Cours 5 : Rein et état Acide/ Base Flashcards
Sources alimentaires d’acides et de bases fixes :
Les principales sources d’acides fixes proviennent du métabolisme des acides aminés soufrés et des cations organiques. En conditions pathologiques uniquement, il est possible d’en former à partir d’acide gras avec une production de corps cétoniques ou encore lors de production d’acide lactique suite à une hypoxie.
Les sources de bases fixes proviennent du métabolisme des anions organiques de source alimentaire et des boissons riches en bicarbonates (HCO3-).
On considère que l’alimentation normale alimentaire occidentale est omnivore. Celle-ci est de type acide contrairement à l’alimentation de type végétarienne qui est plutôt alcaline (peu ou pas d’acides aminés soufrés, beaucoup d’anions métabolisables). Dans la suite du cours, on s’intéressera donc à une alimentation de type omnivore (car elle est majoritaire) et donc une situation de charge acide exogène. Cette charge possède une variabilité interindividuelle mais oscille toujours plus ou moins entre 60 à 80 mmol/j d’ions hydrogènes (H+). Ceux-ci doivent être continuellement éliminés afin d’atteindre le BILAN NUL (ENTREES=SORTIES) et de se prévenir contre une acidose métabolique. Au contraire, en cas de trop grande élimination, le risque est de contracter une alcalose métabolique.
Mise en situation :
L’alimentation en soi contient une certaine quantité d’acide mais la majeure partie de l’acide provient du métabolisme cellulaire. L’acide transformé en C02 doit être éliminé dans le poumon. Le rein est chargé d’éliminer environ 70mmol/j d’H+. Dans le même temps, il est nécessaire de préserver notre pool de bicarbonates (HCO3-). De fait, cette petite molécule est filtrée par le glomérule à l’échelle à 4 000mmol/j et perdre du HCO3- revient à générer de l’acide supplémentaire. Ainsi, le rôle du rein est double : dans un premier temps il s’agit de réabsorber le HCO3- qui a été filtré, et dans un deuxième temps, il s’agit d’éliminer la charge acide générée, sachant que les ions H+ ne peuvent pas être éliminés sous forme libre mais uniquement sous forme liée.
Les déterminants de la variation du bilan Acide/ Base :
- Au niveau du poumon :
Les poumons ont pour rôle d’éliminer du CO2 produit par le métabolisme cellulaire. La pression partielle en CO2 est donc un déterminant du bilan Acide/Base.
- Au niveau du rein :
Il faut être capable de réabsorber la totalité du bicarbonate (sauf en situation de charge alcaline, quand on n’est pas omnivore par exemple) et d’éliminer les H+ produits par le métabolisme. Si ceux-ci ne sont pas éliminés, il y aura consommation du pool de HCO3-, baisse de la concentration plasmatique en HCO3-, et baisse du pH extracellulaire.
Rôle du rein en situation physiologique :
En résumé, 4 000 mmol/j de bicarbonates sont filtrés dans le rein, une certaine charge d’acide doit être parallèlement éliminé mais sous forme liée (l’urothélium ne peut pas supporter un PH inférieur à 4,5).Pour 1/3 de l’acide, liée avec des anions de petite taille comme le phosphate. Ce phénomène se nomme l’Acidité Titrable (=AT) et est CONSTANT à environ 25mmol/j. Pour les 2/3 restants, liée à NH3 sous la forme de l’ammonium NH4+, soit environ 45mmol/j.
Etude de la réabsorption du bicarbonate et ses conséquences :
Comme nous l’avions vu lors du bilan du K, on peut distinguer deux territoires fonctionnellement distincts au niveau du rein : le néphron proximal : (tubule rénal et branche ascendante large de Henlé) dans lequel il s’opère une réabsorption de bicarbonates et le néphron distal : théâtre de la titration de tampon phosphate et urinaire.
- Mécanisme de la réabsorption du bicarbonate :
Pour réabsorber du bicarbonate il faut sécréter un H+.
La membrane apicale : présence de HCO3- dans la lumière tubulaire que l’on souhaite réabsorber, pour cela on sécrète un ion H+, il titre le HCO3- et forme de l’acide carbonique. Grâce a la présence de l’Anhydrase carbonique (AC), l’H2CO3 se dissocie en eau et CO2. La concentration intratubulaire en CO2 s’élève alors. Or la membrane apicale est perméable au CO2 qui rentre dans la cellule, très riche en eau et donc forme à nouveau de l’H2CO3 qui grâce nouvellement à la présence d’Anhydrase Carbonique se dissocie en HCO3- et H+ qui va être réutilisé pour ce même cycle.
