IV - 42 Troubles de l'équilibre acidobasique. Flashcards
pH des milieux biologiques
Sang artériel
Cellules
Urines
Suc gastrique
Suc pancréatique
pH = - log [H+]
La concentration en H+ double pour chaque diminution de 0,30 unité
Sang artériel : 7,35 < pH < 7,45
(valeurs compatibles avec la vie : 6,80 - 7,80)
→ concentration de H+ dans le secteur intracellulaire de 40 mol/L
Le pH est alcalin bien qu”il y a it production importante d’acide par l’organisme sous forme :
- acidité volatile H2CO3 à partir du CO2
- acidité fixe
Cellules pH = 6,8-7,2
Urines pH = 5,5
Autres liquides
Suc gastrique pH < 2,0
Suc pancréatique pH > 8,0
Il existe de nombreux mécanismes de régulation physiologique permettant de maintenir le pH dans ces valeurs normales
- les systèmes tampons qui sont la première ligne de défense, s’action instantanée
- la compensation physiologique
• compensation respiratoire, d’action rapide
• compensation rénale, d’action lente
pression partielle ?
N2
O2
CO2
☞ Loi de Dalton : Pression partielle (P) d'un gaz = (Pression atmosphérique = 762 mmHg) x (% du gaz dans le mélange)
Composition de l’air atmosphérique :
N2 : 78%
O2 : 22%
(CO2 : 0,04%)
=> pression partielle en O2 : PO2 = 159 mmHg
=> pression partielle en CO2 : PCO2 = 0,3 mmHg
Pressions partielles en O2 et CO2 dans différents milieux
SANG ARTERIEL?
SANG VEINEUX?
SANG ARTERIEL?
- PO2 : 95mmHg
- PCO2 : 40 mmHg
SANG VEINEUX?
- PO2 : 40 mmHg
- PCO2 : 46 mmHg
Sang artériel pH ? PCO2? PO2? SaO2 ? HCO3-? CO2 total ?
pH = 7,35 - 7,45
(Variation du pH en fonction de la température (pH ↓ si température ↑))
PCO2 = 35 - 45 mmHg
PO2 = 80 - 100 mmHg
SaO2 = 94-100%
HCO3- = 23 - 27mmol/l
[HCO3-] avec équation d‘Henderson-Hasselbalch
CO2 total = 25 - 30 mmol/l
[CO2 total] = [HCO3-] + [CO2 dissous] (a x pCO2)
Dans le ionogramme plasmatique (veineux) seul le CO2 total est mesuré
(l’expression bicarbonate plasmatique est incorrecte)
Facteurs de correction :
•passage de kPa en mmHg : x 7.5
•passage de mmHg en kPa : x 0.133
Equilibre acido-basique : calcul du pH ?
-pH artériel essentiellement déterminé par les concentrations relatives de l’acide carbonique (H2CO3) et de sa base conjuguée (Henderson- Hasselbach)
-objectif : maintenir le pH sanguin entre 7,38 et 7,42
→ pH = 7,40 = 40 mmol/L d’H+
pH = pK + log (HCO3-/H2CO3) = pK + log (HCO3-/ (a* pCO2)
base : HCO3- = facteur métabolique
acide : H2CO3 = fateur respiratoire
soit pH = 6,2 + log (24/ (0,03 *40))
0,03 : coeff de solubilité
pKa = pH pour lequel on a 50% H2CO3 et 50% HCO3-
HCO3- + H+ → H2CO3 → CO2t + H2O
☞ HCO3- non dosé par les automates de Gaz du sang mais :
→ mesure de la pCO2
(HCO3- calculée à partir de l’équation d’Henderson Hasselbalch)
→ ou dosage du CO2Total par acidification du plasma
Régulation de l’équilibre acido-basique ?
Objectif : maintien du pH du sang artériel entre 7,38 et 7,42
pH 7,4 = 40 mol/L d’H+
✯ Apport de métabolites acides → acidité "volatile" : - production d'acides par le métabolisme oxydatif éliminés par voie respiratoire H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ H2O + CO2
→ acidité fixe :
☞ physiologique :
bien moins importante, dépend de l’apport alimentaire (protéines) : 60 - 80 mmol d’H+/24h
-acide sulfurique : oxydation des aa soufrés
-acide phosphoriques : catabolisme des ac nucléiques, phospholipides, phosphoprotéines
-acides organiques ; ac lactiques, corps cétonique
☞ pathologiques :
↪ catabolisme incomplet des glucides : lactate (hypoxie)
↪ catabolisme incomplet des acides gras en absence d’insuline : corps cétonique
↪ apport (intoxication) de métabolites acides : salicylés, méthanol, éthylène glycol
✯ Mécanismes efficaces régulent l'homéostasie du CO2 et des H+
1) système tampon extra-cellulaires ou intra-cellulaires
2) régulation ventilatoire
3) régulation rénale
La compensation physiologique :
- compensation respiratoire, d’action rapide
- compensation rénale, d’action lente
système tampon : fonctionnement ?
