Physiologie de l’équilibre acido-basique Dr Michel PETITJEAN Université de Picardie-Jules Verne Faculté de Médecine d’Amiens PCEM 2. Physiologie de l'équilibre acido-basique. Dr M. Petitjean

PLAN Généralités sur les acides et les bases Systèmes tampons pH, milieu intérieur et homéostasie Rôle de la ventilation Rôle du rein Acidoses / alcaloses métaboliques et respiratoires

Références bibliographiques Silbernagi S, Despopoulos A. Atlas de poche de Physiologie. Paris, Flammarion, Médecine-Sciences, 2ème édition française, 8ème tirage, 2000, pp 110-119. West, JB. Respiratory physiology. The essentials. 5ème édition (en anglais). Baltimore, Williams and Wilkins, 1995. pp 76-85. Vander, Sherman & Luciano. Physiologie humaine. Les mécanismes de du fonctionnement de l’organisme. 4ème édition française. Paris, Maloine, 2004. pp 553-558. Paillard, M. Physiologie rénale et désordres hydro-électrolytiques. Paris, Hermann, 1992. pp 185-223.

1. Généralités sur les acides et les bases Définition d’un acide: donneur de proton Définition d’une base: accepteur de proton AH A- + H+ B- + H+ BH

1. Généralités sur les acides et les bases Acides forts; ex: acide chlorhydrique Acides faibles; ex: acide carbonique HCl H+ + Cl- H2CO3 H+ + HCO3-

1. Généralités sur les acides et les bases Notion de pH [ H+ ] × [ OH- ] KH2O = [ H2O ] [ H+ ] = 10-7 M/litre pH = - log [ H+ ] pH de l’eau = 7,0

1. Généralités sur les acides et les bases Equation d’Henderson-Hasselbach (1) H2CO3 H+ + HCO3- [ H+ ] × [ HCO3- ] KA = [ H2CO3 ] [ H+ ] × [ HCO3- ] logKA = log [ H2CO3 ]

1. Généralités sur les acides et les bases Equation d’Henderson-Hasselbach (2) [ HCO3- ] - log [ H+ ] = - logKA + log [ H2CO3] [ HCO3- ] pH = pKA + log [ H2CO3]

1. Généralités sur les acides et les bases Rôle du CO2 dissous (1) H2O + CO2 dissous H2CO3 s coefficient de solubilité = 0,03 ml de CO2 / ml d’H2O [ HCO3- ] pH = pK + log s × PCO2

1. Généralités sur les acides et les bases Rôle du CO2 dissous (2) Plasma Globule rouge H2O + CO2 d H2CO3 H+ + HCO3- (×1000) (×1) H2O + CO2 d H2CO3 H+ + HCO3- Rôle de l’Anhydrase Carbonique

1. Généralités sur les acides et les bases Transport du CO2 sous forme de bicarbonate dans le globule rouge pH plasmatique lié aux bicarbonates et à la PCO2 [ HCO3- ] pH = pK + log s × PCO2

1. Généralités sur les acides et les bases Charge acide quotidienne / excrétion nette de 1 mmole/kg/24h Acide carbonique du métabolisme énergétique Les acides alimentaires Acide citrique (citron) Acide acétique (vinaigre) Acide sulfurique (ponts disulfures des protéines) L’acide lactique de la glycolyse anaérobie Les corps cétoniques (jeûne, diabète) Les médicaments (aspirine) Certaines boissons gazeuses riches en CO2 dissous et pauvres en bicarbonates…

1. Généralités sur les acides et les bases Charge basique <<< charge acide Bases « relatives » par perte d’un ion H+ Lactate Gluconate Maléate Citrate

2. Systèmes Tampons Définition: Système amortissant les variations de pH face à une charge acide ou alcaline Tampons en fonction de leur localisation et de leur importance dans la régulation du pH Intracellulaires Extracellulaires A-H+ + Na+HCO3- Na+A- + H2CO3 Acide fort + Tampon Sel + Acide faible

2. Systèmes Tampons Le pK est proche du pH du milieu Ils minimisent les variations de pH en remplaçant un acide fort par un acide faible

