Physiologie de l’équilibre acide-base

• 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+]

Définitions

• Base : accepteur de protons, donc

absorbe les protons

• Ex: HCO3- (bicarbonate)

• HCO3- + H+ → H2CO3

• Alcalose: diminution [H+]

Définitions

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

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

Gazométrie artérielle

• pH (pas d’unités)

• PaCO2: pression artérielle en CO2 (mmHg)

• HCO3- : bicarbonates (mmol/l)

• PaO2: pression arterielle en oxygène (mmHg)

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

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

Comment se régule le pH

• A court terme (minutes): systèmes tampons

• A moyen terme (heures): ventilation pulmonaire (respiration)

• A plus long terme (jours): rein

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

• 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)

Systèmes tampons

K = constante de dissociation

• 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

Systèmes tampons

• H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O

• Anhydrase carbonique

• Actif en intra et extracellulaire

Système tampon bicarbonate

• Si présence d’acide en excès (augmentation H+):H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2OCO2 éliminé par voie respiratoire

• Si présence de base en excès (diminution H+):H+ + HCO3- ← H2CO3 ← CO2 + H2OHCO3- éliminé par voie rénale

Système tampon bicarbonate = ouvert

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

Autres tampons de l’organisme

• Phosphates (intracellulaire)HPO4-- + H+ ↔ H2P04-

• Hemoglobine (tampon dans globules rouges)HbO2- + H+ ↔ HbO2-

• Albumine/albuminate (plasma)

Ventilation pulmonaire

• Volume courant

• Fréquence respiratoire

• Volume/ minute

• Espace mort

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

• 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

Ventilation pulmonaire

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

Rôle du rein

• Production urine primitive par filtration à travers le glomérule

• Réabsorption et sécrétion de substances le long du tubule → urine finale

nephron

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

Rôle du rein: formation d’ ammoniaque

H+ + HCO3-

H2CO3

NH4+

NH4+

HCO3-

Glutamine

vaisseauxLumière tubulaire

CO2 + H20

NH3 + H+

CO2

H+ + HCO3-

H2CO3

H2O + CO2 CO2

HCO3-

HPO4 --

H2PO4-

Lumière tubulaire

vaisseaux

Rôle du rein: formation de phospahtes

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-

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-

Valeurs normales

• pH artériel = 7,40 +/- 0,02

• PaCO2 = 38 +/- 2 mmHg

(1 kPa = 7,5 mmHg)

• HCO3- = 23 à 27 mmol / l

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-

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-

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

causes

• Alcaloses:

• Respiratoire: augmentation ventilation– Hypoxémie– Troubles neurologiques, douleur

• Métabolique: – Fuite d’acide : vomissements– Diuretiques de l’anse