- extracellulaires ?
- intracellulaires ?
acidose et alcalose : conséquences?
1) systèmes tampons
→ couple formé par un acide faible (incomplètement dissocié donc peu de H+ libre) et de sa base conjuguée
→ addition d’ions H+ au système tampon oriente vers
- la consommation des ions bicarbonates
- et la production de H2CO3
H+ + HCO3- <=> H2CO3
NB : on ne retrouve quasiment pas de H2CO3 dans l’organisme : on retrouve du HCO3-, du CO2 et de l’H2O.
Le CO2 sera éliminé par voie pulmonaire, et le HCO3- par voie rénale : on parle donc de système ouvert.
→ un tampon mélangé à un acide fort piège les H+ libres et limite les variations de pH, la quantité totale d’acide ne variant pas. Seule la dissociation varie :
H+Cl- + HCO3- <=> NaCl + H2CO3 <=> CO2 + H2O
=> diminution de H+ avec consommation de HCO3- (régénéré par le rein), augmentation de H2CO3 (élimination de CO2 par les poumons)
↪ système ouvert
⚠ un système tampon est d’autant plus efficace :
- que son pK est poche du pH du milieu
- que sa concentration dans le milieu est importante
TAMPONS EXTRACELLULAIRES = 1ere ligne de défense
1) HCO3-/H2CO3 tampon ouvert le plus important du LEC (33% de la capacité tampon du sang)
-concentration sanguine élevée
-pK proche du pH sanguin
-tampon plasmatique et intracellulaire
- système ouvert :
→ Le POUMON règle l’ELIMINATION du CO2 via la régulation de H2CO3
→ Le REIN règle l’ELIMINATION du HCO3- via la régulation de HCO3-
↪ rapport normal = 20 (60 vol/3vol)
2) protéines/protéinates (pK trop éloignés du pH plasmatique)
3) HPO4-/H2PO42- (tampon phosphate dans l’urine)
TAMPONS INTRACELLULAIRES = 2e ligne de défense (mise en oeuvre plus lente)
☞ 1) hémoglobine/hémoglobinate
→ pouvoir tampon des imidazoles des histidines
⚠ oxygénation de Hb diminue sa capacité tampon libérant ainsi des ions H+ qui vont de combiner aux HCO3- → CO2 + H2O
2) protéines/protéinates
3) tampon phosphate
4) matrice protéique de l’os (phosphate et bicarbonate de Ca)
☞ En cas d’acidose, H+ pénètre dans la cellule en échange de K+
↪ HYËRKALIEMIE
☞ En cas d’alcalose, la cellule libère des H+ et K+ pénètre dans la cellule
↪ HYPOKELIEMIE = maintien de la neutralité membranaire
Régulation pulmonaire : mise en jeu du poumon immédiate : HYPERVENTILATION ?
HYPERVENTILATION
Anomalie primitive : repose pulmonaire à une acidose métabolique
H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O
consommation d’un ion bicarbonate (régénéré par le rein) et élimination d’un proton par hyperventilation pulmonaire
Biologie : ↓ PaCO2 et légère ↑ PaO2
(meilleure oxygénation pulmonaire)
⚠ EFFET BOHR :
Si acidose métabolique : ↓ affinité de Hb pour O2 (favorise le transfert de l’oxygène vers les tissus)
Remarque : PaO2 normale chez un patient qui hyperventile
=> pathologie respiratoire associée au trouble acido-basique
✯ Tampon bicarbonate/acide carbonique (HCO3-/H2CO3)
Si [H+] ↑ de 2 mmol/L
• Système fermé : HCO3- + H+ → CO2 + H20 ↪ [HCO3-] = 24-2 (consommation de 2 mmol) = 22 et [CO2] = 1,2 + 2 =3,2 ↪ pH = 6,1 + log (22/3,2) = 6,93
• Système ouvert CO2 éliminé par les poumons MAIS RESTE à 1,2 mmol/L ↪ pH = 6,1 + log (22/1,2) = 7,36
Régulation pulmonaire : HYPOVENTILATION ?
