Equilibre acido-basique normal Acidoses et alcaloses

Équilibre acido-basique Acide Substance capable de fournir un ion H+ Base Substance capable d'accepter un ion H+ L'organisme produit chaque jour une charge acide importante : Catabolisme protéique 1 mmol/kg/jour de H+ Métabolisme mitochondrial 15000 mmol/j CO2 (+ H2O = H2CO3) Concentration de H+ stable 40 nmol/l de liquide extracellulaire 100 nmol/l de liquide intracellulaire

Sources quotidiennes d’ions H+

Équilibre acido-basique Régulation de la balance acide-base assurée par des systèmes tampons extra- et intracellulaires : A court terme Tampons intracellulaire (os minéral et muscle) A moyen terme Adaptation ventilatoire (sous forme de CO2) H+ + HCO3- = H2O + CO2 A long terme Adaptation rénale Régénération de HCO3- Elimination de H+

L'ammonium peut permettre l'élimination d'une grande quantité d'H+ Régulation de l’équilibre acido-basique Rôle du poumon - Seconde ligne de défense d'action rapide - Excrétion du CO2 produit par le métabolisme cellulaire - Réaction à l'acidose par une hyperventilation alvéolaire:  pCO2 Rôle du rein - Troisième ligne de défense d'action plus lente - Maintenir le stock de bicarbonates de l'organisme en réabsorbant les HCO3- filtrés (4500 mmol/j) : 80 à 85 % dans le TCP 10 à 15 % dans l'anse de Henlé Réabsorption grâce à une sécrétion active de H+ - Excréter la charge acide produite quotidiennement TCP Tube collecteur Acidité titrable (AT : H2PO4-) L'ammoniac (NH4+) L'ammonium peut permettre l'élimination d'une grande quantité d'H+

Tampon bicarbonate-acide carbonique

Équilibre acido-basique Tampon bicarbonate-acide carbonique Principal tampon extra-cellulaire de l'organisme H2O + CO2  ––––––  H2CO3  ––––––  HCO3- + H+ Equation d'Henderson-Hasselbach :    [HCO3-] pH = (- log [H+]) = 6.10 + log ––––––––— pCO2 Maintien de l'équilibre acido-basique :  Le rein régule la concentration de HCO3-  Le poumon régule la pCO2

Réabsorption des bicarbonates filtrés

Situation normale de charge acide physiologique

Réabsorption des Bicarbonates dans le TCP 2/3 antiport Na+/H+ Apical → sécrétion d’H+ 1/3 ATPase vacuolaire HCO3- régénération dans la cellule à partir du CO2 (anhydrase carbonique) Basolatéral → réabsorption d’HCO3- grâce au Co-transport Na+/3HCO3- électrogénique

Rôle du rein dans la réabsorption des bicarbonates

Transport maximum des bicarbonates

Excrétion nette d'acide : [H+]u = [AT]u + [NH4+]u - [HCO3-]u Équilibre acido-basique Excrétion nette d'acide :  [H+]u = [AT]u + [NH4+]u - [HCO3-]u

Rôle du rein dans l’excrétion des ions H+

Rôle du rein dans l’excrétion des ions H+

Rôle du rein dans l’excrétion des ions H+

Excrétion acidité titrable : phosphates

Sécrétion d’ions H+ au niveau du TD → Réabsorption de HCO3- (1) → Sécrétion acide : Ammoniac (NH4+) (2) Acidité Titrable (3)

Sécrétion d’ions H+ : Acidité Titrable

Excrétion d’ions H+ : Acidité titrable

Excrétion des ions H+ sous forme de NH4+

Excrétion des ions H+ sous forme de NH4+ Ammoniogénèse par les cellules tubulaires proximales

Réabsorption de NH4+ dans la branche ascendante large de l’anse de Henlé

Sécrétion d’ions H+ : Ammoniurie Cellule du TCP : Métabolisme de la Glutamine → NH4+ → Sécrétion dans la lumière tubulaire → Réabsorption dans l’anse de Henlé Cellule du canal collecteur → Production de NH3 (NH4+ non perméant) NH3 + H+ → NH4+ (excrétion U)

Excrétion d’ammoniac

Facteur augmentant l’excrétion de NH4+

Régulation de l’excrétion d’H+ dans le tube collecteur Cellules intercalaires : Type A : sécrétion d’H+ Apicale (H+ ATPase vacuolaire) Type B : sécrétion d’H+ basolatérale (réabsorption) par une H+ ATPase basolatérale * Si acidose : Augmentation du nombre de cellules de type A Augmentation du nombre d’H+ ATPase vacuolaire apical * Si alcalose : Inverse

