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EQUILIBRE ACIDE-BASE
           (2011/2012)




A.CHIBAH          Faculté de médecine - UMMTO
Plan
Introduction
Origine des protons
Régulation dé l’équilibre acido-basique
     - Systèmes tampons
     - Régulation physiologique
Troubles de l’équilibre acide-base
     - Acidose métabolique
     - Alcalose métabolique
     - Acidose respiratoire
     - Alcalose respiratoire
Introduction
 L’équilibre acido-basique, ou homéostasie du pH, est
  une des fonctions essentielles de l’organisme.

 Le pH (potentiel hydrogène) d’une solution est une
  mesure de sa concentration en ions H+. pH = - log [H+].

 La [H+] dans l’organisme est très faible (concentration
  dans le plasma artériel = 0,00004 mEq/L soit 40
  nmol/L), par rapport à d’autres ions (Na+≈135 mEq/L).
 Chez l’homme, la constance du pH concerne non
  seulement le sang, mais également les autres humeurs
  et le contenu cellulaire. Cependant, le sang par son
  accessibilité immédiate, reste le meilleur reflet du pH
  du milieu intérieur.

 Le pH sanguin varie de 7,36 à 7,42.

 Le maintien strict d’un pH normal est essentiel car les
  fonctions enzymatiques de l’organisme sont très
  sensibles aux variations de [H+].

 Des pH < 7 et > 7,8 sont incompatibles avec la vie.
Généralités
Le pH d’autres fluides de l’organisme peut être très différent:
              a) pH des sécrétions gastriques peut-être égal à 1
              b) pH urinaire entre 4,5 - 8,5
                                             Sang
                                         (7,35 à 7,45)
                 ACIDE                                       ALCALIN
                                           7
0    1       2       3    4     5    6             8     9   10    11   12   13    14


                         Cola
Acide de                                Eau                  Ammoniac
 batterie         Vinaigre            distillée

                                 Pluie            Bicarbonate de        Eau de Javel
            Jus de
                                normale               soude
            citron
Le pH: une échelle logarithmique

Le pH varie inversement avec la concentration de H+
pH de 6 = 10 fois plus acide (plus d’ions H+) que pH de 7
pH de 5 = 100 fois plus acide que pH de 7
pH de 4 = 1000 fois plus acide que pH de 7
pH de 8 = 10 fois plus alcalin (moins d’ions H+) que pH de 7

  Une solution dont le pH est égal à 10 contient 1000 fois moins d'ions H+
  que celle dont le pH est égal à 7




                                     6
                                                    1023
Pourquoi la concentration d’ H+est-elle
           étroitement régulée?

 Protéines intracellulaires, enzymes et canaux membranaires
  sont très sensibles au pH (modifications de la structure III des
  protéines et donc de l’activité).

 Modifications de l’excitabilité neuronale. Dépression du SNC en
  acidose, hyperexcitabilité en alcalose.

 Modifications de la concentration en ions K+ du fait des
  échanges H+ K+ (acidose: au niveau du rein excrétion d’ H+ et
  réabsorption de K+ ; alcalose: le rein réabsorbe des H+ et
  excrète des K+. Le déséquilibre potassique crée des troubles de
  l’excitabilité, cardiaque notamment.
Les sources de bases et d’acides
• L’ingestion et la production d’acides sont plus importantes que celles des bases.
 Il y a nécessité d’une excrétion d’acides par l’organisme.

• La source la plus importante d’acide est la production de CO2 liée au
 métabolisme aérobie. Le CO2 se combine avec l’eau pour former H2CO3.

• La production d’ H+ à partir de CO2 et d’ H2O est la source d’acide la plus
 importante, environ 12500 mEq H+ chaque jour.

• Si cette quantité d’acide était dissoute dans le volume plasmatique, cela
 entraînerait une concentration d’ion H+de plus de 4000 mEq/L alors qu’elle
• n’est que de 0,00004 mEq/L, soit une différence de 108.

• Le CO2 devra donc être éliminé de l’organisme. Les apports alimentaires et
  métaboliques en bases sont limités. Quelques anions sont susceptibles de générer
  des ions HCO3-. L’essentiel de l’équilibre acide-base va donc reposer sur
  l’élimination de l’excès d’acides.
Origine des protons (H+)
                       Groupement (SH)        Acides gras        Glucose




                                                                                         METABOLISME
Alimentation
- Protéines                        Foie                               Muscle
- Acides

                          H2 SO4          Corps cétoniques    Acide lactique




    H+ + Anions         2H+ + SO42-          H+ + Anions      H+ + Anions




                              H+

                  CO2 + H2O                 H2CO3                HCO3- + H+



  POUMON : influence la valeur du pH                    REIN : élimination ~ 60 mmol / j de H+
  en jouant sur l’élimination de CO2
Une surcharge acide permanente
 L’organisme est mieux armé pour lutter contre
  l’acidose
                   2 types d’acides



            volatiles               fixes
Source d’acides (H+)
• Acides dits « Fixes » (30 à 40 mEq/m2/j)
  - Catabolisme cellulaire (la plupart)
     •   Acide sulfurique: des acides aminés
     •   Acide phosphorique: des phospholipides
     •   Acide citrique, acide ascorbique.
     •   Acide lactique : du glucose en anaérobie
     •   Acides gras, Corps cétoniques
  - Estomac: acide chlorhydrique (HCl).
  - Elimination rénale.

