Equilibre Acido-Basique Alain Leon Réanimation Polyvalente D.A.R

Equilibre Acido-Basique PHYSIOLOGIE

Benjamin Franklin (1706-1790) « Quand un atome d’hydrogène perd un électron il devient H+ » AL2003

« Une diminution du pH signifie une augmentation de l’acidité » Sorensen, 1909 pH « Une diminution du pH signifie une augmentation de l’acidité » AL2003

Le Base Excess, composante métabolique des anomalies acido-basiques 1916 pH Standard Hasselbalch 1957 Bicarbonate Standard Jorgensen et Astrup 1958 Base Excess Astrup et Siggaard-Andersen 1960 Standard Base Excess Siggaard-Andersen AL2003

1908 : Equation d’Henderson [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x [ CO2 ] x [ H2O ] [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 AL2003

1916 : Equation d’Henderson - Hasselbalch pH = pK + log ([ HCO3- ] / dCO2) AL2003

L’Acide Carbonique [ H+ ] x [ HCO3- ] = k1 x H2CO3 = k2 [ CO2 ] x [ H2O ] [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 Equation modifiée d’Henderson, loi d’Action de Masse AL2003

Acidémie : « plus acide que la normale » pH < 7,2 = Acidémie AL2003

Acidose et Alcalose Une acidose tend à donner un pH plus acide que normal sans qu’il y ait une dominante. Un patient a souvent associé une acidose métabolique et une alcalose respiratoire, l’un domine, l’autre compense Une alcalose tend à donner un pH plus alcalin que normal sans qu’il y ait une dominante. AL2003

Acide Respiratoire = PCO2 élevée Acidose Respiratoire Acide Respiratoire = PCO2 élevée AL2003

Acidose Respiratoire Rein [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 Hémoglobine 40 x 24 = 24 x 40 Rein AL2003

Acidose Respiratoire décompensée [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 Hémoglobine 55 x 26 = 24 x 60 Rein AL2003

Acidose Respiratoire compensée [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 Hémoglobine 43 x 34 = 24 x 60 Rein AL2003

pH trop acide pour la PCO2 Acidose Métabolique pH trop acide pour la PCO2 AL2003

Acidose Métabolique [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 40 x 24 = 24 x 40 Ventilation AL2003

Acidose Métabolique décompensée [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 60 x 16 = 24 x 40 Ventilation AL2003

Acidose Métabolique compensée [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 48 x 15 = 24 x 30 Ventilation AL2003

Calculé à partir de PaCO2 Les Bicarbonates Non mesuré Calculé à partir de PaCO2 et du pH AL2003

pH Standard pH à PCO2 = 40 mmHg et 37°C sous oxygène Hasselbalch Bicarbonates Standard, idem Jorgensen et Astrup AL2003

Base Excess, meq/L Quantité d’acide ou de base nécessaire pour ramener le pH à une valeur normale AL2003

Les Bicarbonates Taux de bicarbonates modifié par acidose respiratoire ou métabolique Toute modification isolée du taux de bicarbonates traduit une anomalie métabolique AL2003

Cellule et Membrane Cellulaire La membrane cellulaire est imperméable aux substances polarisées ou ionisées La membrane cellulaire est perméable à l’eau, aux substances liposolubles et aux gaz La composition du milieu intra-cellulaire varie en fonction du pH et avant tout la concentration des substances ionisées Le pH intra-cellulaire est de 6,8 à 7 à 37°C Le traitement consiste avant tout à traiter le milieu extra-cellulaire AL2003

Le Volume Extra-Cellulaire « L’eau du bain » pH 7,4 [H+] 40 mmol/L pH 7,0 [H+] 100 mmol/L LEC (20%) LIC (80%) - 60 mv AL2003

Les Volumes à Traiter « Le Grand Bain » Supérieur au volume extra-cellulaire Environ 30% de l’eau totale (21 litres) approximation utile en urgence L’équilibration est un phénomène dynamique AL2003

Le Volume Intra-Cellulaire « Alcalin » Le pH intra-cellulaire est approximativement de 6,8 à la température corporelle 7,0 correspond plutôt à la réalité Le taux de bicarbonates intra-cellulaire est environ de 10,2 mMol/L AL2003

Production d’Acide et Compensation « Notre feu produit du CO2 » Poumons, Reins et Foie sont les régulateurs de l’équilibre acide-base Les déséquilibres viennent de l’inadéquation entre production d’acide et capacité de régulation Une régulation partielle aboutit à une compensation partielle AL2003

