ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE

ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE

I.                   Introduction

1)    Définition

Régulation de l’équilibre acido-basique :

−        ensemble des processus physiologiques qui maintiennent la concentration en ion H⁺ du milieu interne à un niveau constant

Équilibre AB : essentiel pour l’homéostasie

Système de tampon: système nécessaire pour prévenir de larges variations rapides de la concentration de protons libres.

2)    Acide et Base

Acides             : des donneurs de protons (H+).

Acides fort      :

−        se dissocient complètement, libèrent tous les ions H+ dans l’eau

−        è modifier le pH d’une solution

Acides faibles :

−        dissocient partiellement è effet minime sur le pH

−        préviennent efficacement les variations du pH è jouer un rôle primordial dans les système tampons chimiques de l’organisme

−        acide carbonique et aciede acétique

Base                : des accepteurs de protons

Bases fortes     : se dissocient facilement dans l’eau et captent rapidement les ions H+

Bases faibles  :

−        plus lentes à accepter des ions H+

−        HCO3- et NH3

3)    Valeur de référence

Équation de Henderson-Hasselbach

pH = 6,10 + log (HCO3-/0,03) + PaCO2

[H+] = 23,9 x PCO2/[HCO3-]

[H+] dépend essentiellement du rapport PCO2/[HCO3-] ==> toute modification de l'un de ces facteurs ==> compensation respiratoire ou rénale

Valeur de référence : sang artériel

−        pH = 7,35-7,45 (7,4)

−        PO2 = 80-100mmHg

−        PCO2 = 35-45mmHg

−        HCO3- = 22-26mmol/l

−        CO2 total = 26-30mmol/l

−        [H+]:

§  40nmol/l de liquide extracellulaire (35-45)

§  100nmol/l de liquide intracellulaire

§  production 1mmol/kg/j = 70 millions de nmol de protons par jour

−        Saturation de l’Hb (oxyHb/Hb total) = 0,94-1,00

pH du sang veineux et du liquide interstitiel = 7,35

pH du liquide intracellulaire  = 7,00 en moyenne

Les 2 : contient plus de métabolites acides et de CO2

pH du sang artériel :

−        7,45 = alcalose

−        < 7,35 = acidose

−        7,35-7,0 = acidose physiologique

Limites extrêmes compatible avec la vie:

−        pH = 6,9 acidose grave

−        pH = 7,8 alcalose grave

Effets de la variation du pH sanguin:

−        excitabilité nerveuse:

§  acidose déprime le SNC ==> désorientation et coma mortel

§  alcalose excitele SNC ==> spasme des muscles respiratoires, convulsion

−        Homéostasie du K :

§  au niveau rénal: réabsorption de Na va de paire avec la sécrétion de K ou de H

§  si la sécrétion rénale de H+ augmente ==> diminue l'excrétion de K ==> perture le fonctionnement du coeur

4)    Bilan d’H⁺

4 Entrée

−        essentiellement des produits du métabolisme cellulaire

§  Catabolisme des aa contenant du soufre (cystéine et méthionine) è ac sulfurique dans le liquide extracellulaire

§  Catabolisme des phospholipides è ac phosphorique

§  Dégradation anaérobie du glucose è acide lactique

§  Lipolyse des TG è ac gras libres (acides inorganiques) è formation de corps cétoniques

§  Transport du CO2 dans le sang sous forme de HCO3- : libère des ions H+

−        entrées alimentaires : moins importantes

4 Sortie

−        Rénales            : H+ libres ou combinés

−        Pulmonaires     : sous forme de CO2 et d’eau H2O

5)    Système tampon

3 lignes de défense pour le maintien de [H+] :

−        à court terme             : quelques minutes, système tampon chimique par liquide extracellulaire (système bicarbonate-CO2) intracellulaire: os minéral et muscle squelettique

−         à moyen terme          : 1-3mn, se complète en 12-24h, adaptation ventilatoire sous le contrôle du TC qui permet d'éliminer les protons sous forme de CO2 (consommation d'un ion HCO3- régénéré par le rein)

−        à plus long terme       : le plus puissant, des heures—un jour ou plus, adaptation rénal par la régénération des HCO3-

II.                Système tampon chimique

Tampons chimiques:

−        systèmes formés d’une ou de 2 molécules qui préviennent les variations marquées de la [H+] au moment de l’addition d’un ac fort ou d’une base forte

−        se lient aux H+ chaque fois que le pH æ

−        s’en dissocient quand le pH ­

3 principaux tampons chimiques :

−        Système de tampon H2CO3/HCO3-

−        Système de tampon phosphate disodique-phosphate monosodique

−        Système tampon protéinate-protéines

1)    Système de tampon H2CO3/HCO3-

−        Le seul système tampon important du liquide extracellulaire

−        Aussi un système tampon dans le liquide intracellulaire

4 Mécanisme

−       Ac fort ajouté au système è H2CO3 ne dissocient pas, mais HCO3- captent les ions H+ libérés par l’ac fort è former H2CO3 è n’abaissent que légèrement le pH de la solution.

