06.03.2015 PAPAGNO Prescillia L3 CR : MACIOW

RVU-AGM – Physiologie de l’équilibre acido-basique
Anomalies du bilan acido-basique
06.03.2015
PAPAGNO Prescillia L3
CR : MACIOW Benjamin
RVU-AGM
Professeur DUSSOL
16 pages
Physiologie de l’équilibre acido-basique
Anomalies du bilan acido-basique
Plan
A. Rappels sur l'équilibre acide/base chez l'homme
I. Les deux types d'acide
II. Tamponnement d'une charge acide (les 3 lignes de défense)
III. Les tampons chez l'homme
B. Principes de physiologie concernant l'équilibre acide/base
I. pH extra-cellulaire et intracellulaire
II. Sources d'acides et de bases chez l'homme
C. Rôle du rein dans l'équilibre acide/base
I. Réabsorption des HCO3- filtrés
II. Régénération des HCO3D. Les acidoses métaboliques
I. Définition et diagnostic
II. Exploration d'une acidose métabolique
A. Rappels sur l'équilibre acide/base chez l'homme
Le pH sanguin est maintenu à 7,40 ce qui correspond à une concentration de H+ dans le secteur extra-cellulaire
très basse de 40 nmol/litre.
Le pH est maintenu alcalin bien que l'organisme produise de grandes quantités d'acide sous deux formes :
1) un acide volatil, l'acide carbonique (H2CO3) venant du CO2
2) des acides non volatils
I. Les deux types d'acide
•
L'acide carbonique (H2CO3)
–
Il est constitué à partir du CO2 qui est le produit terminal du métabolisme oxydatif (toutes les cellules)
–
Source majeure d'acide : 13.000 à 20.000 mmol de CO2 formées par jour
–
Hydratation de CO2 : CO2 + H20 ↔ H2CO3 ↔ H+ = HCO3-
Hydroxylation de CO2 : HOH ↔ H+ + OH- puis OH- + CO2 ↔ HCO3NB : nécessité de l'anhydrase carbonique pour cette réaction
– Le CO2 est rapidement éliminé par le poumon = acide volatil
–
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•
Les acides non volatils
Les acides non volatils sont produits à partir de l'alimentation et du métabolisme.
Les sources d'acides non volatils sont les protéines alimentaires et le métabolisme des phosphodiesters (voir
infra).
II. Tamponnement d'une charge acide (les 3 lignes de défense)
On peut schématiquement décrire 3 lignes de défense contre une agression acide :
– la ligne de défense physicochimique, d'action instantanée
– la ligne de défense respiratoire, d'action rapide
– la ligne de défense rénale, d'action lente
Ces 3 lignes de défense permettent de réguler le pH pour qu'il reste compris entre 7,38 et 7,42.
En dessous de 7,38 on parle d'acidose. Au dessus de 7,42 on parle d'alcalose.
pH = log 1/[H+]
Un tampon est une substance qui capte les ions H+ dans une solution pour limiter les variations de pH.
Un tampon est constitué par l'association d'un acide faible et de sa base conjuguée :
– acide fort + sel basique ↔ sel neutre + acide faible
– Dans le cas de l'acide chlorhydrique :
HCl + NaHCO3 ↔ NaCl + H2CO3 (Ac. chlorhydrique donne un acide plus faible : acide carbonique)
•
1ère ligne de défense physicochimique : les systèmes tampons
L'équation d'Henderson- Hasselbach s'écrit :
pH = pK + Log acide/base
Pour le tampon HCO3-/H2CO3 la réaction s'écrit :
pH = pK + Log (HCO3-)/(CO2 dissous)
pH = 6,1 + Log 24/0,03 PaCO2 = 6,1 + Log 24/0,03.40
pH = 6,1 + Log 24 mmol/1,2 mmol = 6,1 + Log 20 = 7,4
Si on ajoute 12 mmol de HCl dans 1 litre de liquide extra-cellulaire, on obtient la réaction :
12 HCl + 24 NaHCO3 ↔ 12 NaCl + 12 NaHCO3 + 12 H2CO3
puis 12 H2CO3 ↔ 12 CO2 + 12 H2O
On diminue dans l'équation le numérateur de 12 et on augmente le dénominateur de 12 :
pH = 6,1 + Log 12/1,2 + 12 = 6,1 + Log 12/13,2 = 6,06
Les tampons n'empêchent donc pas la diminution du pH mais la limite..
