Physiologie de l’équilibre acido-basique

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1 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

2 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

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

4 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

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

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

7 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 ]

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

9 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

10 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

11 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

12 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…

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

14 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

15 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

16 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: mOsm A- H+ + 2K+HPO42- A-K+ + K+H2PO42-

17 2. Systèmes Tampons Tampon Hémoglobine dans les hématies

18 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

19 2. Systèmes Tampons

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

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

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

23 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

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

25 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

26 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

27 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

28 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

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

30 5. Rôle du rein Excrétion / Réabsorption des ions bicarbonates

31 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+

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

33 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+

34 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

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

36 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

37 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

38 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

39 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 !!!

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

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

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

43 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)

44 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

45 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

46 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

47 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

48 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

49 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