Equilibre acido-basique

2. TROUBLES DE L’EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE

Thierry PETITCLERCBiophysique du milieu intérieur

PCEM1 – Université Paris 6

Généralités

Diagramme de Davenport

Troubles d’origine respiratoire

Troubles d’origine métabolique

Définition : anomalie de la concentration en acides fixes et/ou volatil :

trouble respiratoire : anomalie de la concentration [CO2dissous] (= a PCO2) en acide volatil : - excès (PCO2 > 42 mmHg) : acidose respiratoire- défaut (PCO2 < 36 mmHg) : alcalose respiratoire

trouble métabolique : anomalie de la concentration en acides fixes :

- excès : acidose métabolique- défaut : alcalose métaboliqueNB : la conc. en acides fixes n’est pas mesurable. Seule la

variation (excès ou défaut) est mesurable par le laboratoire.

Troubles acido-basiques

acidémie : pH < 7,38 alcalémie : pH > 7,42

trouble pur : l’anomalie de la concentration ne porte que sur une seule classe d’acides (soit fixes, soit volatil)

trouble compensé : la variation de la concentration d’une classe d’acides est compensée par une variation dans le sens opposé de l’autre classe. La compensation est totale si elle permet d’obtenir un pH normal (compensation partielle sinon).

trouble mixte : les concentrations des deux classes d’acides ont varié dans le même sens (et aggravent donc leur effet sur le pH).

trouble aigu : début brutal (duré généralement peu de temps)

trouble chronique : dure longtemps (début souvent progressif)

Troubles acido-basiques : définitions

Henderson-Hasselbach :

Diagramme utilisable pour toute solution contenant le tamponHCO3

- / CO2 ouvert.Le point N (pH normal et bicarbonate normal donc PCO2 normale) représente l'équilibre acido-basique normal. Tous les autres points correspondent à un trouble de l'équilibre acido-basique.

Pour se déplacer sur ce diagramme,il faut faire varier la concentrationdes acides fixes et/ou volatils.

+24

7,40

N

pH

[HCO3-]

mmol/L

Diagramme de Davenport

CO2

3

aP

HCOlog6,1pH

a) Variation isolée de la concentration en acides fixessans modification de la concentration [CO2dissous] (= a PCO2) en acide volatil

Henderson-Hasselbach : [HCO3-] = a PCO2 10 pH - 6,1

PCO2 = cste → [HCO3-] = k 10 pH - 6,1

+24

7,40

N

PCO2 = 60 mmHg

PCO2 = 40 mmHg

PCO2 = 30 mmHg

pH

[HCO3-]

mmol/L

D’où une famille decourbes exponentiellescorrespondant à différentesPCO2 et appelées isobares

Définition : l’isobare normale est l’isobare qui passe par le point normal(PCO2 = 40 mmHg)

NB : les acides fixes ajoutés sont tamponnés par T. ouvert et fermé

[H+ajouté] = (conc. acides fixes) = - ([HCO3

-] + [A-])

ce que montre également la loi d’électroneutralité :

[HCO3-] + [A-] = [cations] - [anions non tampons]

- ([HCO3-] + [A-]) = [anions non tampons] = [H+

ajouté]

N

pH

[HCO3-]

mmol/L isobare normale

Alcalose respiratoire

(défaut d’acide volatil

CO 2d)

Acidose respiratoire

(excès d’acide volatil

CO 2d)

7,40

24

b) Variation isolée de la concentration [CO2d] en acide volatil

sans modification de la concentration en acides fixes

- L’acide volatil CO2d est tamponné uniquement par les tampons fermés.

CO2dissous → HCO3- + H+ et H+ + A- → AH

- On se déplace sur la courbe de titration des tampons fermés.

7,86,8

pH

[H+]ajouté = [HCO3-]

zone tampon

zoom sur la zone tampon7,8

6,8

pH

[HCO3-]

courbe de titration

d’où une famille de droites correspondant à différentes concentrations d’acides fixes appelées droites d’équilibration (DE) du CO2

Pouvoir tampon des tampons fermés = - [H+

ajouté] / pH = - [HCO3

-] / pH = - pente DE

Définition : la droite normale d’équilibration (DNE) est la DE passant par le point normal.

pH

[HCO3-]

N24

7,40pH

[HCO3-]

mmol/L

+

pH

[HCO3-]

mmol/L

N

DNE

Alcalose métabolique

(défaut d’acides fixes)

Acidose métabolique

(excès d’acides fixes)

Inversion des axes

Remarques :1) pente DE = - pouvoir tampon des tampons fermés.

anémie → pente diminuée

2) En l’absence de tampons fermés, pente DE = 0

→ [HCO3-] = constante dans le domaine étudié de variation

En effet : CO2 → HCO3- + H+

H+ n’est pas tamponné → reste libreLorsque le pH varie de 7,4 à 6,8, [H+] augmente de 40 à 160

nmol/L donc [HCO3-] augmente aussi de 120 nmol/L et varie alors de 24

à 24,00012 mmol/L !

3) En présence de tampons fermés, la quantité de H+ajouté

qui reste libre (et est ainsi responsable de la variation de pH) est négligeable devant la quantité prise en charge par les tampons fermés.

La PCO2 (et donc [CO2dissous]) s’ajustent de manière que le bilan du CO2 reste équilibré.

Variation de la production de CO2 : → variation négligeable de la PCO2 (qui reste dans les limites physiologiques

→ pas de trouble acido-basique).