• Acides volatiles (13000 à 20000 mEq/J)
  • Catabolisme cellulaire: Métabolisme oxydatif.
  • Elimination pulmonaire :
        H+ + HCO3-      H2CO3         CO2+ H2O
  • Acide carbonique (H2CO3) : transport de CO2 dans le sang
EQUILIBRE ACIDE-BASE

3 Systèmes ou mécanismes physiologiques de maintien du pH.
         1. Les systèmes tampons
         2. La régularisation pulmonaire de la [CO2 ]
            ou ventilation
         3. La régulation rénale
             • élimine les acides (et bases) en excès;
             • régénère les bicarbonates
1. Système chimique
● Les systèmes tampons chimiques réagissent instantanément, mais limités.



2. Systèmes fonctionnels
  ● Respiration pulmonaire                    ● Rein à long terme-lent.
    à court terme-rapide.
Il existe une chronologie de la mise en œuvre.

   (1)Les systèmes tampons sont la première ligne de défense,
    limitant de grandes variations.

   (2)L’augmentation de la ventilation est une réponse rapide, pouvant
    prendre en charge près de 75% des perturbations de l’équilibre acide-base.

   (3)Les reins sont beaucoup plus lents dans la mise en œuvre. Ils prennent
    en charge toutes les perturbations résiduelles du pH.
Schéma général
1. LES SYSTEMES TAMPONS

Systèmes tampons
Substances chimiques permettant d'absorber les acides forts et/ou les bases
fortes (absorbe les ions H+ ou OH-).


 un acide fort est complètement dissocié
 un acide faible est faiblement dissocié
 Un tampon d ’acide : association d ’un acide faible et de son sel
  d ’une base forte
Les systèmes tampons: exemple

(H++Cl-) + (Na++HCO3-)    NaCl + H2CO3


Acide Fort   Base Forte        Acide Faible
Exemple: Tampon acide carbonique - bicarbonate

Formé d'un acide faible (acide carbonique) et de son sel (bicarbonate de sodium)




   Composante acide                H2CO3               H+      + HCO3-

                                     Acide            Ion           Ion
                                  carbonique       hydrogène    bicarbonate




   Composante basique            NaHCO3                Na+      + HCO3-

                                Bicarbonate de          Ion           Ion
                                    sodium            sodium      bicarbonate
Les différents systèmes tampons de l’organisme
Le tampon comme son nom l’indique n’empêche pas le changement
de pH mais il en limite l’amplitude. La plupart des tampons de
l’organisme ont comme fonctions de fixer des ions H+.


         Intracellulaires                         Extracellulaires
Ce sont surtout:                           Tampon H2CO3 / HCO3- .
 les protéines.                           Tampon phosphate.
                                           Tampon protéines.
 les ions phosphates (HPO42-).
 l’hémoglobine-                          Ce sont les bicarbonates produits par
  oxyhémoglobine.                         le métabolisme du CO2 qui constituent
Le tamponnement des ions H+ par           le système tampon extracellulaire le
l’Hb libère dans le GR un ion HCO3- qui   plus important de l’organisme.
va gagner le plasma (échange avec Cl-).
Tampons intracellulaires : Hémoglobine
     AU NIVEAU DES POUMONS
AU NIVEAU DES TISSUS
Tampons extracellulaires : H2CO3 / HCO3-
 La concentration d’ions bicarbonates est d’environ 24 mEq/L dans le plasma
  alors que la concentration d’ions H+ est seulement de 0,00004 mEq/L. C’est la
  fixation des ions H+ par l’hémoglobine qui explique cette différence.

 Les HCO3 - plasmatiques sont ainsi disponibles pour tamponner les excès d’ions
  H+ d’origine métabolique.

 La réaction : CO2 + H2O              H2CO3          H+ + HCO3- régit le fonctionnement
  de ce système tampon.