Régulation de l’excrétion d’ions H+ dans le tube collecteur

Approche clinique des désordres acido-basiques Acidose : Diminution du pH plasmatique (acidémie) Alcalose : Augmentation du pH plasmatique

Approche clinique des désordres acido-basiques Gazométrie artérielle pH =  7,40 ± 0,02 pCO2 =  40 ± 4 mm Hg [HCO3-] =  25 ± 2 mmol/l pO2 =  80 - 100 mm Hg SaO2 =  95 - 99 %

Approche clinique des désordres acido-basiques Ionogramme plasmatique [HCO3-] =  26 ± 2 mmol/l Kaliémie =  3,5 - 5 mmol/l Trou anionique  :  anions indosés TA  =  [Na+ + K+] - [Cl- + HCO3-] = 16 ± 5 mmol/l TA  =  [Na+] - [Cl- + HCO3-] = 12 ± 4 mmol/l Examens urinaires pHu Bicarbonaturie TA urinaire = [Na+ + K+] - [Cl-] ≈ 30 mmol/l pCO2 urinaire

Diagnostic d’un désordre acido-basique Diagnostic Acidose ou Alcalose Métabolique ou Respiratoire Etiologique

Etude des désordres acido-basiques

Acidose métabolique Physiopathologie - Charge acide excessive d'origine exogène ou endogène - Perte excessive de bicarbonates - Défaut d'excrétion rénale d'acide Diagnostic biologique pH < 7,38 [HCO3-] < 22 mmol/l pCO2 < 36 mm Hg Hyperkaliémie Compensation : pH Normal Cliniquement Hyperventilation alvéolaire Dyspnée profonde et ample dite de Kussmaul Obnubilation ou coma Collapsus cardiovasculaires si acidose sévère Diagnostic étiologique = Calcul du Trou anionique sanguin Accumulation d'acide TA élevé Perte de bicarbonates TA normal Accumulation d'acide dont l'anion est le chlore TA normal

Signification du TA Production d’acides organiques Rétention anormale de ces acides Acidose hyperchlorémique

les acidose à trou anionique élevé (TA > 16 mmol/l) Surproduction d’acides organiques : Les acidoses lactiques (> 2 mmol/l) Hypoxie tissulaire (état de choc) Intoxication au CO2, Médicaments et toxiques : Éthanol, Méthanol, Biguanide, Salicylés, Isoniazide..., Diabète sucré, insuffisance hépato-cellulaire, cancers, Héréditaires : Déficit en glucose-6-phosphate, Déficit en fructose-1-6-diphosphate, Déficit en pyruvate carboxylase Les céto-acidoses (acdies acéto-acétique/β-hydroxybatyrique) Diabétique, Éthylique, De jeûne, Anomalies du métabolisme du glycogène Les intoxications (anion ≠ Cl-) Salicylés, Éthylène-glycol, Méthanol, Paraldéhyde Les rhabdomyolyses massives Les insuffisances rénales - aiguë, - chronique au stade terminal

Les d’acidose métaboliques à trou anionique inchangé (TA < 16mmol/l, acidose hyperchlorémique) Les pertes digestives de bicarbonates : Diarrhées, Urétéro-sigmoïdostomies et dérivations iléales, Fistules biliaires et pancréatiques, Tumeurs villeuses, Cholestyramine Les acidoses tubulaires rénales : Excrétion urinaire insuffisante de NH4+ Acidose tubulaire proximale, type I (défaut de réabsorption proximale de HCO3-) Acidose tubulaire distale, type I (défaut d’excrétion ions H+ ou défaut de NH3 médullaire) Acidose tubulaire médullaire, type IV Les intoxications (anion = Cl-) Chlorure d’ammonium, Chlorhydrate d’arginine, Chlorydrate de lysine À part : Les acidoses de dilution, Les inhibiteurs de l’anhydrase carbonique (Diamox)