Anomalie primitive : réponse pulmonaire à une alcalose métabolique ↑↑ de HCO3-
☞ Réponse immédiate des poumons : hypoventilation
↑ CO2 + H2O → H2CO3 → ↑ H+ + HCO3-
-biologie : ↑ PaCO2, ↓ PaO2 modérée
(organisme privilégie le maintien de la PaO2 au détriment de la correction du désordre acido-basique)
↪ production de H+ compenser l’alcalose mais quel devenir pour les HCO3- (car H2CO3 = H+ + HCO3-) ?
Régulation rénale
→ Dans le tube proximal (réabsorption indirecte de 85% des HCO3- filtrés - 10% dans la branche ascendante large de l’anse de Henlé)
- effet net : pour chaque proton excrété, un ion HCO3- revient dans le sang
↪ régénération des réserves en HCO3- jusqu’à environ 28 mmol/L de filtrat. Au delà, HCO3- est éliminé dans les urines, évitant ainsi une alcalose.
☞ dans cette phase, il n’y a pas d’excrétion acide nette.
→ Dans le tube distal
• les cellules intercalaires B
- riches en anhydrase carbonique (AC) : conversion du CO2 en H+ et HCO3-
- H+-ATPase et H+/K+-ATPase dans la membrane basolatérale → transport H+ vers le sang
- échangeur HCO3-/Cl- dans la membrane apicale → transport HCO3- vers la lumière tubulaire → sécrétion des ions HCO3- couplée avec rejet des ions H+ dans le sang = lutte contre l’alcalose
Régulation rénale de l’équilibre acido-basique ?
Les reins assurent l’excrétion des acides non volatils et la conservation des tampons.
-lieu : toutes les parties du néphron
☞ mise en jeu non instantanée (6-12h)
Réponse rénale se traduit par
- ↑ ou ↓ élimination des H+
- ↑ élimination des HCO3-
Variation du pH urinaire entre 4 et 8,0
Rôle du rein est double :
- réabsorption des HCO3- filtrés
- excrétion des H+ avec régénération de HCO3-
-grande souplesse du système : pH urinaire peut varier entre 4,5 et 8 soit un facteur de 1 à 200 de variation de [H+]
Le rein contribue au maintien de l’équilibre acido-basique en régulant l’excrétion dions H+ si bien que la bicarbonatemie reste dans les limites appropriées
Le bicarbonate filtré (4500 mmol l/j) est en quasi totalité réabsorbé chez le sujet normale: 85 % dans le TCP et 10% dans les segments les plus distaux du néphron .
Excrétion d’ions H+: la majeur partie des ions H+ fixes formés chaque jour est éliminée liée a des tampons, représentés essentiellement par l’acidité titrable et de NH3+.
REABSORPTION DES BICARBONATES
→ Tube proximal (réabsorption indirecte de 85% des HCO3- filtrés)
- effet net : pour chaque proton sécrété (dans la lumière tubulaire = urine), un HCO3- revient dans le compartiment plasmatique
(☞ H+ provenant de la cellule - issu de H2CO3 → HCO3- + H+ - sécrété vers la lumière via Na+/H+ mais PAS excrété ! )
→ dans la lumière tubulaire : H+ + HCO3- → H2CO3 par l’AC → H2O + CO2
→ CO2 diffuse pour redonner dans la cellule - grâce à l’anhydrase carbonique- H2CO3
→ H2CO3 redonnera H+ et HCO3- qui sera réabsorbé dans l’insterstitium (liquide extracellulaire)
↪ régénération des réserves en HCO3- jusqu’à environ 28 mmol/L de filtrat. Au delà, HCO3- est éliminé dans les urines, évitant ainsi une alcalose.