 Le pH est déterminé par l'équation d'Henderson-Hasselbach :
                                                    HCO3-
                              pH = 6,1 + log
                                                    0,03. pCO2



  •   pKa (HCO3- / H2CO3) = 6,1                                  HCO3- : facteur rénal ou métabolique
  •   [H2CO3] = 0,03 x pCO2
  •   α = 0,03 : coefficient de solubilité du CO2                pCO2 : facteur ventilatoire ou pulmonaire
  •   pCO2 = 40 mmHg ou 5,3 KPa
Sachant que les concentrations de CO2 et de HCO3- sont dans un rapport de 1/20
et considérant une concentration en HCO3- chez l’Homme de 24 mmol/l et
[CO2]= 1,2 mmol/l, le pH sanguin calculé sera égal :
                               6,1 + log 20 = 7,40

        Le tampon bicarbonate présente l’avantage de pouvoir
                  fonctionner en système ouvert !



Supposons maintenant un apport de 2 mmoles/l de H+:


   En système fermé:
   la concentration de HCO3- devient donc 24-2 = 22 mM
   et la concentration en CO2 sera égale à 1,2+2 = 3,2
   mM, d'où le pH:

   En système ouvert, et en ne considérant que
   l'élimination du CO2 en excès par voie
   respiratoire, nous obtenons:
 Si le CO2 augmente, la réaction se déplace vers la droite.
                 CO2 + H2O               H2CO3                   H+ + HCO3-

Les taux d’H+ et d’HCO3- sont augmentés. Il n’y a pas de mise en jeu particulière du
système tampon car pas de fixation des ions H+et pas de formation d’acide
carbonique.

 Si on ajoute des ions H+ dans le secteur plasmatique, les bicarbonates
  plasmatiques vont agir comme tampon et l’équation se déplacer vers la gauche.


                 CO2 + H2O               H2CO3                  H+ + HCO3-
 A l’équilibre, une partie des H+ ajoutés a été tamponnée par les bicarbonates, et donc la
  quantité d’ H+ est modérément élevée. La quantité d’ HCO3- a diminué, CO2 et H2O ont
  augmenté:
                 CO2 + H2O                H2CO3             H+ + HCO3-
Dans ce cas, l’augmentation de CO2 n’ a cependant pas lieu car une augmentation immédiate
de la ventilation survient.
2. LA REGULATION PHYSIOLOGIQUE


      Respiration pulmonaire:
                à court terme - rapide
      Rein :
               à long terme – lent.
Régulation pulmonaire
La ventilation va pouvoir ajuster le pH par l’intermédiaire de deux
stimuli: H+ et pCO2

Chémorécepteurs aortiques et carotidiens
• Stimulés par l’augmentation de [H+] plasmatique.
• Stimulation des centres respiratoires bulbaires.
• Augmentation de la ventilation, élimination de plus de CO2 et
  transformation des ions H+en H2CO3.
Chémorécepteurs centraux
• H+ne traversent pas la barrière hémato-encéphalique. Mais
  les changements de pH modifient la pCO2 et le CO2 stimule
  les chémorécepteurs centraux.


Cette stimulation chémosensible va permettre de répondre à toute
modification du pH et du CO2 plasmatique
Modifications de la ventilation liées à des modifications métaboliques
Régulation rénale

Les reins interviennent de deux façons:
 en excrétant ou en réabsorbant des ions H+.
en augmentant ou diminuant le taux de réabsorption des ions HCO3- .

 Réabsorption des bicarbonates
 • Les ions HCO3- sont majoritairement réabsorbés au niveau du
   tubule proximal.

 • Les ions H+ sont également excrétés au niveau du tubule proximal

 Les voies de réabsorption et d’excrétion sont illustrées dans la
 figure suivante
Localisation des principales zones
du néphron qui participent à la
régulation de l’équilibre acide-base




   Lieux de modification de
   l’excrétion et de la
   réabsorption des ions H+ et
   HCO3-
Eab med.pharma.2011.ppt
Eab med.pharma.2011.ppt
Troubles de l’équilibre
     Acide-base
Tampons, ventilation et excrétion rénale prennent en charge les
variations de pH plasmatique.

 Si accumulation ++ d’ions H+ ou OH- : déviation de la valeur en
dehors des valeurs normales de pH plasmatique (7,38 – 7,42).

 Ces perturbations sont soit une acidose, soit une
alcalose, caractérisées par leur cause primaire : respiratoire ou
métabolique.

 La nature respiratoire provient d’une modification de la
ventilation alvéolaire (HYPO ou HYPER).

 La nature métabolique provient d’une accumulation excessive
d’acides ou de bases, sans lien avec la ventilation quant à leur
origine.
INTERET

Minimes:
Elles n'entraînent pas de traitement spécifique en
dehors du traitement de la cause.

Majeures:
Elles peuvent engager le pronostic vital et
appellent un traitement visant à corriger le trouble
et simultanément un traitement étiologique.
Eab med.pharma.2011.ppt
Baisse du pH et baisse du taux de bicarbonates plasmatiques, HCO3- (Ce qui va
distinguer une acidose métabolique d’une acidose respiratoire).

L’augmentation de CO2 qui devrait survenir est compensée par une
hyperventilation immédiate. Il existe également une excrétion d’ion H+et une
réabsorption d’ion HCO3-.