Alcalose de Contraction pH 7,4 (>> 6,8 neutre) AL2003

Alcalose de Contraction pH 7,6 (>> 6,8 neutre) AL2003

Acidose de Dilution pH 7,4 (>> 6,8 neutre) AL2003

Acidose de Dilution pH 7,2 (>> 6,8 neutre) AL2003

Equilibre Acido-Basique H+ H+ H+ H+ H+ H+ LA PRODUCTION D’ACIDE H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

LA PRODUCTION D’ACIDE pH Normal Intra-Cellulaire 7.0 (H+, 100 nMol/L) Veinule 7,36 (H+ 44 nMol/L) Artèriole 7,40 (H+ 40 nMol/L) Débit AL2003

L’Elimination d’Acide Métabolisme Acidose Respiratoire 0,2 x 60 x 24 = 288 L de CO2 soit 12 moles / jour Acidose Métabolique 0,1 moles / jour (A. lactique, pyruvique et acido-cétosiques) Substrats O2 AL2003

L’Elimination d’Acide Métabolisme CO2 200 ml/min 8 mMoles/min 12 Moles/jour Acides Métaboliques 70 µMoles/min 0,1 Mole/jour (A. lactique, pyruvique et acido-cétosiques) AL2003

La Compensation Respiratoire : Métabolique : Est rapide et partielle pour l’acidose métabolique Est rapide et partielle l’alcalose métabolique Sauf en cas de dépression de la ventilation ou de pathologie pulmonaire Métabolique : Est lente Reflète la compensation d’une pathologie respiratoire chronique Peut refléter une perturbation métabolique isolée AL2003

Comprendre le pH

Logarithme négatif de la concentration en protons H+ Définition du pH Logarithme négatif de la concentration en protons H+ AL2003

Evaluation du pH et de la charge Acide 7,4 40 nanoMoles/L AL2003

Evaluation du pH et de la charge Acide 7,3 50 nanoMoles/L AL2003

Evaluation du pH et de la charge Acide 7,1 80 nanoMoles/L AL2003

Evaluation du pH et de la charge Acide 7,5 32 nanoMoles/L AL2003

Evaluation du pH et de la charge Acide 7,7 20 nanoMoles/L AL2003

Evaluation du pH et de la charge Acide 6,8 160 nanoMoles/L AL2003

Evaluation du pH et de la Charge Acide pH modifié de 0,1 [H+] modifié de 1,25 pH modifié de 0,3 [H+] modifié de 2 pH modifié de 1 [H+] modifié de 10 pH modifié de 3 [H+] modifié de 1000 AL2003

Equation d’Henderson modifiée Equation d’Henderson simplifiée [ H+ ] = k x [ CO2 ] x [ H2O ] / [ HCO3- ] Logarithme négatif de [ H+ ] pH = - log [ H+ ] AL2003

Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,40 40 24 40 X 24 24 X 40 AL2003

Démarche Diagnostique Situation globale Acide Alcaline Négligeable Modification dominante Respiratoire Métabolique Nulle AL2003

Démarche Diagnostique Composante respiratoire Mineure Modérée Majeure Composante métabolique AL2003

Démarche Diagnostique Résultat typique d’une : Insuffisance respiratoire aiguë Insuffisance respiratoire chronique Anomalies métaboliques Aucune anomalie AL2003

Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,35 44 25 44 X 25 24 X 45 Acidose respiratoire modérée sans acidose métabolique caractéristique d’une insuffisance respiratoire aiguë AL2003

Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,15 69 28 69 X 28 24 X 80 Acidose respiratoire modérée sans acidose métabolique caractéristique d’une insuffisance respiratoire aiguë AL2003

Acidose métabolique métabolique pure Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,09 80 X 12 24 X 40 Acidose métabolique métabolique pure AL2003

Acidose métabolique métabolique avec acidose respiratoire sévère Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 6,97 105 X 14 24 X 60 Acidose métabolique métabolique avec acidose respiratoire sévère AL2003

Alcalose métabolique sévère sans compensation respiratoire Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,71 28 19 X 50 24 X 40 Alcalose métabolique sévère sans compensation respiratoire AL2003

Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,50 18 32 42 24 X 55 Alcalose métabolique sévère avec acidose respiratoire modérée typique d’une compensation métabolique partielle AL2003