La membrane basolatérale : présence d’un transporteur d’HCO3- vers le milieu péritubulaire.
- Un effet de pair : la sécrétion d’ions hydrogène :
Comme précédemment, la source d’H+ intracellulaire reste la même, il provient de la dissociation de l’acide carboxylique et donc nécessite la présence de l’Anhydrase Carbonique. Dans la membrane basolatérale on retrouve toujours un transporteur d’HCO3- qui le propulse vers le milieu péritubulaire. La différence réside dans le fait que cette fois dans le milieu tubulaire on a la présence d’un tampon accepteur d’H+. Il y a donc une excrétion nette d’acide.
Le comportement du bicarbonate (HCO3-) est donc plutôt facile à décrire, s’il on considère qu’il est filtré à l’échelle de 100% dans le glomérule rénal, 85% est réabsorbé par le tubule proximal, cette réabsorption se prolonge dans la branche ascendante large de Henlé et une infime partie a lieu dans le néphron distal.
Du tubule proximal au canal collecteur : les différentes étapes d’élimination des protons :
- Au niveau du tubule proximal :
Le principal système permettant d’excréter des ions H+ est l’échangeur Na/H présent à la membrane apicale. En plus de cela, on trouve une pompe primaire H+ ATPase qui participe à la réabsorption de bicarbonate. La cellule est donc bien équipée pour la réabsorption de bicarbonate et sa concentration le long du tubule proximal diminue au fur et à mesure de 25mmol/L (soit sa valeur dans le plasma) à 10/8mmol/L. Le pH urinaire à commencer à baisser.
On trouve également une activité de synthèse de l’ammonium à partir de la glutamine grâce à la présence d’une enzyme. Cette dernière permet la transformation de la glutamine en ammonium et en alphacétoglutarate, qui sera métabolisé pour donner des bicarbonates HCO3- qui quittera la cellule à la membrane basolatérale par un transporteur adéquat
- Au niveau de la branche ascendante large de Henlé :
On a réabsorption d’un peu de HCO3- via le même transporteur Na/H+. On réabsorbe également de l’ammonium via l’échangeur Na/K/2Cl car l’ammonium ressemble en tout point à l’ion K (même encombrement stérique) donc peut emprunter le même site de liaison que le K+.
- Au niveau du canal colleteur cortical :
Au niveau du canal collecteur cortical : il existe une hétérogénéité cellulaire dans cette région avec des cellules principales et des cellules intercalaires qui possèdent une H/K ATPase et peuvent réabsorber du K+ quand il y a déplétion.
Les cellules intercalaire A : Au niveau de la membrane apicale : on a une pompe primaire à protons H+ ATPase et des canaux pour le NH3. Au niveau de la membrane basolatérale : on a un échangeur Cl/HCO3- et des canaux pour le NH3. Cette cellule peut donc sécréter du NH3 et des ions hydrogènes, ainsi elle met dans la lumière du canal collecteur de quoi reformer de nouveau de l’ammonium
Les cellules intercalaires B : ont un ROLE INVERSE. A la membrane apicale : on a un échangeur Cl/HCO3-. Au niveau de la membrane basolatérale : on a une H+ ATPase. Donc, un peu comme pour le K+, le canal collecteur présente une plasticité quant à son activité vis-à-vis de l’ammonium.
Une nécessaire complexité de comportement :
En résumé pour l’ammonium on a dans les cellules du tubule proximal et sécrétion, réabsorption au niveau de la branche large ascendante de Henlé, resécrétion dans le canal collecteur, excrétion dans l’urine définitive… Pourquoi un trajet si compliqué ?
Nous voulons éliminer chaque jour une grande quantité d’ammonium soit environ 40 à 45mmol/L pour éliminer la charge acide. Or, cette quantité est très supérieure à la quantité d’ammonium dans le plasma. Si l’ammonium n’était pas réabsorbé et restait dans les conduits du rein, on aurait d’un côté 40mmol/L dans la lumière et presque rien dans l’interstitium, l’ammonium diffuserait donc du milieu le plus concentré au moins concentré et on perdrait tout l’ammonium dans le milieu interstitiel.
Déterminant du comportement rénal d’ammonium :
Les facteurs déterminant la réabsorption de HCO3- :
- Les facteurs déterminant la réabsorption de HCO3- :
L’état Acide/Base : il s’agit d’une régulation majeure (stimulation en cas d’acidose, inhibition en cas d’alcalose). Facteurs hormonaux comme Ag II. Facteurs non hormonaux comme l’hypokaliémie.
- Les facteurs déterminant la réabsorption de H+ :
L’Aldostérone : celle-ci stimule la réabsorption de Na, elle augmente la différence de potentiel et favorise donc la sécrétion éléctrogénique de cations comme H+.