                ↑ CO2 + H2O ← H2CO3 ← ↑H+ + ↓ HCO3-

 Le pH urinaire est bas en cas d'acidose métabolique (<5,3).
 Un pH retrouvé élevé (>6) témoigne d'une anomalie rénale.

Causes
 Charge acide
 (Exogène : intoxication par ClNH4… Endogène : acidocétose, acidose lactique…

 Défaut d’élimination des acides
 (Défaut d’élimination des ions H+ par le rein : acidose rénale, IR sévère).
Perte de bicarbonates
 (Digestive : Diarrhée, fistule digestive…Rénale : défaut de réabsorption de
             HCO3- par le tube proximal (acidose rénale proximale type 2).
ALCALOSE METABOLIQUE
  C’est le résultat d’une diminution de la concentration d’ions H+
  (causes : médicaments, vomissements importants).

                ↓ CO2 + H2O → H2CO3 → ↓H+ + ↑HCO3-

 Elévation des ions HCO3- (> 28mM);
 Compensation respiratoire rapide entraînant une augmentation rapide mais
 limitée de la PaCO2 ;
 Excrétion d’ions HCO3- et réabsorption d’ion H+.
Causes
 Charge alcaline
 Exogène : Bicarbonates i.v. , citrate i.v. (transfusions massives),
 Syndrome des buveurs de lait et d’alcalins (apport exagéré de carbonate de Ca++).

 Perte d’acide
     Digestive : vomissements, aspiration gastrique (perte HCl ) .
     Rénale : augmentation d’élimination de H+ par le tube collecteur :
     Hyperaldostéronisme Iaire ou IIaire, hypokaliémie, diurétiques, hypercalcémie.
Contrôle de l’excrétion d’acide

Au niveau des canaux collecteurs corticaux, des tubules connecteurs
et des tubules collecteurs initiaux, dans la partie distale du
néphron, il existe des cellules spécialisées dites intercalaires.

 Ces cellules sont riches en anhydrase carbonique et comporte des
H+ATPase ou des ATPases échangeant H+ contre K+. Les bicarbonates
sont mobilisés par des contre transports HCO3-:Cl-

 Les cellules de type A interviennent en cas d’acidose
plasmatique, alors que les cellules de type B sont activées en cas
d’alcalose.
Le rein et le pH
• Cellule intercalaire de type A   • Cellule intercalaire de type B
Acidose, alcalose et kaliémie
• pH      de O.1       Kaliémie de 0.6
• pH      de O.1       Kaliémie de 0.6

1 . Dans les cellules de l’organisme


                             H+
                                                 K+
2. Dans le tube contourné distal
        ACIDOSE                           ALCALOSE
                    H+et non K+                             Pas de H+

                      Na+
                                               K+         Na+



   Acidose = hyperkaliémie               Alcalose = hypokaliémie
ACIDOSE RESPIRATOIRE

L’acidose respiratoire survient quand une diminution de la ventilation alvéolaire
conduit à une accumulation de CO2 et une augmentation de PaCO2 (> 42mmHg) :
ces acidoses sont dites hypercapniques (↑ pCO2).

                       ↑CO2 + H2O → H2CO3 → ↑ H+ + ↑ HCO3-



BIOLOGIE
• Elévation des bicarbonates plasmatiques.
• Hyperkaliémie modérée fréquente.
• Hypochlorémie.
• Le pH urinaire est acide car urine chargée en NH4+ (augmentation de l’excrétion des
 protons H+ au niveau rénal).
• La pO2 est abaissé puisque l'acidose est toujours secondaire à une hypoventilation
 alvéolaire.
Causes
 Certaines affections respiratoires : bronchite, emphysème…
 Dépression respiratoire (médicaments, drogues) ;
 Réduction de la zone d’échange pulmonaire (maladies restrictives pulmonaires
 : déformation thoracique, chirurgie d’exérèse pulmonaire) ;
 Maladies neuromusculaires touchant les muscles respiratoires ;
 Atteinte du SNC par traumatisme ou intoxication ;
 Anesthésie chirurgicale ;
 Certaines formes d’obésité ;
 Respiration d’un air à pCO2 augmentée.
ALCALOSE RESPIRATOIRE

hyperventilation, qui ne résulte pas d’une augmentation de la production
métabolique de CO2. Ces alcaloses sont dites hypocapniques (↓pCO2)
(< 36mmHg).

