Physiologie de l’équilibre acide-base

1. Physiologie de l’équilibre acide-base

2. Définitions • Proton = ion H+ = atome d’hydrogène qui a perdu son électron • Acide : • donneur de proton • Ex: HCl → H+ + Cl-, • Ex: acide lactique → H+ + lactate (CH3-CHOH-COOH → H+ + CH3-CHOH-COO-) • d’autant plus fort qu’il cède facilement des protons • Acidose: augmentation [H+]

3. Définitions • Base : accepteur de protons, donc absorbe les protons • Ex: HCO3- (bicarbonate) • HCO3- + H+→ H2CO3 • Alcalose: diminution [H+]

4. Définitions • pH: • Reflète la concentration en protons H+ dans une solution • pH = -log[H+] • si [H+] = 40-9 (40 nmoles/l), alors pH= 7,4, c’est le cas du compartiment extracellulaire • Si [H+] = 100-9 (100 nmoles/l), alors pH= 7, c’est le cas en intracellulaire

5. Définitions • pH des cellules et des liquides de l’organisme maintenu dans d’étroites limites : 7,40 +/- 0,02 par des systèmes de régulation • Mesuré par gazométrie artérielle ou veineuse

6. Gazométrie artérielle • pH (pas d’unités) • PaCO2: pression artérielle en CO2 (mmHg) • HCO3- : bicarbonates (mmol/l) • PaO2: pression arterielle en oxygène (mmHg)

7. Pourquoi réguler l’équilibre acide-base • Si acides non éliminés → acidose : • toxique pour fonctionnement des cellules • Enzymes proteiques inactivées • pH intracellulaire= 7, pH extracellulaire =7.4 • Nécessité que différence entre entrée et sortie de protons = 0

8. Bilan entrée-sortie en protons • Entrée = Production acide par organisme: • Acides carboniques (CO2) par combustion des glucides et lipides • Acide lactique (globules rouges, effort) • Production de 70 millions de nmoles/j • Sortie : • Par la respiration : C02 • Par le rein: élimination d’H+ dans les urines • Neutralisation dans l’organisme par les systèmes tampons

9. Comment se régule le pH • A court terme (minutes): systèmes tampons • A moyen terme (heures): ventilation pulmonaire (respiration) • A plus long terme (jours): rein

10. Systèmes tampons • Molécules capables de limiter les variations de pH induites par la présence d’acides ou de bases • Substance qui capte H+ ou OH- pour limiter les variations de pH dans une solution

11. Systèmes tampons • AH ↔ A- + H+ • pH = pK + log ([A-]/[AH]) • pK est le pH ou le tampon est en quantité égale sous forme dissociée (A-) et non dissociée (AH) K = constante de dissociation

12. Systèmes tampons • Pouvoir tampon d’une molécule d’autant meilleur que son pKa est proche des valeurs de pH à réguler • Ex: pH du sang = 7,4 • Tampons: • Bicarbonate: HCO3- / H2CO3 , pK = 6,1 • Phosphore: PO43- / HPO4--, pK = 2,15

13. Système tampon bicarbonate • H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O • Anhydrase carbonique • Actif en intra et extracellulaire

14. Système tampon bicarbonate = ouvert • Si présence d’acide en excès (augmentation H+): H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O CO2 éliminé par voie respiratoire • Si présence de base en excès (diminution H+): H+ + HCO3- ← H2CO3 ← CO2 + H2O HCO3- éliminé par voie rénale

15. Équilibre de cette réaction représenté par l’ équation de Henderson-Hasselbalch: pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/ 0.03 x PaCO2) • Si HCO3- baisse, pH baisse • Si PaCO2 augmente, pH baisse

16. Autres tampons de l’organisme • Phosphates (intracellulaire) HPO4-- + H+ ↔ H2P04- • Hemoglobine (tampon dans globules rouges) HbO2- + H+ ↔ HbO2- • Albumine/albuminate (plasma)

17. Ventilation pulmonaire • Volume courant • Fréquence respiratoire • Volume/ minute • Espace mort

18. Ventilation pulmonaire • régule le pH en faisant varier la pression en CO2 du sang (PaCO2) • augmentation de la ventilation : • → augmentation de l’élimination de CO2 • → donc diminution PaCO2 et augmentation pH

19. Ventilation pulmonaire • augmentation de la ventilation car récepteurs : • Appelés chémorécepteurs • sur le bulbe du tronc cérébral, activés lorsque le CO2 augmente dans liquide céphalo-rachidien • sur le glomus carotidien, activés lorsque le pH sanguin diminue

20. Ventilation • PaCO2 normale = 40  3 mmHg • Ventilation/minute normale = 5-7 l/min • Toute augmentation de PaCO2 de 1 mmHg augmente la ventilation pulmonaire de 2,4 l/min • Toute baisse de pH sanguin augmente aussi la ventilation

21. Rôle du rein nephron • Production urine primitive par filtration à travers le glomérule • Réabsorption et sécrétion de substances le long du tubule → urine finale

22. Rôle du rein • Régule le pH : • par réabsorption dans le tubule du rein des HCO3- qui traversent le glomérule • en fabriquant des HCO3- dans les cellules des tubules et en éliminant en même temps les H+ fabriqués

23. Rôle du rein: formation d’ ammoniaque Lumière tubulaire vaisseaux CO2 + H20 CO2 H2CO3 HCO3- H+ + HCO3- NH3 + H+ NH4+ Glutamine NH4+

24. Rôle du rein: formation de phospahtes Lumière tubulaire vaisseaux HPO4 -- H+ + HCO3- HCO3- H2CO3 H2O + CO2 CO2 H2PO4-

25. En résumé • Face à une charge acide aigue, l’organisme maintient [H+] constant • en captant les H+ par les tampons intra et extracellulaires (surtout HCO3-) • puis en éliminant le CO2 produit par la respiration • et en augmentant l’élimination rénale d’H+ et la réabsorption d’HCO3-

26. En résumé • Face à une charge en base, l’organisme maintient [H+] constant • en libérant des H+ par les tampons intra et extracellulaires (surtout HCO3-) • puis en diminuant l’élimination de CO2 par la respiration (hypoventilation) • et en diminuant l’élimination rénale d’H+ et la réabsorption d’HCO3-

27. Valeurs normales • pH artériel = 7,40 +/- 0,02 • PaCO2 = 38 +/- 2 mmHg (1 kPa = 7,5 mmHg) • HCO3- = 23 à 27 mmol / l

28. Acidose • Acidose : quand pH sanguin baisse (<7,38) • pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/[ 0.03 x PaCO2]) • mécanisme • Respiratoire : par augmentation de PaCO2 • Métabolique : par baisse HCO3-

29. Alcalose • Alcalose: quand pH augmente (>7,42) • pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/[ 0.03 x PaCO2]) • Mécanisme: • Respiratoire : par baisse de PaCO2 • Métabolique: par augmentation de HCO3-

30. causes • Acidose: • Respiratoire • maladies qui font baisser la ventilation: coma, insuffisance respiratoire chronique (tabac), myopathie • Métabolique • maladies qui font baisser les HCO3-:diarrhée, insuffisance rénale • ou augmenter les H+: acidocetose diabetique, baisse de tension importante

31. causes • Alcaloses: • Respiratoire: augmentation ventilation • Hypoxémie • Troubles neurologiques, douleur • Métabolique: • Fuite d’acide : vomissements • Diuretiques de l’anse