% de la réponse 30% de la réponse

pH = pK + log ([ HCO3- ] / pCO2) 1916 : Equation d’Henderson – Hasselbalch L’equilibre acido-basique de l’organisme est a la fois déterminé et reflété par l’etat du principal système tampon extra cellulaire (HCo3-/H2 CO3) grace a l’equation de Henderson. On pose par definition : pH = pK + log ([ HCO3- ] / pCO2) pH = 7.32 pCO2 = 32 mmHg pO2 = 64 mmHg Pk = 6.1

Les déséquilibres acido-basiques Acidose : pH < 7,35 PCO2  ET /OU Rapport bicarbonates/acide carbonique faible (moins que 20) Alcalose : pH > 7,45 PCO2  ET /OU Rapport bicarbonates/acide carbonique élevé (plus que 20)

ANOMALIES DE L’EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE : L’equation d’Henderson H appliquée au système tampon bicarbonate acide carbonique, doit être utilisée pour étudier les différentes anomalies de l’equilibre acido-basique anlies respiratoires PH = PK + log ([ HCO3- ] / pCO2) anomalies metaboliques

ANOMALIES METABOLIQUE  Ce sont toutes les anomalies dont l’origine n’est pas ventilatoire ACIDOSE METABOLIQUE Elle est due a la diminution de la concentration des bicarbonates plamsatiques . MECANISME DE L’ACIODSE METABOLIQUE  Perte excessive du bicarbonate (par voie intestinale) Charge acide excessive endogene ou exogene Reduction de l’excretion renal d’H+  avec de l IRA ouIRC  ac tubulaire

REPONSE DE L’ORGANISME Tamponnement (surtout par les tampons intracellulaire ) Adaptation respiratoire . 2eme mecanisme de defense diminition de la pa CO2 par hyperventilation alveolaire Qui diminue le Paco2. Correction renal : 3eme mecanisme de defense Elle augmente l’excretion de l’acidite titrable et de l’ammoniac  PH urinaire est tres acide. Potassium et acidose metabolique L’acidose metabolique est habituellement accompagnee d’une hyperkaliemie due au mouvement de H+ dans les cellules, en echange de K+ et Na+.

CLASSIFICATION ET ETIOLOGIES DES ACIDOSES METABOLIQUE : Le trou anionique dans sa version la plus simple : Trou anionique (TA) = (Na + K) – (Cl + HCO3) = 12mmol/l Si TA augmenté = accumulation anions indosés On peut ainsi determiner deux types d’acidoses : Les acidoses metabolique a trou anionique eleve l’ion H+ s’accumule avec un anion organique exp aceto-acelate , lactate …non mesure. Acidose metabolique a trou anionique normale Il n’ya pas d’accumulation d’anions organique. L augmentation de la chloremie est parallele a la baisse de la bicarbonatemie.

ACIDOSE METABOLIQUE Anions indosés SO42- 34 Calcul du trou anionique urinaire Calcul de l’excrétion urinaire de NH4+ = Na+ + K+ – Cl = anions indosés – cations indosés Anions indosés SO42- 34 H2PO4- 20 Anions organiques 26 Anions cétoniques Anions médicam (carbénicilline) Cations indosés NH4+ 34 Mg 2+ 6 Ca++ 4 lithium

Les acidoses metaboliques a trou anionique elevee Sup a 16mmol Les ceto-acidoses diabétiques sont les plus fréquentes non diabétique :jeune. éthylisme aigu. glycogénose de type I Les acidoses lactiques dont le diagnostic repose sur les dosage de l’acide lactique : -hypoxie tissulaire aigue (choc septique) Insuffisance rénale aigue ou chronique quelle qu’en soit la cause (20 a 30ml/min. Les intoxications par des acides dont l’anion n’est pas le chlore : méthanol, acide salicylique, éthylène ,glycol .