→ Dans la branche ascendante large de l’anse de Henlé : réabsorption de HCO3- filtrés
Dans le tube distal et collecteur : synthèse de novo de HCO3- (se dirige vers interstitium) et excrétion rénale des ions H+ (vers lumière tubulaire)
- même génération intracellulaire d’H+ et de HCO3- :
• CO2 de l’interstitium diffuse dans la cellule tubulaire
• CO2 + H2O (grâce à l’AC) → H2CO3 → H+ + HCO3-
• H+ excrété vers la lumière : H+ + HPO4_2- → H2PO4- (acide faible)
- titration des 15% de HCO3- luminal restant (pas de clivage de H2CO3 car pas d’AC)
EXCRETION DES IONS H+
-captation des H+ par d’autres bases (quand quasi tous les HCO3- a été réabsorbé)
• acides titrables: surtout phosphates disodique HPO42- accepte 1/3 des ions H+ (acidité titrable urinaire): à pH urinaire minimal, le phosphate est sous forme H2PO4 : 30 à 40 mmol d’H+ excrétés
• ammoniac NH3 = base forte (désamination de la glutamine) accepte 2/3 des ions H+ → NH4+
Ce tamponnement permet aux cellules de générer du bicarbonate au pro-rata des H+ excrétés
→ Dans le tube distal
• les cellules intercalaires A
- riches en anhydrase carbonique (AC) : conversion du CO2 + H2O en H+ et HCO3-
- H+-ATPase et H+/K+-ATPase dans la membrane apicale
→ transport H+ vers la lumière tubulaire : excrétion de H+
- échangeur HCO3-/Cl- dans la membrane basolatérale
→ transport HCO3- vers le sang
→ sécrétion des ions H+ couplée avec la génération d’ions HCO3- (sang)
= lutte contre l’acidose
• les cellules intercalaires B - riches en anhydrase carbonique (AC) : conversion du CO2 + H2O en H+ et HCO3- - H+-ATPase et H+/K+-ATPase dans la membrane basolatérale → transport H+ vers le sang - échangeur HCO3-/Cl- dans la membrane apicale → transport HCO3- vers la lumière tubulaire → sécrétion des ions HCO3- couplée avec rejet des ions H+ dans le sang = lutte contre l’alcalose → Canal collecteur: site d'acidification et de concentration des urines • 1ère partie du canal collecteur identique au tubule contourné distal puis disparition des cellules B et seules restent les cellules intercalaires A → sécrétion des ions H+ et ↓ pH urinaire vers 5,5
Régulation hormonale de l’excrétion des H+
EXCRETION DES IONS H+ (TCD et Canal collecteur)
-captation des H+ par d’autres bases (quand quasi tous les HCO3- a été réabsorbé)
• acides titrables: surtout phosphates disodique HPO42- accepte 1/3 des ions H+ (acidité titrable urinaire): à pH urinaire minimal, le phosphate est sous forme H2PO4 : 30 à 40 mmol d’H+ excrétés
• ammoniac NH3 = base forte (désamination de la glutamine) accepte 2/3 des ions H+ → NH4+
- H+ libres déterminent le pH de l’urine mais quantitativement négligeables
Ce tamponnement permet aux cellules de générer du bicarbonate au pro-rata des H+ excrétés
Aldostérone - Cortisol - PTH - ADH
=> ↑ élimination urinaire H+
Régulation humorale
L’excrétion nette d’acide est augmentée au cours :
• Contraction des volumes extracellulaires (DEC) / hyperaldosteronisme secondaire
• Hypokaliémie : fuite de H+ (action de l’aldostérone) + alcalose métabolique (échange cellulaire H+/K+)
ALDOSTERONE :
Au niveau des cellules principales P du TCD :
→ stimulation de l’échangeur Na+/H+ qui favorise l’absorption de Na+ au pôle apical des cellules pariétales du néphron
→ élévation de la concentration de sodium intracellulaire active ensuite la pompe Na+/K+– ATPase
→ la réabsorption du sodium.
↪ fuite de H+ → alcalose métabolique
↪ fuite de K+ → Hypokaliémies
Interaction entre le pH et la Kaliémie
- Si acidose métabolique aiguë : hyperkaliémie
Si pH ↓ de 0,1 unité => K+ ↑ (0,5 - 1,0 mmol/L) - Si acidose métabolique chronique : kaliémie variable
• kaliémie normale ou ↓ : cas des acidoses associées à
des pertes potassiques (diarrhées, acidoses tubulaires)
• kaliémie ↑ : rechercher une autre cause à l’hyperkaliémie
(Ex : insuffisance rénale)
H+ et K+ se disputent les mêmes places dans nos cellules.
-En cas d’alcalose (↓ de H+ dans les cellules) le potassium rentre dans les cellules musculaires striées
↪ ↓ kaliémie.
-En cas d’acidose le potassium est relâché des cellules vers le sang
↪ ↑ kaliémie s’élève.
-En cas d’hypokaliémie, H+ reste dans les cellules pour occuper la place du K+ absent.
→ Il en résulte un excès de bicarbonate libre dans le sérum
→ alcalose hypokaliémique.
-En cas d’hyperkaliémie, K+ “chasse” H+ des cellules : acidose hyperkaliémique.
