Equilibre acido-basique

1. Equilibre acido-basique • 1. CONTRÔLE DE L’EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE Généralités Origine des ions H+ Elimination des ions H+ Transport des ions H+ : les systèmes tampons Régulation du pH Thierry PETITCLERC Biophysique du milieu intérieur PCEM1 – Université Paris 6

2. Contrôle de l’équilibre acido-basique • Le pH du sang artériel du sujet normal est : • - remarquablement stable (DpH = ± 0,02 soit pH = ± 5%) grâce aux tampons • - remarquablement constant (pH = 7,40 ± 0,02 soit 41 ± 2 nmol/L d’ions H+) malgré une agression acide continue grâce à une régulation particulièrement efficace. • NB : - 7,40 = pH basique (pH neutre = 6,8 à 37°C) • - pHintracellulaire < pHextracellulaire (cf Donnan) • - limites pH compatible avec la VIE : 6,8 - 7,8 (16-160 nmol/L H+) • - pHsang veineux < pHsang artériel

3. Origine des ions H+ • a) Acides volatils • volatil peut s’échapper de la solution qui le contient • CO2dissous : - est un acide : CO2d + (H2O) HCO 3- + H+ • - est volatil : CO2 CO2d • CO2dissous : - est le seul acide volatil • - n’est pas totalement dissocié (pK=6,1) au pH de l'organisme. - production : ~ 20 000 mmol/j

4. b) Acides fixes • - fixe ne peut s’échapper de la solution qui le contient. • - sont totalement dissociés au pH de l'organisme (se comportent comme des acides forts) • Acides fixes 2) Acides fixes organiques • minéraux • - XH X- + H+ - YH Y- + H+ • - X- n'est pas métabolisable - Y- est métabolisable • - Production : ~ 35 mmol/j - Production : ~ 2000 mmol/j • - ex : acide phosphorique - ex : acide lactique • (1ère acidité)

5. Elimination des ions H+ • a) Le métabolisme • O2 • H+ + anion organique- CO2 (+H2O) • - consommation sur place des ions H+(pas besoin de transport) • - nécessite O2 • N.B. : hypoxie acidose lactique • augmentation des lactates • apport de lactate de sodium alcalose lactique

6. glucose 2 acide lactique 2 H+ 2 lactate-6 O2 2 HCO3- 2 CO2 + 2 H2O 4 CO2 + 4 H2O glycolyse anaérobie (fermentation lactique) glycolyse aérobie (cycle de Krebs)

7. anhydrase carbonique • b) Le poumon • mécanisme : H+ + HCO3- CO2d CO2 • éliminé par le poumon • - consomme du bicarbonate • c) Le rein • mécanisme : (CO2)plasma (HCO3-)plasma + (H+)urine • (H+)plasma + (HCO3-)plasma (CO2)plasma • Bilan : (H+)plasma (H+)urine • NB : (H+)urine est pris en charge par les tampons urinaires (phosphates…) • et par NH3.

8. Bilan des ions H+ 20 000 mmol/j CO2 non expiré dissocié Acide volatil CO2 20 000 mmol/j partiellement HCO3- POUMON dissocié dissocié Acides fixes non métabolisés 70 mmol/j X- Ions H+ libres totalement 70 mmol/j H+ urinaire 70 mmol/j dissociés REIN excrété (urines) 2000 2000 mmol/j mmol/j Acides fixes métabolisés 2000 mmol/j totalement dissociés CO2 METABOLISME Anions organiques Y- (lactate etc.)

9. Bilan des ions H+ • Afin d'éviter une production ou une consommation continuelle de bicarbonate empêchant la stabilité de [HCO3-]: • - le poumon doit éliminer une quantité d'ions H+ égale à celle provenant de la dissociation de CO2dissous. • - le métabolisme doit consommer une quantité d'ions H+ égale à celle provenant de la dissociation des acides fixes organiques normalement métabolisés (~ 2000 mmol/j). • le rein doit éliminer le reste des ions H+, c’est-à-dire une quantité égale à celle provenant de la dissociation des acides fixes minéraux (~ 35 mmol/j) et des acides fixes organiques non métabolisés (~ 35 mmol/j).