Les acidoses metabolique a trou anionique normale ou acidoses hyperchloremiques : -Les pertes intestinales de bicarbonates. *Diarrhée aigues sévères (cholera) *Les tumeurs villeuses hypersecretantes -les pertes renales de HCO3- Les acidoses tubulaires type 1 ou distale.  type 2 ou proximale  type 4 due a l’yperkaliemie (dimunition d Aldostérone -les inhibiteurs de l anhydrase carbonique.

ALCALOSE METABOLIQUE C’est une augmentation de la concentration des bicarbonate plasmatiques Mécanisme de l’alcalose métabolique * Surcharge primitive en HCO3- du milieu extra cellulaire * Perte digestives ou rénale d’electrolytes et d’ions H+ Cas les plus fréquents : Spoliation du suc gastrique Déplétion chloro potassique Hypercorticismes fuite urinaire de K+et H+ Hypercalcémie Quel que soit le mécanisme de l’alcolose métabolique, les contraintes imposées par l’electroneutralite impliquent une diminution de la chlorémie

Défense contre un excès d’alcalins Tamponnement : l’addition d’H+ aux liquides extra cellulaires titre le bicarbonate en excès en diminuant sa concentration dans le sang .ce tamponnement est due a la sortie d’H+ des liquides intracellulaires provenant des phosphates et des protéines Adaptation respiratoire : conformément a l’equation d’H.H il y aura une Hypoventilation , cette augmentation et quantifiable on peut admettre que la Pa Co2 augmente de 0,7 mm hg pour une augmentation de la bicarbonatemie de 1 mmol/l. Correction rénale : le rein est seul capable d’assurer la correction du désordre, c'est-à-dire d’excréter l’excès de bicarbonates.

L’alcalose est normalement rapidement corrigée par le rein L’alcalose est normalement rapidement corrigée par le rein . la persistance de ce déséquilibre doit faire rechercher des facteurs pérennisant L’alcalose métabolique : Ces facteurs tendent a augmenter la réabsorption des bicarbonates La déplétion du volume extra cellulaire provoque une augmentation de la réabsorption du sodium accompagne le plus souvent d’un anion HCo3-(au niveau du TCP) Déficit en chlore contribue au maintien de l’alcalose métabolique. La déplétion potassique (en modifiant le PH intra cellulaire)

Classification et etiologies : Trois catégories peuvent etre distinguées : Alcalose métabolique corrigée par l’apport du chlore Alcalose de causes diverses. Pertes digestives : -vomissement : cause la plus fréquente Perte urinaires : elles sont le résultat de l’utilisation de diuretique,il en résulte une augmentation de l’excretion de Na+,K+,Cl-. superieur a celle des H Co3-. L’alcalose métabolique est le résultat de plusieurs facteurs : perte de Cl- ,contraction du volume extra cellulaire

Alcalose metabolique resistant au chlore : Alcalose métabolique avec HTA Cas des hyperaldosteronemie primaires, syndrome de Cushing H.C.S . Alcalose métabolique sans HTA Le syndrome de Bartter affection rare associe  Déplétion potassique profonde : c’est une cause frequente d’alcalose metabolique Alcalose metabolique de causes diverses Administration d’alcaline Transfusions massives (plus de 10 flacons de sang) Hypercalcémies : exp dans le cas du myelome metastase osseusesliberation de tampons osseux

le plus so uvent c’est une  K+  K+ doit etre systematique TABLEAU BIOLOGIQUE DES ANOMALIES METABOLIQUES *cause primaire Parametre Val nle Acidose metabolique Alcalose metabolique compensee decompensee PH 7.38-7.42 normal < 7.38 >7.42 H Co3- * 22-24 mmol <22 >24 Pa c02 35-45 mm hg  rventil  ventil  hypoventil K+ 3.5-5 mmol le plus so uvent c’est une  K+  K+ doit etre systematique Cl- 95-106 mmol/l Chlore nle Si accumulation d’anions fixes  cl- en l’absence d’accumulation d’anions fixes Hyperchloremie a peu pres proportionnelle a l’augmentation des bicarbonates