Intérêt du TA urinaire

Diagnostic d’une acidose métabolique

Bicarbonates < 21 mmol/l Elle est métabolique Bicarbonates < 21 mmol/l PaCO2 < 38 mm Hg TA = (Na+)-(Cl-+HCO3- )= 12 mmol ± 4 Acido-cétoses Acidoses lactiques Le TA est augmenté : Quelle est la valeur du trou anionique ? Insuffisances rénales Intoxications (anion pas du Cl-) Il existe une acidose : pH < 7.38 Pertes intestinales de bicarbonates Le TA est normal : Acidoses tubulaires Intoxications (anion=Cl-) PaCO2 baisse de 1 - 1.3 mm Hg par baisse de 1 mmol HCO3- La compensation respiratoire est-elle adéquate ? PaCO2 prévisible = 1.5 HCO3-+ 8 ± 2 S’agit-il d’un désordre simple ou complexe ? PaCO2 = 2 dernières décimales du pH L’ du TA est-elle proportionnelle à la  des bicarbonates ? Si oui, acidose simple à TA élevé Si TA > HCO3-, acidose métabolique surajoutée Si non, acidose complexe : Si TA < HCO3-, acidose à TA normal surajoutée

Alcalose métabolique Physiopathologie - Elévation du taux de HCO3- plasmatique : Perte accrue d'ions H+ (tube digestif ou rénale) Apport excessif de HCO3- Déshydratation extracellulaire - Baisse de l'excrétion de HCO3- par le rein Diagnostic biologique pH > 7,42 [HCO3-] > 26 mmol/l pCO2 > 44 mm Hg Hypokaliémie Compensation : pH Normal Cliniquement Hypoventilation alvéolaire Syndrome confusionnel Crampes musculaires Obnubilation Coma Convulsions Diagnostic étiologique Volume du secteur extracellulaire Chlorurie

Les causes d’alcalose métabolique Excès d’apport de bicarbonates Syndrome des buveurs de lait, Apport exagéré de bicarbonates ou de ses précurseurs, Antiacides associés à des résines échangeuses de cations, Rebond après une acidose métabolique Les alcaloses sensibles au chlore + déshydratation extracellulaire, chlorurie < 20 mmol/l Vomissements ou aspiration gastrique, Diurétiques, Diarrhée chlorée congénitale, Tumeurs villeuses, Post-hypercapnie chronique Les alcaloses insensibles au chlore, hydratation extracellulaire N ou , chlorurie > 30 mmol/l Hyperaldostéronisme primaire, Syndrome de Bartter, Syndrome de Cushing, Pénicillines et dérivés à fortes doses, Hypokaliémie, Période de renutrition

Acidose respiratoire Physiopathologie Toujours secondaire à Hypoventilation alvéolaire :  pCO2 Augmentation des HCO3- plasmatiques (compensation) Diagnostic biologique pH   < 7,38 pCO2   > 44 mm Hg + (pO2 ) [HCO3-]  > 26 mmol/l Compensation : pH Normal Cliniquement Conséquence de l'hypoventilation alvéolaire : Hypoxie Hypercapnie Signes respiratoires Bradypnée Polypnée superficielle Signes circulatoires Tachycardie Hypertension Neurologiques Céphalées - Tremblements Torpeur - Agitation - Délire Cutanées Cyanose – Sueurs Diagnostic étiologique Hypoventilation d'origine periphérique Hypoventilation d'origine centrale Hypoventilation d'origine pulmonaire

Les causes d’acidose respiratoire Hypoventilations d’origine périphérique : Moelle cervicale : poliomyélite, traumatisme, Neuropathie périphérique : syndrome de Guillain-Barré, Musculaire : myasthénie, paralysie périodique, Cyphoscoliose Hypoventilations d’origine centrale, atteinte du SNC (psychotropes – morphiniques) : Syndrome de Picwick, Antidépresseurs respiratoires, Alcalose métabolique sévère, Syndrome des apnées du sommeil, Oxygénothérapie respiratoire chronique Hypoventilations d’origine alvéolaire : Syndrome de détresse respiratoire aiguë, Œdème aigu pulmonaire, État de mal asthmatique, Hémothorax ou pneumothorax, Décompensation d’une insuffisance respiratoire chronique (BPCO) Obstructions aiguës de la filière aérienne : Corps étranger, Laryngospasme Dysfonctionnements de la ventilation mécanique

Alcalose respiratoire Physiopathologie Hyperventilation alvéolaire :  pCO2 Diminution des HCO3- plasmatiques (compensation) Diagnostic biologique pH > 7,42 pCO2 < 36 mm Hg [HCO3-] < 22 mmol/l Compensation : pH Normal Cliniquement Polypnée Syndrome confusionnel Crampes musculaires Obnubilation Coma Diagnostic étiologique Hypoxie Hyperventilation alvéolaire centrale Affections pulmonaires Dysfonction de la ventilation mécanique