Variation de l’élimination de CO2 (hypoventilation ou hyperventilation) :→ variation importante de la PCO2 → trouble acido-basique respiratoire :a) HYPOVENTILATION → augmentation de PCO2

→ augmentation de la concentration [CO2dissous] en acide volatil→ acidose respiratoire

b) HYPERVENTILATION → diminution de PCO2

→ diminution de la concentration [CO2dissous] en acide volatil→ alcalose respiratoire

Troubles respiratoires

a) Acidoses respiratoires (hypoventilation)- Acidose respiratoire aiguë :

- obstructive : obstacle, crise d’asthme- neurologique : médicaments (morphine)

- Acidose respiratoire chronique :- obstructive : bronchite chronique- restrictive : fibrose pulmonaire- neurologique : poliomyélite

b) Alcaloses respiratoires (hyperventilation)- Hyperventilation primitive (souvent aiguë) :

- Psychogène : émotion- Organique : encéphalopathies- Iatrogène : ventilation assistée

- Hyperventilation secondaire à l’hypoxie (souvent chronique) :- Hypoxémie (séjour en altitude, fibrose pulmonaire)- Hypoxie tissulaire (anémie, diminution du débit cardiaque)

Troubles respiratoires : étiologies

a) Acidose respiratoire aiguë→ acidose respiratoire pure → concentration en acides fixes normale

→ on est sur la DNE

Acidose

Alcalose

N

[HCO3-]

mmol/LPCO2 = 40 mmHg

55mmHg

30mmHg

24

7,40 pH

Alc resp aiguë

Ac respNl

90 mmHg 40 mmHg

15 mmHg

24

20

16

[HCO3-]

mmol/L

pH7,40 7,607,10

Acidoses respiratoires : diagramme de Davenport

7,20

b) Acidose respiratoire chronique

Le rein augmente transitoirement l'élimination urinaire de H+ pour diminuer la concentration en acides fixes de manière à compenser l'augmentation de la concentration en acide volatil.

Compensation rénale → diminution de la concentration en acides fixes

+P

N

60 mmHg 40 mmHg

pH

[HCO3-]

mmol/L

24

7,40

comp

ens. totale

compens.

partielle

DNE

on se trouve au-dessus de la DNE.Si pH = 7,40 : acidose respiratoire totalement compensée

NB : la compensation ramènele pH vers la valeur normale MAIS aggrave la variation des bicarbonates.

a) Acidoses métaboliques- Charge acide excessive (réponse rénale adaptée) :

- exogène : médicaments (aspirine), toxiques (antigel)- endogène : synthèse accrue (acidocétose diabétique)

défaut de métabolisation (acidose lactique)

- perte digestive de base : diarrhées aiguës

- Défaut d’élimination rénale (réponse rénale inadaptée) :

b) Alcaloses métaboliques- Perte digestive d’acides fixes : vomissements répétés

- Excès d’apports de bases : pansements gastriques

Troubles métaboliques : étiologies

a) Trouble primaire : acidose métabolique pure

Acide volatil CO2 en concentration normale → point sur l’isobare normale

H+ tamponné par tampons ouvert et fermés → [H+]ajouté = - ([HCO3

-] + ([A-] ) > - [HCO3-]

N

DNE

pH7,40

24

+ P

40 mmHg[HCO3

-]mmol/L

Acidoses métaboliques : diagramme de Davenport

b) Compensation pulmonaire

Très rapidement, la diminution du pH liée à l'augmentation de la concentration en acides fixes provoque une hyperventilation. Celle-ci provoque une augmentation transitoire du CO2 expiré à l'origine d'une diminution de la concentration en CO2d qui se stabilisera à la valeur permettant de maintenir une quantité de CO2 expirée égale à la production.

40 mmHg

DNE

pH7,40

24

+ P

compen

satio

n

partiell

e

comp

ens. totale

On se trouve au-dessous de l’isobare normale.Si pH = 7,40 : acidose métabolique totalement compensée.NB : la compensation ramène le pH vers la valeur normale MAIS aggrave la variation des bicarbonates.

En l’absence de trouble respiratoire, la compensation pulmonaire existe toujours et se traduit par une PCO2 (en mmHg) de l’ordre des 2 chiffres du pH après la virgule.

N

[HCO3-]

mmol/L

c) Calcul de l’excès d’acides fixes1) acidose totalement compensée

pH = 7,4 [A-] = normal et [AH] = normalH+ est tamponné uniquement par HCO3

-

excès de concentration en acides fixes = [HCO3-]

= distance verticale entre DNE et DE passant par le point représentatif de l’état du sujet.

7,40pH

24

DNE

P

N

40 mmHg

excèsd’ac. fixes

[HCO3-]

mmol/L

2) Cas général

excès de concentration en acides fixes en P = excès de concentration en acides fixes en M = distance verticale entre DNE et DE passant par PNB : 1) La détermination de l’excès de concentration en acides fixes nécessite détermination de la pente de la DE. 2) La pente DE mesurée in vitro est pente in vivo → La mesure in vitro de l’excès de concentration en acides fixes n’a pas de signfication quantitative précise.

7,40pH

24

DNE

40 mmHg

excèsd’ac. fixes

[HCO3-]

mmol/L

+

N

PM

d) Alcaloses métaboliques

Excès de concentration en bases fixes = défaut de concentr. en acides fixes.

NB : une alcalose métabolique simple est généralement peu compensée

(l’hypoventilation compensatrice risquerait d’entraîner une hypoxie !)

+P 40 mmHg

DNE

pH7,40

24N

M[HCO3-]

mmol/L excès debases fixes

40 mmHg

pH

DNE

N

Alcalosemixte

Alc.métab.

Alc.resp.Ac.

métab.

Ac.mixte

Ac.resp.

[HCO3-]

mmol/L

7,40

En Résumé : diagramme de Davenport