☞ kaliémie ↑ de 0,5 mEq/l pour chaque ↓ de pH de 0,1 unité
Au niveau de l’anse de Henle, le rein réabsorbe le potassium en échange de H+. - En cas de hautes concentrations plasmatiques en K+ moins de K+ est repris; et donc moins de H+ peut être excrété.
- De même en cas d’acidose le rein doit retenir plus de K+ pour se débarrasser de l’excès de H+ : ACIDOSE et HYPERKALIEMIE sont donc souvent associées.
- Inversement, en cas d’hypokaliémie, le rein paye d’un H+ chaque K+ retenu avec avidité : le résultat est une ALCALOSE HYPOKALIEMIQUE (avec ACIDURIE).
aldostérone permet :
Au niveau des cellules principales P du TCD :
→ stimulation de l’échangeur Na+/H+ qui favorise l’absorption de Na+ au pôle apical des cellules pariétales du néphron
→ élévation de la concentration de sodium intracellulaire active ensuite la pompe Na+/K+– ATPase
→ la réabsorption du sodium des urines vers le sang
+ ↑ excrétion des K+
→ augmente l’excrétion de H+ via la pompe H ATPase
Acidémie/Acidose?
Alcalémie/Alcalose ?
trouble métabolique ? respiratoire ?
→ Acidémie/ Acidose si pH sanguin < 7,35
Alcalose = processus pathologique qui tend à faire ↑ le pH sanguin
↪ Il n’en résulte pas nécessairement une acidémie car des mécanismes compensateurs peuvent être mis en jeu
→ Alcalémie/ Alcalose si pH sanguin > 7,45
Alcalose = processus pathologique qui tend à faire ↑ le pH sanguin
→ Métabolique : si le trouble primaire est dû à l’accumulation des H+ (acides fixes) ou à la perte de bicarbonates
→ Respiratoire : si le poumon est à l’origine du trouble
Le trouble primaire est dû à l’accumulation ou non de CO2
Etiologie :
- acidose métabolique ?
- acidose respiratiore ?
- alcalose métabolique ?
- alcalose respiratoire ?
Compensation?
- acidose métabolique
• Accumulation H+
• Pertes HCO3- - acidose respiratiore
• Hypercapnie (hypoventilation) - alcalose métabolique
• Pertes H+
• Apport alcalin - alcalose respiratoire
• Hypocapnie (hyperventilation)
COMPENSATION
- trouble métabolique d’origine rénal : poumon
- si trouble respiratoire : rein
- si trouble métabolique d’origine extrarénal : poumon + rein
Paramètres biologiques à prendre en compte pour évaluer l’état acido-basique ?
1) gazométrie → PaO2 : hypoxémie ? (N : 80-100 mmHg) → SaO2 : hypoxie ? (N : 94-100%) → pH, HCO3- (ou CO2t) et PaCO2 : métabolisme acido-basique pH = 7,35-7,45 HCO3- = 23-27 mmol/L SgA CO2t = 25-30mmol/L SgA pCO2 = 35-45 mmol/l
2) ionogramme sanguin et urinaire
3) trou anionique sanguin (N< 16 mmol/L si K+ pris en compte alors N< 20 mmol/L)
Si la fonction rénale (qui régule l’ammoniogenèse, la clairance des sulfates et des phosphates, l’élimination du HCO3-) et la fonction pulmonaire (qui régule la pCO2 et la quantité d’acides volatiles) permettent une compensation suffisante, le pH ne varie pas. On parle alors d’acidose ou d’alcalose compensée.
Formule d’Henderson-Hasselbach
pH = 6,1 + log (HCO3-/ (αpCO2)
Cette équation montre que le pH sanguin est directement lié au rapport (HCO3-/ (αpCO2)
La pCO2 évalue l’origine respiratoire du désordre acido-basique, liée à la fonction pulmonaire.
- si pCO2 < 35 mmHg → hyperventilation alvéolaire
- si pCO2 > 45 mmHg → hypoventilation alvéolaire
La bicarbonatée évalue l’origine métabolique du désordre acido-basique liée à la fonction rénale, mais dépend également de la pCO2.
- L’acidose est compensée quand le pH ne varie pas et décompensée quand le pH < 7,35.
- L’alcalose est compensée lorsque le pH ne varie pas et décompensée quand le pH > 7,45
Technique :
- le sang est prélevé sans air dans une seringue hépariné sur une artère périphérique (radiale)
- le sang est introduit dans une machine d’analyse automatique, le résultat est immédiat