                     ↓CO2 + H2O ← H2CO3 ← ↓ H+ + ↓ HCO3-



 Élévation du pH et baisse du taux de bicarbonates plasmatiques, HCO3-, ce qui
  signe la nature respiratoire de l’alcalose.
 La régulation intervient par la diminution de la fréquence respiratoire et
 production d’une urine alcaline (élimination de l’excès de HCO3- par voie rénale).
Causes
Toutes les situations d’augmentation de la ventilation, d’origine respiratoire :
   Maladies respiratoires aigues ou chroniques ;
   Etat fébrile ;
   Lésions cérébrales ;
   Anémie ou autres anomalies du transport de l’oxygène ;
   Discours long parlé d’une voix forte ; parler en courant : les périodes de parole
   sont suivies de périodes d’hyperventilation (parler coupe en effet le rythme
   ventilatoire).
   Exposition à l’altitude (le manque d’O2 induit une hyperventilation) ;
Le trou anionique ( anion gap)
• (Na+ + K+) - (Cl- + Bicar) = 10 à 15
• si >> 15 = existence d ’un trou anionique
• signification = présence d ’un anion indosé
  lié à un acide tel que lactate, ac. Aminé, ac.
  cétonique , toxique...

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  • 1. EQUILIBRE ACIDE-BASE (2011/2012) A.CHIBAH Faculté de médecine - UMMTO
  • 2. Plan Introduction Origine des protons Régulation dé l’équilibre acido-basique - Systèmes tampons - Régulation physiologique Troubles de l’équilibre acide-base - Acidose métabolique - Alcalose métabolique - Acidose respiratoire - Alcalose respiratoire
  • 3. Introduction  L’équilibre acido-basique, ou homéostasie du pH, est une des fonctions essentielles de l’organisme.  Le pH (potentiel hydrogène) d’une solution est une mesure de sa concentration en ions H+. pH = - log [H+].  La [H+] dans l’organisme est très faible (concentration dans le plasma artériel = 0,00004 mEq/L soit 40 nmol/L), par rapport à d’autres ions (Na+≈135 mEq/L).
  • 4.  Chez l’homme, la constance du pH concerne non seulement le sang, mais également les autres humeurs et le contenu cellulaire. Cependant, le sang par son accessibilité immédiate, reste le meilleur reflet du pH du milieu intérieur.  Le pH sanguin varie de 7,36 à 7,42.  Le maintien strict d’un pH normal est essentiel car les fonctions enzymatiques de l’organisme sont très sensibles aux variations de [H+].  Des pH < 7 et > 7,8 sont incompatibles avec la vie.
  • 5. Généralités Le pH d’autres fluides de l’organisme peut être très différent: a) pH des sécrétions gastriques peut-être égal à 1 b) pH urinaire entre 4,5 - 8,5 Sang (7,35 à 7,45) ACIDE ALCALIN 7 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 Cola Acide de Eau Ammoniac batterie Vinaigre distillée Pluie Bicarbonate de Eau de Javel Jus de normale soude citron
  • 6. Le pH: une échelle logarithmique Le pH varie inversement avec la concentration de H+ pH de 6 = 10 fois plus acide (plus d’ions H+) que pH de 7 pH de 5 = 100 fois plus acide que pH de 7 pH de 4 = 1000 fois plus acide que pH de 7 pH de 8 = 10 fois plus alcalin (moins d’ions H+) que pH de 7 Une solution dont le pH est égal à 10 contient 1000 fois moins d'ions H+ que celle dont le pH est égal à 7 6 1023
  • 7. Pourquoi la concentration d’ H+est-elle étroitement régulée?  Protéines intracellulaires, enzymes et canaux membranaires sont très sensibles au pH (modifications de la structure III des protéines et donc de l’activité).  Modifications de l’excitabilité neuronale. Dépression du SNC en acidose, hyperexcitabilité en alcalose.  Modifications de la concentration en ions K+ du fait des échanges H+ K+ (acidose: au niveau du rein excrétion d’ H+ et réabsorption de K+ ; alcalose: le rein réabsorbe des H+ et excrète des K+. Le déséquilibre potassique crée des troubles de l’excitabilité, cardiaque notamment.
  • 8. Les sources de bases et d’acides • L’ingestion et la production d’acides sont plus importantes que celles des bases. Il y a nécessité d’une excrétion d’acides par l’organisme. • La source la plus importante d’acide est la production de CO2 liée au métabolisme aérobie. Le CO2 se combine avec l’eau pour former H2CO3. • La production d’ H+ à partir de CO2 et d’ H2O est la source d’acide la plus importante, environ 12500 mEq H+ chaque jour. • Si cette quantité d’acide était dissoute dans le volume plasmatique, cela entraînerait une concentration d’ion H+de plus de 4000 mEq/L alors qu’elle • n’est que de 0,00004 mEq/L, soit une différence de 108. • Le CO2 devra donc être éliminé de l’organisme. Les apports alimentaires et métaboliques en bases sont limités. Quelques anions sont susceptibles de générer des ions HCO3-. L’essentiel de l’équilibre acide-base va donc reposer sur l’élimination de l’excès d’acides.
