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

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)

pH définition [AH] [A-]+[H+] [H+] = Ka [A-] [AH] = Ka x [H+] = Ka [A-] [AH] colog [H+]= cologKa + colog [A-] [AH] Le pKa définit la force de l’acide ou de la base et varie d’un facteur 10 par unité pH. pH= pKa + log [AH] [A-] Henderson 1878-1942

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

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

Système Tampon ouvert H2CO3 / CO3H- [H+] x [HCO3-] <=> [H2CO3] < => [H2O] x [CO2d] [H+] = Ka [H2O] x [CO2d] [HCO3-] Ka x [H2O] = 800 [CO2d] = 0.03 x PaCO2 PaCO2 40 24 [H+] = 24 x = 24 x = 40 nmol/l CO3H- [H+] = 24 x Poumon Rein

Efficacité du système H2CO3 / CO3H- [H+] = 24 x PaCO2 / CO3H- 1 litre H2O 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

Patient admitted the previous night presenting a very short illness weight: 56kg, seize: 1.75 m, T: 37.1°C, GCS=12/13 BP: 100/60mmHg, pulse: 110/min, Polypnea No evidence of circulary collapse

Biology in ICU PNa 125 mmol/l pH 7.00 UNa 52 mmol/l PK 4.8 mmol/l PaCO2 8 mmHg UK 53 mmol/l PCl 93 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 73 mmHg UCl 62 mmol/l Pglucose 2,8 mmol/l HCO3- 2 mmol/l Uurea 120 mmol/l Pphosphorus 0.4 mmol/l Ucreat 10 674 µmol/l Pprotide 63 g/l Hb 13.4 g/dl Palbumin 21 g/l WBCs 12.9 Giga/l PCa 2.7 mmol/l Platelet 76 000 G/l PBUN 5 mmol/l Prothrombin ratio 62% PCreat 56 µmol/l

Mécanismes des acidémies métaboliques aiguës Perte abondante de bicarbonate Ingestion massive d’acide Production massive endogène d’acides

Biology in ICU PNa 125 mmol/l pH 7.00 UNa 52 mmol/l PK 4.8 mmol/l PaCO2 8 mmHg UK 53 mmol/l PCl 93 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 73 mmHg UCl 62 mmol/l Pglucose 2,8 mmol/l HCO3- 2 mmol/l Uurea 120 mmol/l Pphosphorus 0.4 mmol/l Ucreat 10 674 µmol/l Pprotide 63 g/l Hb 13.4 g/dl Palbumin 21 g/l WBCs 12.9 Giga/l PCa 2.7 mmol/l Platelet 76 000 G/l PBUN 5 mmol/l Prothrombin ratio 62% PCreat 56 µmol/l

Mécanismes des acidémies métaboliques aiguës Perte abondante de bicarbonate Ingestion massive d’acide Production massive endogène d’acides Empreintes +++ (apparition de l’anion) Plasma urines / selles

Biology in ICU PNa 125 mmol/l pH 7.00 UNa 52 mmol/l PK 4.8 mmol/l PaCO2 8 mmHg UK 53 mmol/l PCl 93 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 73 mmHg UCl 62 mmol/l Pglucose 2,8 mmol/l HCO3- 2 mmol/l Uurea 120 mmol/l Pphosphorus 0.4 mmol/l Ucreat 10 674 µmol/l Pprotide 63 g/l Hb 13.4 g/dl Palbumin 21 g/l WBCs 12.9 Giga/l PCa 2.7 mmol/l Platelet 76 000 G/l PBUN 5 mmol/l Prothrombin ratio 62% PCreat 56 µmol/l TAP 35 mmol/l