La première ligne de défense contre les agressions acides est le tampon bicarbonate.
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2ème ligne de défense : ligne de défense respiratoire
Si dans l'équation précédente on considère que le système tampon est ouvert et que les 12 CO2 sont éliminés
par le poumon, l'équation devient :
pH = 6,1 + Log 12/1,2 = 6,1 + Log 10 = 7,1
En fait, le poumon fait plus car l'acidose provoque une hyper-ventilation alvéolaire ce qui entraîne une
baisse de la PaCO2.
Si la PaCO2 descend jusqu'à 23 mmHg, l'équation devient :
pH = 6,1 + Log 12/0,03.23 = 7,34
•
3ème ligne de défense : ligne de défense rénale
A ce stade le pH est presque normalisé, toutefois la concentration plasmatique en HCO3- est abaissée de 12
mmol/L.
Le rein intervient alors pour restaurer la concentration des HCO3-.
III. Les tampons chez l'homme
Les tampons extra-cellulaires sont représentés essentiellement par le tampon bicarbonate/acide carbonique :
HCO3-/H2CO3 ↔ H2O et CO2
Le tampon HCO3-/H2CO3 est un bon tampon car :
1) Il appartient à un système ouvert en relation
avec le poumon qui élimine le CO2
avec le rein qui réabsorbe et régénère les HCO32) Sa concentration dans le secteur extra-cellulaire est élevée.
Les tampons intracellulaires sont les protéines : Hb dans les globules rouges, protéines et phosphate dans les
autres cellules.
Le squelette est un immense réservoir de sels alcalins.
Une acidose métabolique chronique entraîne une ostéoporose précoce dû à la lyse osseuse (libération tampons
phosphates et carbonates) engendrée par l'acidose.
•
Tamponnement du CO2 et rôle du poumon
Le CO2 est tamponné pour 80% par le tampon bicarbonate dans les hématies tandis qu'une très faible partie du
CO2 est sous forme dissoute.
Les poumons éliminent le CO2.
Des chémorécepteurs centraux et périphérique analysent la pression partielle artérielle de CO2 (PaCO2).
La PaCO2 stimule (en cas d'élévation) ou inhibe (en cas de diminution) les centres respiratoires.
Si le pH diminue, les chémorécepteurs vont générer une hyper-ventilation (l'inverse est vrai).
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B. Principes de physiologie concernant l'équilibre acide/base
I. pH extra-cellulaire et intracellulaire
Le pH sanguin est maintenu dans une fourchette très étroite de 7,38 à 7,42.
Ceci correspond à une toute petite quantité d'ions H+ dans le secteur extra-cellulaire (40 nmol/L) par rapport
aux autres ions.
La concentration en H+ dans le cytosol est de 80 à 100 nmol/L, le pH intracellulaire est plus acide que celui du
plasma variant de 6,8 à 7,2 en fonction des tissus.
II. Sources d'acides et de bases chez l'homme
•
Les sources d'acides sont les protéines et les phosphodiesters :
Protéines : sur 20 AA, 13 sont neutres, leur métabolisme ne génère pas d'ion H+. Cinq AA (lysine, arginine,
histidine, cystine et méthionine) ont un métabolisme qui génère des H+ sous forme d'acide chlorhydrique (HCl)
ou sulfurique. (non volatils)
Les phosphodiesters sont les principaux anions du milieu intracellulaire (ADN, ARN, phospholipides, ATP, …)
Les produits de leur métabolisme sont : HPO42- et H+.
L'anion phosphate divalent (HPO42-) est filtré par le rein.