  • 9. Origine des protons (H+) Groupement (SH) Acides gras Glucose METABOLISME Alimentation - Protéines Foie Muscle - Acides H2 SO4 Corps cétoniques Acide lactique H+ + Anions 2H+ + SO42- H+ + Anions H+ + Anions H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ POUMON : influence la valeur du pH REIN : élimination ~ 60 mmol / j de H+ en jouant sur l’élimination de CO2
  • 10. Une surcharge acide permanente  L’organisme est mieux armé pour lutter contre l’acidose 2 types d’acides volatiles fixes
  • 11. Source d’acides (H+) • Acides dits « Fixes » (30 à 40 mEq/m2/j) - Catabolisme cellulaire (la plupart) • Acide sulfurique: des acides aminés • Acide phosphorique: des phospholipides • Acide citrique, acide ascorbique. • Acide lactique : du glucose en anaérobie • Acides gras, Corps cétoniques - Estomac: acide chlorhydrique (HCl). - Elimination rénale. • Acides volatiles (13000 à 20000 mEq/J) • Catabolisme cellulaire: Métabolisme oxydatif. • Elimination pulmonaire : H+ + HCO3- H2CO3 CO2+ H2O • Acide carbonique (H2CO3) : transport de CO2 dans le sang
  • 12. EQUILIBRE ACIDE-BASE 3 Systèmes ou mécanismes physiologiques de maintien du pH. 1. Les systèmes tampons 2. La régularisation pulmonaire de la [CO2 ] ou ventilation 3. La régulation rénale • élimine les acides (et bases) en excès; • régénère les bicarbonates
  • 13. 1. Système chimique ● Les systèmes tampons chimiques réagissent instantanément, mais limités. 2. Systèmes fonctionnels ● Respiration pulmonaire ● Rein à long terme-lent. à court terme-rapide.
  • 14. Il existe une chronologie de la mise en œuvre.  (1)Les systèmes tampons sont la première ligne de défense, limitant de grandes variations.  (2)L’augmentation de la ventilation est une réponse rapide, pouvant prendre en charge près de 75% des perturbations de l’équilibre acide-base.  (3)Les reins sont beaucoup plus lents dans la mise en œuvre. Ils prennent en charge toutes les perturbations résiduelles du pH.
  • 16. 1. LES SYSTEMES TAMPONS Systèmes tampons Substances chimiques permettant d'absorber les acides forts et/ou les bases fortes (absorbe les ions H+ ou OH-).  un acide fort est complètement dissocié  un acide faible est faiblement dissocié  Un tampon d ’acide : association d ’un acide faible et de son sel d ’une base forte
  • 17. Les systèmes tampons: exemple (H++Cl-) + (Na++HCO3-) NaCl + H2CO3 Acide Fort Base Forte Acide Faible
  • 18. Exemple: Tampon acide carbonique - bicarbonate Formé d'un acide faible (acide carbonique) et de son sel (bicarbonate de sodium) Composante acide H2CO3 H+ + HCO3- Acide Ion Ion carbonique hydrogène bicarbonate Composante basique NaHCO3 Na+ + HCO3- Bicarbonate de Ion Ion sodium sodium bicarbonate
  • 19. Les différents systèmes tampons de l’organisme Le tampon comme son nom l’indique n’empêche pas le changement de pH mais il en limite l’amplitude. La plupart des tampons de l’organisme ont comme fonctions de fixer des ions H+. Intracellulaires Extracellulaires Ce sont surtout:  Tampon H2CO3 / HCO3- .  les protéines.  Tampon phosphate.  Tampon protéines.  les ions phosphates (HPO42-).  l’hémoglobine- Ce sont les bicarbonates produits par oxyhémoglobine. le métabolisme du CO2 qui constituent Le tamponnement des ions H+ par le système tampon extracellulaire le l’Hb libère dans le GR un ion HCO3- qui plus important de l’organisme. va gagner le plasma (échange avec Cl-).
  • 20. Tampons intracellulaires : Hémoglobine AU NIVEAU DES POUMONS
  • 21. AU NIVEAU DES TISSUS
  • 22. Tampons extracellulaires : H2CO3 / HCO3-  La concentration d’ions bicarbonates est d’environ 24 mEq/L dans le plasma alors que la concentration d’ions H+ est seulement de 0,00004 mEq/L. C’est la fixation des ions H+ par l’hémoglobine qui explique cette différence.  Les HCO3 - plasmatiques sont ainsi disponibles pour tamponner les excès d’ions H+ d’origine métabolique.  La réaction : CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- régit le fonctionnement de ce système tampon.  Le pH est déterminé par l'équation d'Henderson-Hasselbach : HCO3- pH = 6,1 + log 0,03. pCO2 • pKa (HCO3- / H2CO3) = 6,1 HCO3- : facteur rénal ou métabolique • [H2CO3] = 0,03 x pCO2 • α = 0,03 : coefficient de solubilité du CO2 pCO2 : facteur ventilatoire ou pulmonaire • pCO2 = 40 mmHg ou 5,3 KPa
