acide - base Bertrand Souweine Séminaire DCEM2 Octobre 2009

Concentrations en H+ Liquides extracellulaires : pH = 7,40 [H+] = 40 x 10-6 mmol/l Liquides cellulaires : [H+] = 100 x 10-6 mmol/l Expression par le cologarithme (pH) Liquides extracellulaires : pH = 7,40 [H+] = 40 x 10-6 mmol/l Liquides cellulaires : [H+] = 100 x 10-6 mmol/l Expression par le cologarithme (pH)

Définitions Acide / Base AHx AHx-1 H+ AHx+1 Ax H+ Bronsted 1879-1947

Définitions acide / base H2CO3 HCO3- HPO42- NH3 HCO3- NH4+ H2CO3 H2PO4- H2PO4- HPO42- NH4+ NH3

Définitions acide / base [H+] = Ka [A-] [AH] [A-] + [H+] colog [H+]= cologKa + colog [A-] [AH] pH= pKa + log [AH] [A-] Le pKa définit la force de l’acide ou de la base et varie d’un facteur 10 par unité pH. pKa = pH pour laquelle la fonction acide ou base est pour moitié protonée Henderson 1878-1942

Définitions acide / base [H+] = Ka [A-] [AH] [A-] + [H+] pH= pKa + log [AH] [A-] [AH] [A-] pKa pH = log Ex : CO3H2 / CO3H- + H+ (pKa=6.1) pH=7.40 CO3H- CO3H2 Ex : NH4+ / NH3 + H+ (pKa=9.25) NH4+ pH=7.40 NH3 Le pKa définit la force de l’acide ou de la base et varie d’un facteur 10 par unité pH. CO3H2 est 1000 fois plus acide que NH4+ pKa = pH pour laquelle la fonction acide ou base est pour moitié protonée

Système Tampon Définition : AH <-> [A-] . [H+] [H+] = Ka AH A- Système qui atténue les ≠ de pH < ajout de H+ ou OH- AH <-> [A-] . [H+] [H+] = Ka AH A- Notion de système fermé et de système ouvert Système fermé : [AH] + [A-] = Cte Efficacité du système tampon fermé : pKa / pH

Exemple de système tampon fermé H2PO4- / HPO42- [H+] = Ka [HPO42-] [H2PO4-] Ka = 160 nanomoles/l ; (pKA = 6.8 ) Soit 1 litre d'eau, 10 mmol de H2PO4Na 10 mmol HPO4Na2 pH =

Système Tampon : H2PO4- / HPO42- [H+] = Ka [HPO42-] [H2PO4-] Efficacité : Si on ajoute 2 mmol d'HCl ; 2H+ + 2HPO42-  2 H2PO4- [H2PO4-] : 10 ---> 12 ; [HPO42-] : 10 ---> 8 [H+] = 160x(12/8) = 240 nanomoles ; (pH=6.62) 2 x106 nanomoles ---> 80 nanomoles (99.6%)

Système Tampon ouvert H2CO3 / CO3H- [H+] + [HCO3-] <=> [H2CO3] [H+] x [HCO3-] <=> [H2CO3] < => [H2O] x [CO2d] [H+] = Ka [H2O] x [CO2d] [HCO3-] Ka x [H2O] = 800 [CO2d] = 0.03 x PaCO2 [H+] = 24 x PaCO2 CO3H- pH = 6,1 + log [0,03.PaCO2] [CO3H-]

Efficacité du système H2CO3 / CO3H- [H+] = 24 x PaCO2 / CO3H- pH= HCl : 5 mmol [H+] nmol = 5.10+6 3 7.40 [H+] = 40 19 mmol 206 mmHg 6.59 [H+] = 257 1 L plasma 19 mmol 40 mmHg 7.30 [H+] = 50 HCl : 5 mmol 1 L plasma 24 mmol 40 mmHg CO3H- : PaCO2 : 1 L plasma HCl : 5 mmol 1 litre H2O

Système H2CO3 / CO3H- PaCO2 [H+] = 24 x CO3H- Poumon [H+] = 24 x Rein pH = 6,1 + log [0,03.PaCO2] [CO3H-] [H+] = 24 x PaCO2 CO3H- [H+] = 24 x Poumon Rein

CO2 CO2 H+ pHv = pHa-0.02 2 mmol/L Cl- pKdeoxy = 7.9 HB- + H+ HBH H+ H2CO3 AC CO2 CO2+H2O pHv = pHa-0.02

O2 pKoxy = 6.7 HBH HB- + H+ CO2+H2O H2CO3 CO3H-+ H+

Mécanismes rénaux d'excrétion des H+ Maintenir [CO3H-] dans des limites appropriées Réabsorber CO3H- filtrés (4000 mmol/j) Excrétion de la charge H+ : 50-100 mmol/j Perdre H+ = gagner CO3H-

Réabsorption rénale du CO3H- 24 mmol/l x 180 l = 4300 mmol/j Réabsorber CO3H- filtrés

Principe de la réabsorption rénale du CO3H- Cellule tubulaire Sang Urine NaHCO3 NHE3 Na + CO3H- filtré H+ sécrété CO2 + H2O AC H2CO3 CO2 H2O OH- + CO3H- AC H + Membrane basolatérale Membrane apicale