2. Systèmes Tampons Tampons intra-cellulaires A- H+ + 2K+HPO42- Phosphates Forte concentration intracellulaire pKA = 6,8 voisin du pH intracellulaire Protéines intracellulaires Os Carbonate / bicarbonate de calcium Lentement mobilisable Capacité considérable: 50 000 mOsm A- H+ + 2K+HPO42- A-K+ + K+H2PO42-

2. Systèmes Tampons Tampon Hémoglobine dans les hématies

2. Systèmes Tampons [ HCO3- ] s × PCO2 Tampons extracellulaires Système Bicarbonate / Acide carbonique pKA acide à 6,8 Grande masse de sel utilisable face à une agression acide Soumis à un double contrôle: Poumon et Rein [ HCO3- ] Rein pH = pK + log s × PCO2 Poumon

2. Systèmes Tampons

3. pH, milieu intérieur et homéostasie Claude Bernard: Nécessité d’un milieu interne constant pour maintenir une bonne santé Walter Cannon: Homéostasie

3. pH, milieu intérieur et homéostasie Grandeurs restant relativement constantes dans le temps: pH plasmatique PCO2 artérielle Glycémie Température centrale Pression artérielle Volémie Osmolarité

3. pH, milieu intérieur et homéostasie Système régulateur / Boucle régulatrice

4. Rôle de la ventilation . Régulation ventilatoire du pH Centres respiratoiresdu TC Récepteurs IV ventricule Muscles respiratoires (diaphragme) pH du LCR . Ventilation (VE) pH plasmatique PCO2 alvéolaire PCO2 artérielle

4. Rôle de la ventilation Espace mort VD Alvéole PACO2 PCO2 artérielle CO2 dissous PCO2 (5%) Composés carbaminés (20-30%) Bicarbonates (65%) PCO2 artérielle

4. Rôle de la ventilation . . . . . . VD VD VD VA VA VA VT > VD Hyperventilation Hyperventilation Hypoventilation VD VD VD VA VA VA VT > VD FR basse VT ≈ VD FR élevée VT < VD FR basse . . . . . . VT et VA VT VA VT et VA PACO2 PACO2 PACO2

5. Rôle du rein 5.1. Secrétion d’ions H+ dans le TCP Na+ Na+ H+ K+ H+ ATPase H+ K+ H+ H2O OH- Capillaire péritubulaire Lumière du TCP Cellule rénale

5. Rôle du rein 5.2. Tamponnage des ions H+ Na+ Na+ + HPO42- H2PO4 H+ ATPase H2PO4 H+ K+ H+ + HCO3- H2O H2CO3 AC OH- CO2 + H2O Capillaire péritubulaire Lumière du TCP Cellule rénale

5. Rôle du rein 5.3. Réabsorption des ions bicarbonates Na+ Na+ + HPO42- ATPase H2PO4 H+ K+ H+ + HCO3- Na+ H2O H2CO3 AC OH- CO2 + H2O AC + CO2 HCO3- HCO3- acétazolamide

5. Rôle du rein 5.4. Rétrodiffusion des ions bicarbonates Na+ Cl- HCO3- AA, Glucose

5. Rôle du rein Excrétion / Réabsorption des ions bicarbonates

5. Rôle du rein 5.5. secrétion d’ions NH4+ Na+ Na+ H+ K+ H+ H2O Na+ ATPase H+ K+ H+ H2O HCO3- HCO3- Na+ OH- ά cétoglutarate Glutamine NH4+

5. Rôle du rein 5.5. secrétion d’ions NH4+

5. Rôle du rein 5.6. Secrétion des ions H+ dans les segments distaux Na+ Na+ ATPase ATPase H+ H+ K+ Cl- H2O K+ OH- AC + CO2 HCO3- ATPase H+

5. Rôle du rein 5.6. Secrétion des ions H+ dans les segments distaux Na+ Na+ ATPase ATPase H+ H+ K+ Cl- H2O NH4+ K+ OH- ATPase AC + CO2 HCO3- H+ H+ + NH3 NH3