  • 23. Sachant que les concentrations de CO2 et de HCO3- sont dans un rapport de 1/20 et considérant une concentration en HCO3- chez l’Homme de 24 mmol/l et [CO2]= 1,2 mmol/l, le pH sanguin calculé sera égal : 6,1 + log 20 = 7,40 Le tampon bicarbonate présente l’avantage de pouvoir fonctionner en système ouvert ! Supposons maintenant un apport de 2 mmoles/l de H+: En système fermé: la concentration de HCO3- devient donc 24-2 = 22 mM et la concentration en CO2 sera égale à 1,2+2 = 3,2 mM, d'où le pH: En système ouvert, et en ne considérant que l'élimination du CO2 en excès par voie respiratoire, nous obtenons:
  • 24.  Si le CO2 augmente, la réaction se déplace vers la droite. CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Les taux d’H+ et d’HCO3- sont augmentés. Il n’y a pas de mise en jeu particulière du système tampon car pas de fixation des ions H+et pas de formation d’acide carbonique.  Si on ajoute des ions H+ dans le secteur plasmatique, les bicarbonates plasmatiques vont agir comme tampon et l’équation se déplacer vers la gauche. CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-  A l’équilibre, une partie des H+ ajoutés a été tamponnée par les bicarbonates, et donc la quantité d’ H+ est modérément élevée. La quantité d’ HCO3- a diminué, CO2 et H2O ont augmenté:  CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Dans ce cas, l’augmentation de CO2 n’ a cependant pas lieu car une augmentation immédiate de la ventilation survient.
  • 25. 2. LA REGULATION PHYSIOLOGIQUE Respiration pulmonaire: à court terme - rapide Rein : à long terme – lent.
  • 27. La ventilation va pouvoir ajuster le pH par l’intermédiaire de deux stimuli: H+ et pCO2 Chémorécepteurs aortiques et carotidiens • Stimulés par l’augmentation de [H+] plasmatique. • Stimulation des centres respiratoires bulbaires. • Augmentation de la ventilation, élimination de plus de CO2 et transformation des ions H+en H2CO3. Chémorécepteurs centraux • H+ne traversent pas la barrière hémato-encéphalique. Mais les changements de pH modifient la pCO2 et le CO2 stimule les chémorécepteurs centraux. Cette stimulation chémosensible va permettre de répondre à toute modification du pH et du CO2 plasmatique
  • 28. Modifications de la ventilation liées à des modifications métaboliques
  • 29. Régulation rénale Les reins interviennent de deux façons:  en excrétant ou en réabsorbant des ions H+. en augmentant ou diminuant le taux de réabsorption des ions HCO3- . Réabsorption des bicarbonates • Les ions HCO3- sont majoritairement réabsorbés au niveau du tubule proximal. • Les ions H+ sont également excrétés au niveau du tubule proximal Les voies de réabsorption et d’excrétion sont illustrées dans la figure suivante
  • 30. Localisation des principales zones du néphron qui participent à la régulation de l’équilibre acide-base Lieux de modification de l’excrétion et de la réabsorption des ions H+ et HCO3-
  • 34. Tampons, ventilation et excrétion rénale prennent en charge les variations de pH plasmatique.  Si accumulation ++ d’ions H+ ou OH- : déviation de la valeur en dehors des valeurs normales de pH plasmatique (7,38 – 7,42).  Ces perturbations sont soit une acidose, soit une alcalose, caractérisées par leur cause primaire : respiratoire ou métabolique.  La nature respiratoire provient d’une modification de la ventilation alvéolaire (HYPO ou HYPER).  La nature métabolique provient d’une accumulation excessive d’acides ou de bases, sans lien avec la ventilation quant à leur origine.
  • 35. INTERET Minimes: Elles n'entraînent pas de traitement spécifique en dehors du traitement de la cause. Majeures: Elles peuvent engager le pronostic vital et appellent un traitement visant à corriger le trouble et simultanément un traitement étiologique.