Equation d’Henderson pH SBE [ H+ ] x [ HCO3- ] = k x PCO2 7,52 30 42 30 X 42 22 X 28 Alcalose métabolique modérée sans compensation respiratoire D’origine respiratoire AL2003

Diagramme Acide Base Schitlig- Severinghaus-Grogono : Acidose Métabolique In-Vivo 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Diagramme Acide Base Siggaard-Andersen : Réponse du corps Entier -20 7.0 7.2 7.4 7.6 20 BE mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Diagramme Acide Base Grogono : Acidose Métabolique -20 7.0 7.2 7.4 7.6 20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Diagramme Acide Base Schitlig- Severinghaus-Grogono : Acidose Métabolique In-Vivo 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Equilibre Acido-Basique Aspects Cliniques

Anomalies Respiratoires L’insuffisance respiratoire aiguë produit de l’acide carbonique L’insuffisance cardio-respiratoire aiguë produit de l’acide carbonique et de l’acide lactique AL2003

L’Acidose Respiratoire La PCO2 est le reflet de la balance entre la production de CO2 et son élimination Jusqu’à survenue d’une anomalie métabolique, la PCO2 est corrélée à la ventilation AL2003

Ventilation = K / PCO2 cible Ventilation Requise PCO2 x VT x f = K Ventilation = K / PCO2 cible AL2003

Acidose Respiratoire 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 20 40 60 80 VT = 4L/min 7.0 VT = 4L/min 70 x 4 = 280 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Acidose Respiratoire Aiguë totalement corrigée 7.6 7.4 20 7.2 7.0 VT = 7L/min 280 / 40 = 7 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Acidose Respiratoire Chronique Décompensée 7.6 7.4 20 7.2 7.0 VT = 8L/min 70 x 8 = 560 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Acidose Respiratoire Chronique Décompensée corrigée partiellement 7.6 7.4 20 7.2 7.0 VT = 11,2 L/min 560 / 50 = 11,2 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Anomalies Métaboliques Les anomalies du métabolisme produisent de l’acide carbonique L’insuffisance cardio-respiratoire aiguë ou l’ischémie produisent de l’acide lactique AL2003

L’Acidose Métabolique Le traitement de la cause est pratiquement la seule chose à envisager Le niveau d’acidose métabolique est précisé au mieux par de Standard Base Excess, indépendant de la PCO2 AL2003

Acidose Métabolique Pure 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Dose de Bicarbonates 0,3 70 Dose (mEq) = 0,3 x Wt (kg) x SBE (mEq/L) 378 0,3 70 18 AL2003

Acidose Métabolique Pure compensation totale (attention !) 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Dose de Bicarbonates 0,3 70 Dose (mEq) = 0,3 x Wt (kg) x SBE (mEq/L) 189 0,3 70 9 AL2003

Acidose Métabolique Pure compensation partielle 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Limiter l’apport de Bicarbonates ? Espace de Traitement Volume Plasmatique AL2003

Limiter l’apport de Bicarbonates ? 21 litres 3 litres AL2003

Limiter l’apport de Bicarbonates ? CO2 HCO3- H+ AL2003

Acidose Métabolique Pure Apports de Bicarbonates 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

100 mEq de Bicarbonates = 2,24 litres de CO2 Bicarbonates et PCO2 100 mEq de Bicarbonates = 2,24 litres de CO2 AL2003

Acidose Métabolique Pure Apports de Bicarbonates et Réponse Ventilatoire 7.6 7.4 20 7.2 7.0 -20 Acidose Métab. mEq/L 20 40 60 80 PCO2 mmHg AL2003

Limiter l’apport de Bicarbonates ? Milieu Intra-Cellulaire HCO3- H+ AL2003

Limiter l’apport de Bicarbonates ? Milieu Intra-Cellulaire HCO3- H+ AL2003

Limiter l’apport de Bicarbonates ? Apports de sodium : hypernatrémie Hypernatrémie : Hyperosmolalité Alcalose métabolique résiduelle AL2003

Alcalose Métabolique Le traitement de la cause est souvent la seule étape à envisager Elle est souvent résiduelle après l’administration de bicarbonates L’alcalose de contraction est corrigé par la réhydratation orale ou I.V avec des cristalloïdes (Ringer’s lactate) La correction d’une hypokaliémie est un préalable indispensable à l’utilisation d’autres thérapeutiques : HCl (hémolyse) et chlorure d’ammonium (insuffisance hépatique) AL2003