Biology in ICU PNa 125 mmol/l pH 7.00 UNa 52 mmol/l PK 4.8 mmol/l PaCO2 8 mmHg UK 53 mmol/l PCl 93 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 73 mmHg UCl 62 mmol/l Pglucose 2,8 mmol/l HCO3- 2 mmol/l Uurea 1S20 mmol/l Pphosphorus 0.4 mmol/l Ucreat 10 674 µmol/l Pprotide 63 g/l Hb 13.4 g/dl Uket ++ Palbumin 21 g/l WBCs 12.9 Giga/l PCa 2.7 mmol/l Platelet 76 000 G/l PBUN 5 mmol/l Prothrombin ratio 62% PCreat 56 µmol/l Lactate

Patient admitted the previous night presenting a very short illness weight: 56kg, seize: 1.75 m, T: 37.1°C, GCS=12/13 BP: 100/60mmHg, pulse: 110/min, Polypnea No evidence of circulary collapse

Masse musculaire = déterminant majeur de l’acidémie Excrétion urinaire de l’anion réduit le TAP

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

CO2 pKa > pH, forme acide O2 pHv = pHa-0.02 2 mmol/L (10 mmol/min / IC=5L/mn) CO2+H2O pKa > pH, forme acide pKdeoxy = 7.9 O2 Cl- H+ HB- + H+ HBH AC H2CO3 CO3H- HB-O2 pHv = pHa-0.02

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

réabsorption du CO3H- (4000 mmol/j) cellule tubulaire proximale Sang Urine NaHCO3 H+ ATPase CO3H- CO2 + H2O AC H2CO3 CO2 H2O OH- + AC NBC1 Na+ 3 CO3H- Na+ Anion Membrane basolatérale Membrane apicale

Autres sources d’acides Acides fixes : organiques non volatiles + inorganiques 1 mmol/kg 0.5 mmol/kg tamponné en intracellulaire (phosphate/protéines) 0.5 mmol/kg tamponné par CO3H- en extracellulaire

Mécanismes rénaux d'excrétion des H+ cellule tubulaire proximale Glutamine 2 CO3H- 2-oxoglutarate NH4+ S1 NH4+ NHE3 Na+ NH3 S3 H+ Sang Urine Membrane basolatérale Membrane apicale

Acidité titrable (excrétion H+) [H+] = Ka x [H2PO4-] [HPO42-] pH=6.7 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

Excrétion Nette Acide (ENA) pHu ne reflète pas la capacité du rein à excréter une charge acide Réponse rénale à l’acidose métabolique : NH4+ TAU = [Na + K – Cl] = [Anionsind – Cationsind]

H+ CO3H- CO3H- ECF

réabsorption du CO3H- (4000 mmol/j) ECF

[H+] = 24 x PaCO2 CO3H-

PaCO2 acidémie métabolique [H+] = 24 x CO3H- accumulation donneurs de protons perte digestive ou rénale de bicarbonate perte CO3H- = accumulation H+

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

TAPc = TAPm + 0,25 (40-Albm) Na=140 Cl=105 TAP CO3H=24 Phosphore K=4 Albumine TAP cationsi X-

TAP normal TAP élargi

perte digestive ou rénale de CO3H- (Na+ + K+) – (Cl- + CO3H-) = TAP perte CO3H- = gain de H+ (Na+ + K+) – (Cl- + CO3H-) = TAP Perte nette de CO3H- + [Na+] =

TAP normal TAP élargi

donneurs de protons A-H+ (A- # Cl-) (Na+ + K+) – (Cl- + CO3H-) = TAP CO3H- + H+ = CO2 + H2O (Na+ + K+) – (Cl- + CO3H-) = TAP (TAP + A-) DTAP / DCO3H- = 1.66 >1.8 : perte de Cl (acidémie sous évalue l’acidose liée A-) <1.8 perte de Na+ (K+) TAP sous-évalue l’acidose : perte de A- perte d’anion combustible (équivalent CO3H-)

et les lactates ? Lactate production consommation

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

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

Insuline Glucagon B-OHbutyrate NADH+ Acétoacétate AA

Conduite à tenir devant une acidémie métabolique pH ° acidémie et hypobasémie PaCO2 et CO3H- mixte désordre simple désordre complexe acidémie métabolique associé TAP= [Na++K+]-[Cl-+CO3H-] = <16 mmol/l TAPc= [Na++K+] - [Cl-+CO3H-] + 0.25 x (40-Albm)