5. Rôle du rein Répartition en % de la réabsorption des bicarbonates TCP 85% Anse de Henlé 10% Canal collecteur 5%

5. Rôle du rein 5.7. Contrôle par le pH intracellulaire pH intracellulaire lié au pH plasmatique Réabsorption des bicarbonates également dépendante de la PaCO2 En cas d’acidose respiratoire avec augmentation de la PaCO2 il y a une acidification intracellulaire qui favorise une augmentation de la réabsorption des bicarbonates Compensation rénale des dysfonctionnement respiratoires

5. Rôle du rein 5.8. Mise en jeu de l’aldostérone L’acidose intracellulaire fait sortir les ions K+ et entraîne une hyperkaliémie L’hyperkaliémie stimule la secrétion d’aldostérone L’aldostérone favorise directement la secrétion d’ions H+ dans les segments distaux L’aldostérone favorise la réabsorption de Na+ ce qui indirectement favorise la secrétion d’ions H+ Les régimes riches en sel favorisent donc la fuite d’ions H+ et peuvent provoquer une alcalose

5. Rôle du rein 5.9. Rôle de la volémie et du bilan sodé Tube contourné proximal et anse de Henlé Pression hydrostatique péritubulaire modifie la rétrodiffusion des ions bicabonates par les jonctions serrées L’hypovolémie entraîne donc une augmentation de la secrétion d’ions H+ et une diminution de la rétrodiffusion des bicarbonates L’hypervolémie a une effet inverse ! Tube contourné distal et tube collecteur Effet dû à l’action de l’aldostérone Lorsque la volémie est normale, peu d’effet de la charge en sel sur l’excrétion acide En hypovolémie, l’hyperaldostéronisme entraîne une alcalose dite de contraction En hypervolémie, il y a une diminution de l’excrétion des ions H+ limitant la compensation rénale d’une acidose

5. Rôle du rein 5.10. Rôle de la kaliémie L’hypokaliémie entraîne: Sortie de K+ de la cellule (gradient chimique) Hyperpolarisation de la cellule Entré d’ions H+ et sortie d’ions bicarbonates (gradient électrique) Acidose intracellulaire et alcalose extracellulaire Augmentation de l’excrétion acide aggravant l’alcalose plasmatique ! L’hyperkaliémie, c’est l’inverse !!!

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires pH pH > 7,42 pH < 7,38 Acidose Alcalose Métabolique Respiratoire Métabolique Respiratoire

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Schéma de Davenport (1)

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Schéma de Davenport (2)

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Acidose métabolique Exemples Intoxication (salicylés) Production de lactates augmentés (exercice) Pertes digestive de bicarbonates (diarrhée) Insuffisance rénale (acidose tubulaire) Diagnostic biologique pH < 7,38 Bicarbonates diminués (car consommés) PCO2 normale ou diminuée (augmentées en cas d’acidose mixte)

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Exemples Perfusion de bicarbonates Pertes digestives d’HCl (vomissements) Pertes rénales d’acides Diagnostic biologique pH > 7,42 Bicarbonates augmentés PCO2 normale ou augmentée en cas de compensation

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Acidoses respiratoires Exemples Infections broncho-pulmonaires BPCO Effet shunt Diagnostic biologique pH < 7,38 Bicarbonates normaux si le phénomène est aigu, augmentés en cas de compensation rénale PCO2 augmentée

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Alcalose respiratoire Exemples Emotion Tumeur cérébrale Syndrome d’hyperventilation chronique Diagnostic biologique pH > 7,42 Bicarbonates normaux si le phénomène est aigu, diminution si compensation rénale PCO2 diminuée

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Phénomènes de compensation (1) Acidose métabolique: Compensation respiratoire immédiate Hyperventilation faisant chuter la PCO2 Alcalose respiratoire compensatrice Acidose respiratoire: Compensation rénale lente (plusieurs heures) Augmentation de la réabsorption de bicarbonates Alcalose rénale compensatrice

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Phénomènes de compensation (2) Alcalose métabolique Compensation respiratoire immédiate Hypoventilation faisant monter la PCO2 Acidose respiratoire compensatrice Alcalose respiratoire Si chronique, compensation rénale Diminution de l’excrétion des ions H+ Augmentation de l’élimination des bicarbonates

6. Acidoses et alcaloses métaboliques et respiratoires Phénomènes de compensation (3) Compensation si les valeurs de bicarbonates plasmatiques et de PCO2 sont incohérentes / en opposition