Comme le pH du fluide tubulaire tend à s'acidifier et à passer en-dessous du pK de HPO42-,
HPO42- et H+ vont se recombiner pour former H2PO4-.
Ceci correspond à l'acidité titrable (voir infra). Ainsi les phosphates organiques génèrent des H+ mais avec un
« partenaire » qui favorise son élimination.
•
Les sources de bases sont les protéines et les anions métabolisables :
1) Protéines : le catabolisme des protéines qui fournit des acides aminés anioniques : aspartate et
glutamate
2) Anions métabolisables : le catabolisme d'anions organiques métabolisables (citrate, lactate,
gluconate...) fournit des bicarbonates
Sources d'acides et de bases chez l'homme ayant une alimentation standard :
Nutriments
Protéines : acides aminés générant des H+
Phosphates organiques
Quantités de H+ ou de HCO3- formée
210 mmol d'H+
30 mmol d'H+ (et de HPO42-)
Protéines : acides aminés générant des HCO3-
110 mmol de HCO3-
Anions organiques (citrate, lactate...)
60 mmol de HCO3-
Excrétion des phosphates organiques
30 mmol de HCO3- (sous forme H2PO4-)
L'excrétion nette de H+ sous forme de NH4+ est donc d'environ 40 mmol par jour.
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•
Autres sources d'acides
Le catabolisme des glucides et des lipides produit des lactates et des corps cétonique qui sont en physiologie
métabolisés, la production nette d'ions H+ est donc très faible.
La production d'H+ à partir des glucides ou des lipides peut cependant beaucoup augmenter dans certaines
situations physiologiques ou pathologiques :
– l'exercice musculaire ou l'hypoxie génèrent de l'acide lactique
– le diabète déséquilibré génère des corps cétoniques.
C. Rôle du rein dans l'équilibre acide/base
Le rôle du rein dans l'équilibre acide base est double :
1) réabsorber les HCO3- filtrés
2) régénérer des HCO3- en excrétant la charge acide sous forme de :
–
NH4+ (+++)
–
acidité titrable
Une très faible quantité d'H+ sera libre et va déterminer le pH des urines
I. Réabsorption des HCO3- filtrés
Les HCO3- sont librement filtrés par le glomérule avant d'être complètement réabsorbés en particulier dans le
tube proximal.
Le seuil de réabsorption est à 28 mmol/L.
Au dessus de cette valeur, les HCO3- ne sont plus réabsorbés ce qui constitue une protection contre l'alcalose
métabolique (entrainant une alcalinisation des urines).
La réabsorption proximale des HCO3- a 2 composantes :
–
–
l'une liée au Na+
l'autre au H+
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•
•
Composante liée au Na+
Tout est sous dépendance de la Na+/K+ ATPase.
La très faible concentration en Na+ dans le cytosol de la cellule tubulaire proximale maintenue par l'action des
Na+/K+ ATPases basolatérales permet l'entrée du Na+ dans la cellule le long de son gradient physicochimique.
Le contre-transport Na+/H+ dans la membrane luminale fait sortir le H+ en utilisant l'énergie créée par l'entrée du
Na+ dans le cytosol.
Le rôle des H+ ATPases luminales est moindre.
•
Composante liée au H+
Le H+ se combine au HCO3- dans la lumière tubulaire ce qui forme H2CO3 puis H20 et CO2 sous l'action de
l'anhydrase carbonique de la bordure en brosse. Le CO2 diffuse dans la cellule où il se recombine à OH- ce
qui forme HCO3- sous l'action de l'anhydrase carbonique cytoplasmique.
Sur la membrane basolatérale, un canal permet la sortie du HCO3- avec le Na+ sous forme anionique
(Na(HCO3)32-).
10% à 15% des HCO3- filtrés sera réabsorbé en aval du tube contourné proximal.
Le bicarbonate se retrouve dans le secteur sanguin, il est donc bien réabsorbé sans élimination d'ions H+.
85 – 90% du bicarbonate est réabsorbé. Le reste est réabsorbé en aval du tube contourné proximal. On ne
retrouve normalement pas de bicarbonate dans les urines normales.