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

vérifier / TAPc puis mesurer TAU Acidémie métabolique à TAP normal vérifier / TAPc puis mesurer TAU

Case description A 76-year-old male is admitted to ICU for acute respiratory distress in context of pulmonary neoplasia

Medical problems active cigarette smoking 1 month prior to admission : diagnosis of lung cancer during check-up for loss of weight tumor in superior right lobe with mediastinal infiltration and controlateral adenopathies not other metastasis

History of case 24h prior to admission: severe dyspnea, increasing since some hours Emergency department: thoracic radiography: total atelectasis of right lung bronchoscopy: obstruction of right stem bronchus with solid tumor

History of case Admission in ICU admission in pneumologic unit: chemotherapy (carboplatin/ etoposid) but hypercapnic coma Admission in ICU

Examination in ICU weight: 66kg, seize: 1.75 m, blood pressure: 110/80mmHg, pulse: 140/min, T: 37.1°C polypnea with acute respiratory distress pulmonary auscultation: no breathing sound in the right lung, normal breathing sounds in the left lung coma not other abnormality

Biology in ICU PNa 142 mmol/l pH 7.20 UNa 12 mmol/l PK 5.9 mmol/l PaCO2 62 mmHg UK 53 mmol/l PCl 99 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 76 mmHg Ucreat 8 674 µmol/l Pglucose 8.3 mmol/l HCO3- 24 mmol/l Uket Pphosphorus 2.9 mmol/l Pprotide 60 g/l Hb 12.4 g/dl Palbumin 25 g/l WBCs 12.9 Giga/l PCa 2.7 mmol/l Platelet 96 000 G/l PBUN 30 mmol/l Prothrombin ratio 72% PCreat 165 µmol/l

Evolution in ICU Treatment: corticotherapy (1mg/kg/d) non-invasive ventilation no improvement of respiratory state no decreasing of hypercapnia Day 2: decision to withdrawal life-sustaining treatment by ICU team, pneumology team and family Day 3: death of patient

Biology in ICU PNa 142 mmol/l pH 7.20 UNa 12 mmol/l PK 5.9 mmol/l PaCO2 62 mmHg UK 53 mmol/l PCl 99 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 76 mmHg Ucreat 8 674 µmol/l Pglucose 8.3 mmol/l HCO3- 24 mmol/l Uket Pphosphorus 2.9 mmol/l Pprotide 60 g/l Hb 12.4 g/dl Palbumin 25 g/l WBCs 12.9 Giga/l PCa 2.7 mmol/l Platelet 96 000 G/l PBUN 30 mmol/l Prothrombin ratio 72% PCreat 165 µmol/l

Biologie en Réanimation Cas clinique Biologie en Réanimation pH 7.20 Ca 2.7 mmol/l Na 142 mmol/l PaCO2 62 mmHg Phosphore 2.9 mmol/l K 5.9 mmol/l HCO3 24 mmol/l Protides 60 g/l Cl 99 mmol/l glycémie 8.3 mmol/l albumine 25 g/l Trou anionique : (Na + K) – (Cl + HCO3) = (142 + 5.9) – (99 + 24) = 25 (N < 16)  TA : 25

Biologie en Réanimation Cas clinique Biologie en Réanimation pH 7.20 Ca 2.7 mmol/l Na 142 mmol/l PaCO2 62 mmHg Phosphore 2.9 mmol/l K 5.9 mmol/l HCO3 24 mmol/l Protides 60 g/l Cl 99 mmol/l glycémie 8.3 mmol/l albumine 25 g/l Trou anionique corrigé à l’albumine : TA + 0.25 x (normal albu – obser alb) = 25 + 0.25 (40-25) = 28.75  TAc : 29