  • 37. Baisse du pH et baisse du taux de bicarbonates plasmatiques, HCO3- (Ce qui va distinguer une acidose métabolique d’une acidose respiratoire). L’augmentation de CO2 qui devrait survenir est compensée par une hyperventilation immédiate. Il existe également une excrétion d’ion H+et une réabsorption d’ion HCO3-. ↑ CO2 + H2O ← H2CO3 ← ↑H+ + ↓ HCO3-  Le pH urinaire est bas en cas d'acidose métabolique (<5,3).  Un pH retrouvé élevé (>6) témoigne d'une anomalie rénale. Causes  Charge acide (Exogène : intoxication par ClNH4… Endogène : acidocétose, acidose lactique…  Défaut d’élimination des acides (Défaut d’élimination des ions H+ par le rein : acidose rénale, IR sévère). Perte de bicarbonates (Digestive : Diarrhée, fistule digestive…Rénale : défaut de réabsorption de HCO3- par le tube proximal (acidose rénale proximale type 2).
  • 38. ALCALOSE METABOLIQUE C’est le résultat d’une diminution de la concentration d’ions H+ (causes : médicaments, vomissements importants). ↓ CO2 + H2O → H2CO3 → ↓H+ + ↑HCO3- Elévation des ions HCO3- (> 28mM); Compensation respiratoire rapide entraînant une augmentation rapide mais limitée de la PaCO2 ; Excrétion d’ions HCO3- et réabsorption d’ion H+. Causes  Charge alcaline Exogène : Bicarbonates i.v. , citrate i.v. (transfusions massives), Syndrome des buveurs de lait et d’alcalins (apport exagéré de carbonate de Ca++).  Perte d’acide Digestive : vomissements, aspiration gastrique (perte HCl ) . Rénale : augmentation d’élimination de H+ par le tube collecteur : Hyperaldostéronisme Iaire ou IIaire, hypokaliémie, diurétiques, hypercalcémie.
  • 39. Contrôle de l’excrétion d’acide Au niveau des canaux collecteurs corticaux, des tubules connecteurs et des tubules collecteurs initiaux, dans la partie distale du néphron, il existe des cellules spécialisées dites intercalaires.  Ces cellules sont riches en anhydrase carbonique et comporte des H+ATPase ou des ATPases échangeant H+ contre K+. Les bicarbonates sont mobilisés par des contre transports HCO3-:Cl-  Les cellules de type A interviennent en cas d’acidose plasmatique, alors que les cellules de type B sont activées en cas d’alcalose.
  • 40. Le rein et le pH • Cellule intercalaire de type A • Cellule intercalaire de type B
  • 41. Acidose, alcalose et kaliémie • pH de O.1 Kaliémie de 0.6 • pH de O.1 Kaliémie de 0.6 1 . Dans les cellules de l’organisme H+ K+ 2. Dans le tube contourné distal ACIDOSE ALCALOSE H+et non K+ Pas de H+ Na+ K+ Na+ Acidose = hyperkaliémie Alcalose = hypokaliémie
  • 42. ACIDOSE RESPIRATOIRE L’acidose respiratoire survient quand une diminution de la ventilation alvéolaire conduit à une accumulation de CO2 et une augmentation de PaCO2 (> 42mmHg) : ces acidoses sont dites hypercapniques (↑ pCO2). ↑CO2 + H2O → H2CO3 → ↑ H+ + ↑ HCO3- BIOLOGIE • Elévation des bicarbonates plasmatiques. • Hyperkaliémie modérée fréquente. • Hypochlorémie. • Le pH urinaire est acide car urine chargée en NH4+ (augmentation de l’excrétion des protons H+ au niveau rénal). • La pO2 est abaissé puisque l'acidose est toujours secondaire à une hypoventilation alvéolaire.
  • 43. Causes Certaines affections respiratoires : bronchite, emphysème… Dépression respiratoire (médicaments, drogues) ; Réduction de la zone d’échange pulmonaire (maladies restrictives pulmonaires : déformation thoracique, chirurgie d’exérèse pulmonaire) ; Maladies neuromusculaires touchant les muscles respiratoires ; Atteinte du SNC par traumatisme ou intoxication ; Anesthésie chirurgicale ; Certaines formes d’obésité ; Respiration d’un air à pCO2 augmentée.
  • 44. ALCALOSE RESPIRATOIRE hyperventilation, qui ne résulte pas d’une augmentation de la production métabolique de CO2. Ces alcaloses sont dites hypocapniques (↓pCO2) (< 36mmHg). ↓CO2 + H2O ← H2CO3 ← ↓ H+ + ↓ HCO3-  Élévation du pH et baisse du taux de bicarbonates plasmatiques, HCO3-, ce qui signe la nature respiratoire de l’alcalose.  La régulation intervient par la diminution de la fréquence respiratoire et production d’une urine alcaline (élimination de l’excès de HCO3- par voie rénale).
  • 45. Causes Toutes les situations d’augmentation de la ventilation, d’origine respiratoire : Maladies respiratoires aigues ou chroniques ; Etat fébrile ; Lésions cérébrales ; Anémie ou autres anomalies du transport de l’oxygène ; Discours long parlé d’une voix forte ; parler en courant : les périodes de parole sont suivies de périodes d’hyperventilation (parler coupe en effet le rythme ventilatoire). Exposition à l’altitude (le manque d’O2 induit une hyperventilation) ;
  • 46. Le trou anionique ( anion gap) • (Na+ + K+) - (Cl- + Bicar) = 10 à 15 • si >> 15 = existence d ’un trou anionique • signification = présence d ’un anion indosé lié à un acide tel que lactate, ac. Aminé, ac. cétonique , toxique...