Equilibre Acido-Basique : Zones Diagnostiques Acidose Respiratoire Aiguë AL2003

Equilibre Acido-Basique : Zones Diagnostiques Acidose Respiratoire Chronique AL2003

Equilibre Acido-Basique : Zones Diagnostiques Alcalose Métabolique AL2003

Equilibre Acido-Basique : Zones Diagnostiques Alcalose Respiratoire Aiguë AL2003

Equilibre Acido-Basique : Zones Diagnostiques Alcalose Respiratoire Chronique AL2003

Equilibre Acido-Basique : Zones Diagnostiques Typiques Acidose Métabolique AL2003

Equilibre Acido-Basique UNE VISION SIMPLIFIEE DES CHOSES

Une Equation Simple PCO2 pH Met Ac 12 = 0,1 = 6 mmHg pH mEq/L AL2003

Un Changement de pH de 0,1 peut être consécutif à : Une modification de la PCO2 d’origine respiratoire de 12 mmHg Une modification de la situation métabolique de 6 mE/L Ou une modification des deux AL2003

Acidose Respiratoire Aiguë Dépression aiguë SNC PCO2 pH Met Ac 52 = 7,3 = 6 mmHg pH mEq/L AL2003

Alcalose Respiratoire Aiguë Ventilation artificielle PCO2 pH Met Ac 28 = 7,5 = 6 mmHg pH mEq/L AL2003

Acidose Respiratoire Chronique BPCO avec IRC PCO2 pH Met Ac 64 = 7,3 = 6 mmHg pH mEq/L AL2003

Alcalose Respiratoire Chronique Hypoxie d’altitude PCO2 pH Met Ac 28 = 7,45 = 3 mmHg pH mEq/L AL2003

Acidose Métabolique Compensée ISCHEMIE PCO2 pH Met Ac 28 = 7,3 = 12 mmHg pH mEq/L AL2003

Alcalose Métabolique Compensée Vomissements Asp. Gastrique PCO2 pH Met Ac 52 = 7,5 = 12 mmHg pH mEq/L AL2003

Dépression respiratoire Acidoses Mixtes Dépression respiratoire et Ischémie PCO2 pH Met Ac 64 = 7,1 = 6 mmHg pH mEq/L AL2003

PCO2 pH Met Ac 28 = 7,6 = 6 mmHg pH mEq/L Acidoses Mixtes Aspiration gastrique et hyperventilation PCO2 pH Met Ac 28 = 7,6 = 6 mmHg pH mEq/L AL2003

Trou Anionique TA = [ Na+ ] + [ K+ ] - [ Cl- ] - [ HCO3- ] 15 140 5 105 25 mMol/L AL2003

Equilibre Acido-Basique et Température Température : 15°C pH 7,73 [ H+ ] 19 PCO2 13 AL2003

Equilibre Acido-Basique et Température pH 0,015 / °C PCO2 4,5% / °C AL2003

Equilibre Acido-Basique et Température Température : 37°C pH 7,43 [ H+ ] 40 PCO2 AL2003

La Pression Atmosphérique 1034 cmH2O = 101,9 kPa Approximation 1000 cmH2O = 100 kPa AL2003

(PCO2 en kilopascals, kPa) Le Pascal Un PASCAL (PCO2 en kilopascals, kPa) = Un Newton / M2 102 grammes de fluide Soit 0,102 mm d’eau AL2003

Conversion mmHg - Pascals Un kiloPascal (1000 pascals) = 10,2 cmH2O ou 7,75 mmHg Approximation Pression en Pa = Valeur Pression en mmHg / 7,5 AL2003

Conversions 1 atmos. = 760 mmHg = 1000 cmH2O = 100 kPa 10 cmH2O = 7,6 mmHg = 1 kPa = 1% atmosphère AL2003

CO2 artériel et CO2 exhalé PA CO2 – PaCO2 = 5 AL2003

Equation des Gaz Alvéolaires PaO2 + PaCO2 = 140 mmHg En air ambiant AL2003

Equation des Gaz Alvéolaires PaO2 + PaCO2 / RQ = 150 mmHg En air ambiant AL2003

Implications Thérapeutiques Cerveau et organisme tolèrent sans conséquence une baisse de pH jusqu’à 6,2 L’équilibre acido-basique est le témoin de la nature du trouble et non de la cause du trouble Les modifications du pH modifient le degré d’ionisation des protéines et de nombreux médicaments (réduction de l’efficacité des anesthésiques locaux en présence d’une acidose, potentialisation des morphinomimétiques et alcalose…) AL2003