Biologie en Réanimation Cas clinique Biologie en Réanimation pH 7.20 Ca 2.7 mmol/l Na 142 mmol/l PaCO2 62 mmHg Phosphore 2.9 mmol/l K 5.9 mmol/l HCO3 24 mmol/l Protides 60 g/l Cl 99 mmol/l glycémie 8.3 mmol/l albumine 25 g/l méthode de Stewart : SIDef : HCO3– + albu– + Pi– = 35 SIDap : Na + K – Cl = 49 SIG = SIDap – SIDef = 14 (N = 0)

Metabolic diagnosis PNa 142 mmol/l Palbumin 25 g/l pH 7.20 PK PCa 2.7 mmol/l PaCO2 62 mmHg PCl 99 mmol/l Pphosphorus 2.9 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 76 mmHg HCO3- 24 mmol/l lactate 6.3 mmmol/l

Metabolic diagnosis PNa 142 mmol/l Palbumin 25 g/l pH 7.20 PK PCa 2.7 mmol/l PaCO2 62 mmHg PCl 99 mmol/l Pphosphorus 2.9 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 76 mmHg HCO3- 24 mmol/l lactate 6.3 mmmol/l baselineHCO3 33 mmol/l

Combined metabolic and respiratory acidosis Metabolic diagnosis PNa 142 mmol/l Palbumin 25 g/l pH 7.20 PK 5.9 mmol/l PCa 2.7 mmol/l PaCO2 62 mmHg PCl 99 mmol/l Pphosphorus 2.9 mmol/l PaO2 (FiO2 : 60%) 76 mmHg HCO3- 24 mmol/l lactate 6.3 mmmol/l baselineHCO3 33 mmol/l Combined metabolic and respiratory acidosis  Metabolic acidosis (despite normal apparent HCO3: 24) hyperlactactemia

Concept électrochimique Stewart pH et CO3H- sont des variables dépendantes

Concept électrochimique Stewart Vomissements = 1000 cc, pH = 1 Quantité de H+ perdue ? pH = 1 ; [H+] = 100 mmol/L Or [H+] organisme ? pH et CO3H- sont des variables dépendantes pH = 1 ; [H+] = 40 nmol/L… Volume distribution = 40%.... Où sont mes protons ?

Concept électrochimique Stewart Sérum Physiologique quel est ton pH ? pH < 7 ; Qui a mis les protons ? pH et CO3H- sont des variables dépendantes

Concept électrochimique Stewart D pH fonction du degré de dissociation de H2O PaCO2 SID = (Na+K+Ca+Mg)-(Cl+X) [A-tot] = alb- + Ph- SID : alcalose SID : acidose Dilution joue sur SID ++ pH et CO3H- sont des variables dépendantes

SIDe = 37-39 mmol/L SIDa = 37-39 mmol/L SIG  0  SIG : Anion indosé… Na=140 Cl=105 CO3H=24 SIDe SIDa Phosphore Albumine K=4 Ca anionsi X- SIG Mg

Na=140 Cl=105 Na=140 Cl=105 SIDe SIDa TAP SIG CO3H=24 CO3H=24 Phosphore Phosphore Albumine K=4 K=4 Albumine TAP Ca anionsi X- SIG cationsi X- Mg

Admission measurements, N=935

Admission measurements, N=935

PaCO2 [H+] = 24 x CO3H- PaCO2 [H+] = 24 x SID-[A-tot] SIDa – SID e = SIG SIDe = SIDa – SIG CO3H- + Atot- = SIDa – SIG CO3H- = SIDa – SIG – Phosphore - Alb [H+] = 24 x PaCO2 CO3H- [H+] = 24 x PaCO2 SID-[A-tot]

applique ce que tu connais TAPc = TAPm + 0,25 (40-Albm) Na et pH sont cousins ne méprise pas le Cl [TAU et Na – Cl]