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•
Régulation de la réabsorption des HCO3Rôle de l'hydratation du secteur extra-cellulaire
La déshydratation extra-cellulaire favorise la réabsorption des HCO3-. C'est un facteur très important
d'entretien d'une alcalose métabolique.
L'expansion volémique a l'effet inverse.
En effet, si les cellules tubulaires réabsorbent moins de Na+, la capacité de sécrétion des H+ se trouve réduite
(acidose de dilution).
II. Régénération des HCO3Les reins reconstituent le pool des HCO3- par excrétion de NH4+ et d'acidité titrable.
Dans les deux cas, le HCO3- formé dans la cellule tubulaire rénale passe dans le sang péritubulaire avec le Na+
qui a été filtré.
1. Acidité titrable
• Définition de l'acidité titrable
L'acidité titrable (AT) représente les H+ tamponnés par des sels d'acides faibles urinaires autres que le
bicarbonate. Le principal tampon est le phosphate inorganique disodique (Na2HPO4)
L'AT apparaît essentiellement dans le tube proximal et dans le tube collecteur.
• Formation de l'AT
Le point de départ est la dissociation d'une molécule d'eau dans le cytosol.
L'OH- va se combiner avec le CO2 présent dans le cytosol sous l'action de l'anhydrase carbonique pour former
un HCO3- qui passe dans le sang péritubulaire par un co-transport HCO3-/Na+.
Dans la lumière tubulaire, le proton sécrété se combine avec le HPO4- pour former le H2PO42- qui sera excrété
dans le HCO3-.Au total, l'excrétion d'un H+ favorise l'entrée d'un HCO3- dans la circulation.
Mais ce système n'est pas très performant.
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2. Les 3 étapes de la formation de NH4+
Le NH4+ urinaire provient d'une synthèse rénale. On peut schématiser la formation du NH4+ en 3 étapes.
•
1ère étape : 1ère formation de NH4+ dans le tube proximal
La quasi totalité du NH4+ présent dans l'urine finale est déjà formé dans le tube proximal selon la réaction :
Protéines → Glutamine → 2 NH4+ + α cétoglutarate
α cétoglutarate → glucose + 2 HCO3Le métabolisme de l' α cétoglutarate se fait dans les mitochondries au sein du cycle de Krebs ce qui fournit de
l'ATP.
Au versant luminal, le NH4+ est sécrété dans la lumière tubulaire en prenant la place d'un H+ sur le contretransport Na+/H+.
Les 2 HCO3- formés vont passer dans le fluide péritubulaire à travers la membrane baso-latérale par un cotransport Na+/HCO3-.
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•
2ème étape : accumulation médullaire de NH3
Le NH3 s'accumule dans la médullaire :
–
dans la branche descendante de l'anse de Henlé, le NH4+ se transforme en NH3
–
dans la branche ascendante large de Henlé, le NH4+ est réabsorbé. Après sa réabsorption, NH4+ se
transforme en NH3 et H+ dans la cellule de la branche ascendante. Le NH3 diffuse hors de la cellule et va
s'accumuler dans la médullaire.
•
3ème étape : 2ème formation de NH4+ dans le tube collecteur
Le H+ est sécrété et se combine avec le HCO3- présent dans la lumière ce qui va former H2CO3 puis CO2 et H2O.
Le CO2 est alors délivré aux cellules intercalaires α.
Le CO2 délivré aux cellules intercalaires α est converti en H+ et HCO3- par l'anhydrase carbonique( récupérée au
niveau de la hanse de Henlé.)
Les cellules intercalaires α du canal collecteur cortical ont des pompes H+ ATPases sur leur membrane luminale.
Le NH3 présent dans la lumière tubulaire va fixer le H+ pour former NH4+.
La sécrétion d'un proton dans la lumière tubulaires s'accompagne de la sortie basolatérale d'un HCO3-.
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Il existe aussi une sécrétion de H+ par les cellules principales du tube collecteur cortical.