L’état Acide/Base : la concentration plasmatique de bicarbonate et son pH plasmatique influence la sécrétion de H+. La kaliémie : la déplétion en K+ active la réabsorption de K+ et en contrepartie active la sécrétion d’H+.
- Les facteurs influençant la réabsorption NH3 :
La disponibilité de la glutamine : il s’agit d’un phénomène rare qui peut apparaître lors d’une insuffisance rénale grave qui entraine une diminution de la masse fonctionnelle des reins. L’état Acide/Base : il demeure un déterminant majeur : l’acidose métabolique qui stimule de façon très puissante la production d’ammonium dans le tubule proximal. La kaliémie : l’hyperkaliémie est inhibitrice, l’hypokaliémie stimule la production d’ammonium.
Influence de l’aldostérone sur le bilan acide base :
Zoom sur l’influence de l’aldostérone
- Si les apports en NaCl augmentent :
D’une part la quantité de NaCl délivrée au canal collecteur augmente, ce qui entraine une augmentation de la réabsorption du Na+, et de la différence de potentiel et donc une augmentation de la sécrétion de H+ via la H+ ATPase. D’autre part, cela entraine une diminution de la quantité d’aldostérone qui entraine une diminution de la sécrétion de H+. Ces deux effets sont donc antagonistes et assurent l’indépendance du système.
- Si les apports en NaCl diminuent :
D’une part, on observe une diminution de la réabsorption de Na, une diminution de la différence de potentiel et donc de la sécrétion de H+ via la H+ ATPase. D’autre part, la sécrétion d’aldostérone augmente ce qui stimule la sécrétion d’H+. Deux effets antagonistes qui se compensent et entrainent un bilan nul.
Influence de la kaliémie sur le bilan acide base :
Zoom sur l’influence de la kaliémie :
Une déplétion potassique trop importante ne peut être compensée. En effet l’aldostérone demeure basse et il y a activation de la H/K ATPase, d’où une sécrétion nette de H+ dans le milieu tubulaire, donc une perte intracellulaire et plasmatique. Ainsi on a une alcalose métabolique.
Généralité sur la physiopathologie du bilan acide base :
Pour maintenir un bilan Acide/Base, il faut que le rein soit capable d’excréter autant d’acide et autant de base que consommé. C’est l’un ou l’autre des mécanismes qui est mis en route en fonction de la nature des apports. Pour une alimentation acide, on élimine de l’acide, pour une alimentation alcaline on cherche à éliminer des bases. Ainsi, quand un de ces deux mécanismes est perturbé, le bilan A/B est difficile à maintenir.
La traduction de ceci a lieu dans des phénomènes pathologiques :
- une perte digestive massive d’ions H+ qui a lieu par ex lors de vomissements peut ainsi entrainer une alcalose métabolique
- des diarrhées importantes empêchent l’absorption intestinale de bicarbonates ce qui entraine une acidose métabolique.
Réponse rénale à l’acidose métabolique :
Situation initiale : individu normal : Bilan Acide/Base et concentration de bicarbonates plasmatiques normaux, PH urinaire banal, il élimine 50mmol/J d’H+ sous forme d’ammonium, élimine 25 à 30mmol/J d’H+ via AT.
On enrichit son alimentation avec du chlorure d’ammonium à 240mmol/J : Il est absorbé par la muqueuse intestinale, est métabolisé dans le foie et génère de l’acide : acidose extrarénale. Adaptation rénale : Pas de changement de l’AT, augmentation de la production d’ammonium qui permet de retrouver un état stable au prix d’une très légère baisse de la concentration sanguine en bicarbonates.
Pour un individu normal, l’adaptation rénale à une alimentation plus acide est possible. Cependant dans des cas pathologiques comme lors de trop grande quantité d’acide lactique suite à une hypoxie ou lors d’une acidocétose, le rein peut être dépassé.
Réponse rénale à une charge alcaline :
On réalise la même expérience que précédemment mais cette fois si on propose à l’individu test de prendre une alimentation alcaline avec 360mmol/J de bicarbonates. Ce qu’il se passe alors dans le rein : inhibition de la production d’ammonium dans les cellules du tubule proximal, inhibition de l’AT, la bicarbonaturie bondit dès les 1ers jours à des valeurs qui sont identiques à celles qu’il a besoin d’éliminer, le pH urinaire grimpe à 8. La bicarbonatémie augmente légèrement de 24 à 27mmol/J tout en restant dans un intervalle très correct.
L’adaptation du rein est donc très rapide et très facile, il est donc quasiment impossible de rendre une personne normale alcalotique si son rein est normal.