Réabsorption rénale du CO3H- Sang Urine Cellule tubulaire H+ ATPase NaHCO3 H2O CO3H- filtré H+ sécrété CO2 + H2O AC H2CO3 CO2 H2O OH- + CO3H- AC NBC1 Na- 3 CO3H- Membrane basolatérale Membrane apicale

Réabsorber CO3H- filtrés 24 mmol/l x 180 l = 4300 mmol/j TCD : 5% TCP : 85% AH : 15%

Mécanismes rénaux d'excrétion des H+ H2PO4- NH4+ H+

Acidité titrable (excrétion H+) [H+] = 160 x [H2PO4-] [HPO42-] pH=6.7 Ka = 160 nanomoles/l (pKA = 6.8) 50 mmol de phosphates pH < 6 [H2PO4-]=49,5 mmol/l [HPO42-]=0,5 mmol/l + 39,5 mmol de H+ pH=7.40 [H+]=40 nmol/l [H2PO4-]=10 mmol/l [HPO42-]=40 mmol/l 2 Na+ HPO4H2- pH=6.80 pH=6.0 [H+]=160 nmol/l [H2PO4-]=25 mmol/l [HPO42-]=25 mmol/l +15 mmol de H+ Acidité titrable : Quantité d’H+ éliminée dans les urines qui titre les acides faibles Excrétion de phosphate dépend de la quantité de phosphate disponible (entrée alimentaire) Par aileurs système est limité puisque lorsque pHu = 6 la dissociation est maximale et on ne peut gagner plus

Mécanismes rénaux d'excrétion des H+

Excrétion rénale de H+ Sang Urine Na+ CO3H- A-Na+ H+ NH4+ NH3 NH4+ A- pKa = 9,25 H+ = NH4+ non liposoluble NH3 liposoluble Cellule tubulaire Na+ CO3H- A-Na+ Sang Urine H+ NH4+ NH3 NH4+ A- Anion acide fort Membrane basolatérale Membrane apicale

Excrétion rénale de H+

Canal collecteur excrétion H+ K+ AML- Cellule principale Na+ ATPase Sang Urine K+ Na+ Cellule intercalaire A ATPase Cl- H+ - K+ CO3H- ATPase Cl- H+ La réabsorption du Na augmente la négativité urinaire et favorise la réabsorption des H+ par cellules A. Dans le collecteur médullaire seules persistent les cellules A Cellule intercalaire B ATPase CO3H- H+ Cl- Cl- Membrane basolatérale Membrane apicale

Mécanismes rénaux d'excrétion des H+ H2PO4- (acidité titrable) [1/3 de l’ENA, peu modulable] [H+] = Ka.[H2PO4-] / [HPO42-] Ka = 160 nmoles/l (pKA=6.8) NH4+ [2/3 ENA peut être x par 5 si charge acide] H+ (pHu) H+ : négligeable pHu minimal = 3 -> H+ : 0.04 mmol/l pHu ne reflète pas la capacité du rein à excréter une charge acide

Excrétion Nette Acide (ENA) [AT (H2PO4- ) + NH4+] – [CO3H- + Anion volatile] [H+] : négligeable Réponse rénale à l’acidose métabolique : NH4+

ACIDEMIE ASPECTS CLINIQUES

Acidémie :  [H+] ; [H+] > 43 nmol/L (pH < 7.38) [H+] = 24 x PaCO2 CO3H-  PaCO2  [CO3H-]  PaCO2 &  [CO3H-]  [H+]

But : maintenir [H+] = 40 nmol/L Si PaCO2 CO3H- Si CO3H- PaCO2

acidémie ventilatoire :  [H+] [H+] > 43 nmol/L, (pH < 7.38) PaCO2 > 42 mmHg [H+] = 24 x PaCO2 CO3H- 

acidémie ventilatoire :  [H+] [H+] > 43 nmol/L, (pH < 7.38) PaCO2 > 42 mmHg acidémie ventilatoire = hypoventailation alvéolaire

acidémie métabolique :  [H+] [H+] > 43 nmol/L, (pH < 7.38) CO3H- < 22 mmol/L accumulation donneurs de protons perte digestive ou rénale de bicarbonate perte CO3H- = accumulation H+

acidémie métabolique :  [H+] [H+] > 43 nmol/L, (pH < 7.38) CO3H- < 22 mmol/L PaCO2 [H+] = 24 x CO3H-  

PaCO2 Désordres simples [H+] = 24 x CO3H- variation originelle numérateur ou dénominateur : l’autre élément varie // dans une certaine proportion acidémie (H+ > 43 nmol/l) alcalémie (H+ < 37 nmol/l) acidémie métabolique alcalémie métabolique acidémie ventilatoire aiguë acidémie ventilatoire chronique alcalémie ventilatoire aiguë alcalémie ventilatoire chronique anomalie originelle CO3H- < 23 CO3H- > 26 PaCO2 > 42 PaCO2 > PaCO2 < 38 PaCO2 < niveau de variation attendue de l’autre élément PaCO2 = -1,2 x D [CO3H- ] PaCO2 = +0,7 x D [CO3H- ] CO3H- = +0,1 x D PaCO2 CO3H- = +0,35 x D PaCO2 CO3H- = -0,2 x D PaCO2 CO3H- = -0,4 x D PaCO2