10. Transport des ions H+ production transport élimination CO2 expiré (Pco2) CO2 CO2 non dissocié CO3H- CO2 CO3H- consommation génération dissocié H+ tamponné H+ tamponné H+ H+ urines Acides fixes consommation génération TAMPONS

11. URINE POUMON CO2 CO2dissous HCO3-+ H+ a pKHCO3-/CO2 Transport des ions H+ • Les systèmes tampons de l’organisme • - ne régulent pas le pH, mais tamponnent ses variations • - action immédiate • a) Description • 1) Le tampon bicarbonate • - c’est un tampon OUVERT

12. 1) a = 0,03 (mmol/L) / mmHg • 2) • Henderson-Hasselbach : • - tampon principalement EXTRA-CELLULAIRE • 2) Les autres tampons • a) MACROMOLECULAIREStampons fermés (ne peuvent • - cellulaires : protéines pas s'échapper de l'organisme) • - érythrocytaires : hémoglobine • - plasmatiques : protéines (peu important)

13. b) MICROMOLECULAIRES • dans un secteur fermé de l’organisme • - tampons intra-cellulaires • - tampons osseux • dans un secteur ouvert de l’organisme (VEC) • - phosphates : rôle négligeable dans le milieu intérieur • c) Conclusion :les tampons autres que le bicarbonate sont TOUS fermés et assimilables à un seul tampon fermé A-/AH de pK moyen 6,8. • d) Remarques : 1) Fermé (= "ne peut s'échapper de l'organisme")≠ Fixe (= "ne peut s'échapper de la solution qui le contient", mais peut s'échapper de l'organisme). • 2) Tampon fermé → [A-] + [AH] = constante

14. b) Importance relative : pouvoir tampon • 1) Définition • C’est le nombre de meq d’ions H+ libres qu’il faut ajouter (ou retrancher) dans un litre de solution tampon pour faire diminuer (ou augmenter) son pH d’une unité. • 2) Mesure • Méthode : TITRATION par adjonction d’acide ou de base

15. a) adjonction d’un acide fixe (ex : HCl) • en maintenant la concentration [CO2d] de l’acide volatil constante (→ à Pco2 constante) • HCO3- • H+ajouté est tamponné par ou • tampon fermé A- • [H+]ajouté = - [HCO3-] -  [A-] • on mesure le pouvoir tampon total (T. ouvert + T. fermés) • D (conc.acides fixes) = -  ([HCO3-] + [A-])

16. en partie • b) adjonction de l’acide volatil CO2 • en maintenant la concentration en acides fixes constante • CO2 HCO3- + H+ • [H+]ajouté =  [HCO3-] • H+ajouté est tamponné uniquement par les tampons fermés • → 1) on mesure seulement le P.T. des tampons fermés • 2) [H+]ajouté = -  [A-] • 3)  ([HCO3-] + [A-]) = 0 • cas général : D (conc. acides fixes) = -  ([HCO3-] + [A-])

17. 3) Résultats : • a)Pouvoir tampon des tampons fermés • localisation nature pouvoir tampon • (meq d’ions H+/L de plasma)/u.pH • - plasmatique protéines 4* • - érythrocytaire hémoglobine 30** • - intracellulaires protéines 22*** • mesures obtenues par : • * titration du plasma in vitro • ** titration du sang in vitro (plasma en présence d’hématies) • *** titration du sang in vivo avant compensation rénale (plasma en présence du LEC peu tamponné et des tampons intra-cellulaires)

18. b) P.T. du tampon bicarbonate (ouvert, extra-cellulaire) • P.T. = 45 meq d’ions H+ par litre de plasma / u.pH • NB : à concentration égale, un tampon ouvert est PLUS EFFICACE qu’un tampon fermé.

19. anhydrase carbonique Régulation de l’équilibre acido-basique rein poumon • - Le poumon est capable de réguler le pH en ajustant la concentration en acide volatil [CO2dissous] par un contrôle (cérébral) de la PCO2. • - Le rein est capable de réguler le pH en ajustant la concentration en acides fixes par un contrôle de la concentration [HCO3-] en bicarbonates grâce à une élimination adéquate de H+ dans les urines : • mécanisme : (CO2)plasma (HCO3-)plasma + (H+)urine

20. Régulation du pH PCO2 Concentration en acide volatil [CO2dissous] Poumon (contrôle cérébral de la respiration) pH Concentration en acides fixes Rein (cellules tubulaires) Elimination urinaire des acides fixes

21. Valeurs normales • Le pH dépend des concentrations en acide volatil [CO2]d et en acides fixes. • Un état acidobasique normal correspond à un ajustement par le poumon de la concentration [CO2]dissous en acide volatil à sa valeur normale, soit 1,2 ± 0,1 mmol/L (→ PCO2 = 39 ± 3 mmHg) et à un ajustement par le rein de la concentration en acides fixes à sa valeur normale conduisant donc à un pH normal, soit 7,40 ± 0,02. • On déduit de la relation d'Henderson-Hasselbach que la valeur normale de la concentration [HCO3-] des bicarbonates est égale à 24 ± 3 mmol/L* • Nous prendrons : pH = 7,40 • dans le sang artériel : PCO2 = 40 mmHg → [CO2]d = 1,2 ± 0,1 mmol/L • [HCO3-] = 24 mmol/L • *NB : Le laboratoire mesure généralement : • [CO2]total = [HCO3-] + [CO2]d = 25 ± 3 mmol/L