Les causes d’alcalose respiratoire Hypoxémies : Dues à une maladie pulmonaire, Insuffisance cardiaque congestive, Anémie sévère, Haute altitude Hyperventilations d’origine centrale : Intoxication par les salicylés, Progestérone, Après correction d’une acidose métabolique, Insuffisance hépatocellulaire, Septicémie à bacille Gram-négatif, Maladies du système nerveux central : encéphalite.... Maladies pulmonaires Dysfonctionnements de la ventilation mécanique

Méthodes d’étude de l’équilibre acido-basique Gaz du sang artériel : leur rôle est d’établir le type du désordre acido-basique, métabolique ou respiratoire. Ils comprennent la mesure du pH, de la PaCO2, de la PaO2 et le calcul de la [HCO3-] plasmatique. pH = 7.40 ± 0.02 [HCO3-] = 25 ± 2 mmol/l PaCO2 = 40 ± 2 mmHg Trou anionique plasmatique : le mesure du trou anionique recherche l’accumulation d’acides autres que l’HCl et l’acide carbonique (H2CO3). Tap = [Na+] - [Cl-] – [HCO3-] = 12 ± 2 mmol/l pHu : le pH urinaire n’est pas un bon outil pour étudier les capacités d’adaptation du rein à un désordre acido-basique. En effet, le pHu dépend de la charge filtrée de HCO3-, de la sécrétion distale de H+ mais aussi de la capacité des urines à tamponner les protons (rôle de l’ammonium). Il peut donc exister, alors même que l’adaptation du rein est bonne, un pHu alcalin en présence d’une acidose métabolique et ce par augmentation du pouvoir tampon des urines (activation de l’ammoniogénèse). A l’étude du pHu, il faut préférer les examens qui analysent plus précisément le fonctionnement du rein : réabsorption de HCO3- (bicarbonaturie), sécrétion de H+ (pCO2u) et ammoniogénèse (trou anionique urinaire). Bicarbonaturie : la mesure de la bicarbonaturie permet de quantifier la réabsorption rénale de HCO3-. L’adaptation rénale conduit à ce qu’elle soit nulle en cas d’acidose et élevée en cas d’alcalose. Trou anionique urinaire : le trou anionique urinaire permet l’évaluation de l’excrétion urinaire de NH+ et donc de l’adaptation du rein à une situation d’acidose. TAu = [Na+]u + [K+]u – [Cl-]u = (anions indosés)u – (cations indosés)u Anions indosés (AI-) : phosphates, sulfates, anions organiques, médicaments. Cations indosés (CL+) : NH+, calcium, magnésium, lithium. Situation normale : TAu = (AI)u – (NH+) + autres CL+u = 30 mmol/l Acidose exrta rénale avec adaptation rénale : TAu = (AI)u - NH+ Autres CL+u>0 pCO2 urinaire : la mesure de pCO2 urinaire permet l’évaluation de la sécrétion distale de H+ par les cellules du canal collecteur. Elle est réalisée après alcalinisation des urines par une perfusion de HCO3-. Lorsque le fluide tubulaire est très alcalin, la sécrétion distale de H- about it à la formation de H2CO3 qui se déshydrate lentement en CO2 du fait de l’absence d’anhydrase carbonique luminale dans ce segment de néphron. Dans la médullaire profonde, la pCO2 est élevée et le CO2 formé dans l’urine ne diffuse pas vers l’interstitium mais au contraire s’accumule dans les urines. Situation normale : après alcalinisation urinaire pHu > 7.4 [HCO3-]u > 50 mmol/l pCO2u > 70 mmHg ou pCO2, pCO2u-pCO2u > 25 mm Hg

Définition et classification Acidose métabolique : résulte d’un processus pathologique qui diminue les HCO3- et augmente les H+. Par compensation, il existe une diminution de la PaCO2 Acidose respiratoire : résulte d’un processus pathologique qui augmente la PaCO2 et les H+. Par compensation, il existe une augmentation des HCO3-. Cette compensation est habituellement modeste lors des acidoses respiratoires aiguës, mais très importante lors des acidoses respiratoires chroniques Alcalose métabolique : résulte d’un processus pathologique qui augmente les HCO3- et diminue les H+. Par compensation, il existe une augmentation de la PaCO2 qui est faible car la ventilation est alors stimulée par l’hypoxie Alcalose respiratoire : résulte d’un processus pathologique qui diminue la PaCO2 et les H+. Par compensation, il existe une diminution des HCO3- qui est modeste dans les désordres aigus et importante lors d’alcalose respiratoire chronique pH HCO3- PaCO2 Acidose métabolique  c Acidose respiratoire c  Alcalose métabolique Alcalose respiratoire c : modification par compensation

Acidose mixte

Alcalose mixte