Si acidémie métabolique D PaCO2 = -1,2 x D [CO3H- ] Si pH = 7.32 [H+] =48 ; CO3H- = 14 mmol/L Si trouble simple quelle est la valeur attendue de PaCO2 ? D CO3H- = 24 - 14 = 10 D PaCO2 = 40 – (10 x 1.2 mmHg) PaCO2 = 28 mmHg

PaCO2 Désordres complexes [H+] = 24 x CO3H- Numérateur et Dénominateur varient en sens opposés ------> désordre mixte Numérateur et Dénominateur varient // en proportion inappropriée compensation insuffisante -----> désordre mixte compensation excessive -----> désordre associé

Acidémies métaboliques ; pH < 7,38 + CO3H- < 20 Calcul du trou anionique plasmatique (TAP) TAP = Na + K + Cations indosés = Cl + CO3H + Anions indosés Na + K - (Cl- + CO3H-) = Anions indosés-Cations indosés Na + K - (Cl- + CO3H-) = TAP = 12-16 mmol/L

TAPc = TAPm + 0,25 (40-Albm) TAP=21 TAP=14 Cl=105 Cl=105 Cl=105 Na=140 CO3H=17 Phosphore Albumine anionsi X- TAP=21 Cl=105 CO3H=24 Phosphore Albumine Anions Indosés anionsi X- Cl=105 CO3H=24 Phosphore Albumine Na=140 TAP=14 K=4 TAPc = TAPm + 0,25 (40-Albm) Cations Indosés Ca2+, Mg2+

TAP accumulation de donneurs de protons [AH, ACl] (Na+ + K+) – (Cl- + CO3H-) = TAP A-H+ (A- # Cl-) H+ + CO3H- = CO2 + H2O TAP

Perte digestive ou rénale de CO3H- (Na+ + K+) – (Cl- + CO3H-) = TAP Perte nette de CO3H- + [Na+] = Ne pas perdre NH4+ = perdre CO3H-

TAP augmenté TAP normal

TAP

Anion combustible urinaire acides Inorganiques H2SO4 ; H3PO4 acides organiques non combustibles combustibles ac nucléiques, urique, hyppuriques, oxaliques, glucuroniques.... CO2 Acides fixes : 1 mmol/kg, 1/2 tamponné en IC 1/2 par CO3H- en EC Acidité titrable Anion combustible urinaire

Métabolisme cellulaire oxydatif acides organiques combustibles AcétylCoA 2C Pyruvate 3C Glucides Lipides Acides aminés Métabolisme cellulaire oxydatif acides organiques combustibles NADH – FADH2 CO2 Krebs GTP NH3

Insuline Glucagon B-OHbutyrate NADH+ Acétoacétate AA

et les lactates ?

et les lactates ? Lactate production consommation

lactates

O2 H+ Cytosol PDH Mitochondrie NADH NAD NADH FADH Biguanides Cyanures Salycilate Paraldehyde Antiviraux PDH Mitochondrie Forme active : PDH déphosphorylée (phosphatase insuline+)

- + oxydation mitochondriale flux glycolytique hypoperfusion tissulaire IVG asphyxie hypoxémie anémie…  TaO2 - + alcalose béta-2 mimétiques NADH/NAD ADP/ATP oxydation mitochondriale flux glycolytique dysfonction mitochondriale sepsis, diabète, avitaminose B1 toxiques MELAS

lactates

O2 Glucose Lactate ATP glucose glucose ß-oxydation lactate lactate H2O 6 ADP ADP ß-oxydation 6 ATP lactate ATP H2O lactate

Lactate

alcool deshydrogénase Sources d’acides intoxication alcool mitochondrie CH3-CH2-OH CH3-OH (CH2)2-(OH)2 NAD alcool deshydrogénase NADH + H+ NAD aldéhyde deshydrogénase NADH + H+ ac acétique ac formique ac glycolique

Conduite à tenir devant une acidémie métabolique pH ° acidémie et hypobasémie PaCO2 et CO3H- mixte désordre simple désordre complexe associé Acidémie métabolique TAPc : [Na+ + K+] - [Cl- + CO3H-] = 12-16 mmol/l

acidémie métabolique à trou anionique plasmatique élargi [Na+ + K+] - [Cl- + CO3H-] >16 mmol/l Créatininémie Lactates éthanol sanguin IA glycémie - glycosurie - cétonurie [CO3H-] Trou osmolaire plasmatique Méthanol Glycocolle urinaire

Acidémie métabolique à TAP normal [Na+ + K+] - [Cl- + CO3H-] : Nl

Acidémie métabolique à TAP normal [Na+ + K+] - [Cl- + CO3H-] : Nl

Acidémie métabolique à TAP normal [Na+ + K+] - [Cl- + CO3H-] : Nl TAU = Na+ + K+ - Cl- Positif Négatif Acidose tubulaire Digestif