La réabsorption électrogénique du Na+ par le canal épithélial sodique de la membrane luminale augmente la
différence de potentiel trans-épithéliale avec la lumière tubulaire plus négative.
Ceci favorise la sécrétion des cations (K+ et H+) par des canaux spécifiques situés dans la membrane luminale.
Cette sécrétion de H+ est sensible à l'aldostérone.
Sécrétion des H+ dans les cellules intercalaires α dans le tube collecteur cortical.
Ce sont les H+ ATPases qui assurent majoritairement la sécrétion des H+.
Les NH3 vient de la médullaire du rein où il s'est accumulé (voir infra).
Ne pas connaître les détails.
La cellule principale du tube collecteur cortical est la principale cellule impliquée dans la régulation du K+.
Elle permet aussi d'éliminer une petite partie de protons sous l'action de l'aldostérone.
La plus importante des deux cellules est la cellule intercalaire α pour l'élimination des protons.
(NB : cette figure est mieux détaillée dans le cours sur la physio du potassium)
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3. Facteurs régulant l'excrétion urinaire de NH4+
pH sanguin
L'acidose sanguine provoque une acidose cellulaire ce qui augmente la production de NH4+ car l'entrée de la
glutamine dans la mitochondrie est favorisée.
PaCO2
En cas de baisse de la PaCO2, l'alcalose entraîne une diminution de la sécrétion des H+ dans le tube proximal et
le tube collecteur. Il s'agit de la compensation métabolique de l'hypocapnie.
En cas d'augmentation de la PaCO2, le phénomène inverse est observé (compensation métabolique de
l'hypercapnie).
Hormones
L'aldostérone favorise la sécrétion de H+ dans le tube collecteur par l'élévation de la sécrétion voltage
dépendante.
Kaliémie
L'hyperkaliémie favorise l'acidose par moindre utilisation de la glutamine
Les diurétiques
Les diurétiques de l'anse et les thiazidiques augmentent la quantité délivrée de Na+ au tube collecteur cortical ce
qui favorise la sécrétion distale des H+.
Les diurétiques épargneurs de K+ bloquent le canal épithélial sodique du tube collecteur cortical et génèrent une
acidose par diminution de la sécrétion des H+ (dite voltage dépendante).
• Au total :
Au total, l'excrétion nette d'acide est donnée par la formule :
Excrétion = NH4+ + H2PO4- - HCO3Chez le sujet à l'état normal, il n'y a pas de bicarbonate dans les urines pour un pH urinaire inférieur à 6.
L'excrétion des H+ se fait 1/3 sous forme d'acidité titrable et 2/3 sous forme de NH4+ sachant qu'en cas
d'acidose seule l'excrétion de NH4+ peut s'adapter (jusqu'à être multipliée par 5).
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D. Les acidoses métaboliques
I. Définition et diagnostic
Définition : Une acidose métabolique est définie par l'association :
• d'un pH sanguin acide (≤ 7,37)
• d'une diminution de la réserve alcaline (≤ 24 mmol/L)
Diagnostic : les signes cliniques sont non spécifiques et inconstants.
Ils associent :
1) Polypnée (=compensation respiratoire insuffisante pour corriger le pH sanguin)
La gazométrie d'une acidose métabolique :
• pH ≤ 7,37 , HCO3- ≤ 24 mmol/L , PaCO2 <40 mmHg , PaCO2 et SaO2 normales
2) HTA. En cas d'acidose grave, une dépression myocardique ou un état de choc peut s'installer
• pH à 6,80-7
3) Troubles neuro-psychiques : confusion mentale voire coma dans les formes graves
Donné à titre informatif mais peut être très utile en pratique, alors on vous le donne !
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II. Exploration d'une acidose métabolique
Devant une acidose métabolique, la conduite diagnostique doit être stéréotypée.