mecanismes de l’acidose respiratoire ANOMALIES GAZEUSES Ce sont toutes les anomalies dont l’origine est respiratoire. ACIDOSE RESPIRATOIRE L’acidose respiratoire est une anomalie acido-basique crée par augmentation de la Pa Co2 (HYPERCAPNIE). La Pa Co2 est supérieur a 45 mm Hg mecanismes de l’acidose respiratoire Pour qu une augmentation de la Pa CO2 survienne, il faut que le système ventilatoire élimine une quantité de Co2 inferieur a la production. C’est toujours la conséquence d’une diminution de la ventilation alveolaire

Reponse physiologique secondaire acidose respiratoire aigue : Le rein au cours de cette phase aigue intervient apres une longue période et sa réponse est minime et inconstante

si l’acidose respiratoire persiste plus de 24h (la compensation renale intervient) : augmentation de l’elimination tubulaire d’H+ NH4+ (l’acidite est peu modifiee) majoration de la réabsorption proximale des H CO3- parallèlement la réabsorption du chlore diminue pour maintenir l’eletroneutralite de l’organismehypo chlorémie correction de l’acidose : ne peut se produire que si la respiration redevient normale

Etiologies * les paralysies des muscles respiratoires(poliomyelite) * Les hypoventilations d’origine centrale * Toutes les causes d’insuffisance respiratoire chronique

ALCALOSE RESPIRATOIRE Anomalie acido-basique crée par une diminution de la Pa Co2 (hypocapnie.) mecanisme de l’alcalose respiratoire : c’est toujours la conséquence d’une augmentation de la ventilation alvéolaire elles traduisent une élimination de CO2 superieure a la production donc une hyperventilation alvéolaire il s agit d anomalie acido basique la plus fréquente

reponse physiologique secondaire alcalose respiratoire aigue : H+ diminue (PH augmente) liberation H+ a partir des differents tampons intra et extra cellulaires alcalose respiratoire chronique : si l’alcalose persiste plus de 6h le rein intervient augemente l’excretion des ions HCo3-  l’excretion d’ions NH4+et AT . La dimunition des bicarbonate est rarement inferieur a 12 mmol/l. au point de vue hydroelectrlytique la kaliemie est souvent abaissee aux environs 3 mmol/l chloremie pour compenser la Hco3- trou amionique normal.

TABLEAU BIOLOGIQUE DES ALCALOSE ET ACIDOSE RESPRATOIRES *Cause primaire Parametre Acidose respiratoire Alcalose respiratoire compensee decompensee PH NL PH (7.20-7.35) normale Ph7.42 (7.50-7.65) H CO3-   Pa Co2 * Peut atteindre 100 mm Hg (30-25)mm Hg K Kaliemie souvent basse CL Chloremie est basse (surtout dans les… chroniques) Chloremie augmente

Prelevement sanguins et precautions genrales : Le prélèvement doit se faire a l’abri de l’air, avec comme anticoagulant de l’heparine. Il doit etre de préférence artériel ou capillaire. les conditions ventilatoires doivent etre précises. Un ionogramme sanguin simultané et des renseignement cliniques précis sont indispensables

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

Désordres de l’équilibre acido-basique Caractéristiques des troubles primaires Désordre pH [H+] désordre primaire réponse . Acid Met [CO3H-] pCO2 Alc Met [CO3H-] pCO2 Acid Resp pCO2 [CO3H-] Alc Resp pCO2 [CO3H-]

Désordres de l’équilibre acido-basique Compensations rénales et respiratoire Désordre désordre primaire réponse de compensation . Acid Met [CO3H-] var pCO2 = 1.2 var Bic Alc Met [CO3H-] var pCO2 = 0.7 var Bic Acid Resp aig pCO2 var [CO3H-] = 0.1 var pCO2 chr var [CO3H-]= 0.35 var pCO2 Alc Resp aig pCO2 var [CO3H-]= 0.2 var pCO2 chr var [CO3H-]= 0.4 var pCO2