Il faut successivement :
1) calculer le trou anionique sanguin
2) vérifier le caractère purement métabolique de l'acidose
3) calculer le trou anionique urinaire ou le NH4+ pour connaître la réponse à l'acidose
•
Trou anionique sanguin
Il se calcule à partir du ionogramme
Trou anionique sanguin = Na+ - (Cl- + HCO3-)
La valeur normale est 12 +/- 2 mmol.L (8 à 16 mmol/L)
Le trou anionique sanguin est constitué essentiellement par les anions protéinates (surtout l'albumine).
Ce simple calcul permet de distinguer les 2 grands types d'acidose :
– acidoses avec trou anionique
– acidoses hyperchlorémiques
Dans les acidoses avec trou anionique, la chlorémie reste normale car les HCO3- consommés sont remplacés
par des anions comme le lactate ou les corps cétoniques.
Dans les acidoses hyperchlorémiques, la chlorémie s'élève car les HCO3- consommés sont remplacés par du
Cl-.
•
Valeur attendue de la PaCO2
Il s'assure du caractère purement métabolique d'une acidose en calculant la valeur attendue de la PaCO2 pour
le degré d'acidose observé :
∆ PaCO2 = ∆ HCO3- * 1,25
Par exemple : si la réserve est à 16 mmol/L, la PaCO2 attendue doit être de 28 mmHg.
Le calcul est le suivant :
∆ HCO3- = 26 – 16 = 10
10*1,25 = 12,5
∆ PaCO2 = 40-12,5 = 27,5 mmHg
Une PaCO2 > 28 mmHg témoigne d'une composante respiratoire à l'acidose.
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•
Trou anionique urinaire
En cas d'acidose hyperchlorémique, il faut déterminer le trou anionique urinaire pour savoir si la réponse rénale
est adaptée ou pas.
L'excrétion de la charge d'acidose se fait par le NH4+, sa valeur est d'environ 40 mmol/jour.
En cas d'acidose d'origine extra-rénale, le rein va pouvoir multiplier par 5 l'excrétion des H+ par le NH4+ qui
devient supérieur à 80 mmol/jour.
Le NH4+ n'est pas dosé couramment par les laboratoires mais on peut connaître indirectement son excrétion
rénale par l'analyse du trou anionique urinaire car ce cation est éliminé avec du Cl- dans les urines.
Normalement dans les urines : (Na+ + K+) - Cl- > 0
En effet ce sont surtout des anions qui ne sont pas dosés comme les sulfates, les phosphates et les anions
organiques.
La formule pour déterminer le NH4+ urinaire est :
NH4+ = 82 – 0,8 (Na+ + K+ - Cl-)
En cas d'acidose avec réponse rénale adaptée :
l'augmentation du NH4Cl va inverser le trou anionique urinaire qui devient négatif.
En cas d'acidose avec réponse rénal inadaptée (le rein est tout ou partie responsable de l'acidose), le trou
anionique urinaire reste positif avec une excrétion de NH4Cl inférieure à 80 mmol/jour.
•
Influence de l'acidose sur la kaliémie
Dans le bilan d'une acidose, il faut mesurer la kaliémie car cette dernière est influencée par l'équilibre acidebase.
En cas d'acidose aiguë minérale (acidoses tubulaire distale), la kaliémie s'élève par issue de K+ de la cellule.
Cet effet n'est pas présent en cas d'acidose aiguë organique (acidose lactique).
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E. Les alcaloses métaboliques
Le prof est passé super vite , mais pareil, ca peut servir...
L’alcalose métabolique est définie par l’association d’un pH sanguin alcalin (≥ 7,43) à une augmentation de la
réserve alcaline (≥ 28 mmol/l).
L’alcalose métabolique entraîne une augmentation de la PaCO2 (hypoventilation alvéolaire de compensation) et
une diminution de la PaO2 proportionnelle à l’augmentation de la PaCO2.
Les signes cliniques sont non spécifiques et inconstants. Ils associent :
-signes neurologiques si le pH est ≥ 7,5 : agitation, confusion, coma, épilepsie
-signes neuromusculaires : crampes, myoclonies (secondaire à la chute du calcium ionisé)
-signes cardiaques : arythmies
Le prof n'a pas traité le reste de son power-point.
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