HCl + NaHCO3 à H2CO3 + NaCl

−        Base forte ajouté è H2CO3 se dissocie et libère des ions H+ qui vont se lier aux OH- libérés par la base forte et former des molécules d’eau è remplacement d’une base forte par base faible è pH de la solution s’élève très peu.

NaOH + H2CO3 à NaHCO3 + H2O

NB : La capacité tampon de ce genre de système  dépend directement la concentration des substances tampons

−        [HCO3-] dans le liquide extracellulaire = 25mmol/l, maintenue par les reins

−        H2CO3 : 20 fois moins concentré, peut être fourni par la respiration cellulaire

2)    Système de tampon phosphate disodique-phosphate monosodique

NaH2PO4 : acide faible

Na2HPO4 : base faible

HCl + Na2HPO4 à NaH2PO4 + NaCl

NaOH + NaH2PO4 à Na2HPO4 + H2O

−        Faible concentration dans le liquide extracellulaire (6 fois moins que système tampon H2CO3/HCO3-) è peu important dans le tamponnage du plasma sanguin

−        Tampon très efficace dans l’urine et liquide intracellulaire

3)    Système tampon protéinate-protéines

Groupement carboxyle –COOH se dissocient et libèrent des ions H+ quand le pH s’élève

R-COOH à R-COO- + H+

Groupement amine –NH2 peuvent agir comme des bases et accepter des ions H+ et devenir –NH3+

R-NH2 + H+ à R-NH3+

Les mêmes molécules peuvent jouer le rôle de bases ou d’acides suivant le pH du milieu è appelées « molécules amphotères.

Hb :

−        une excellente protéine agissant comme tampon intracellulaire

−        Hb réduite porteuse d’une charge (-)

III.             Régulation respiratoire

−        système tampon fonctionnel qui agit plus lentement que les tampons chimiques

−        participe à EAB en assurant l’élimination du CO2

4 Mécanisme de régulation

−        En cas d’excès d’H+, pH↓ è tamponnés par HCO3- àH2CO3 à H2O + CO2

−        CO2 est formé en excès è éliminé par hyperventilation

4 Mécanisme de l’hyperventilation

−        chémorécepteurs centraux et des chémorécepteurs périphériques : sensibles aux variations de la PaCO2

−        Toute ↑de CO2 stimule les centres respiratoires du tronc cérébral→ ↑de la ventilation → élimination de CO2 et H2O è ↓ [H+] et normalisation du pH

−        ↑des [H+] : même effet sur les chémorécepteurs centraux, mais plus retardée car le CO2 est plus diffusible que l’ion H+ au niveau de la barrière hémato-encéphalique

IV.            Régulation rénale

Seuls les reins peuvent régler les concentrations des substances alcalins notamment HCO3

3 rôles essentiels :

−        Réabsorption des HCO3-

−        Excrétion d’ion H⁺

−        Régénération des HCO3-

1)    Réabsorption des HCO3-

4 Mécanisme

−        NaHCO3 filtre librement quand sa concentration plasmatique = 27mmol/l

§  90% sont réabsorbés au niveau du tube proximal (Na+, HCO3-)

§  Dans le liquide tubulaire :

-      Na+ est remplacé par H+ qui quitte la cellule vers le liquide tubulaire par échangeur apical NaH

-      H+  +  HCO3-  à H2CO3 àH2O + CO2 sous l’AC

³  CO2 diffuse librement dans la cellule tubulaire : sous AC CO2 + H2O à H2CO3 à H⁺ + HCO3-

³  H+ est rejeté dans la lumière tubulaire

³  HCO3 passe dans le sang péritubulaire

−        chaque HCO3- filtré, un HCO3 - produit dans les cellules tubulaires entre dans le sang

−        Réabsorption des HCO3 - est lié à :

§  Na

§  Action d’AC

−        réabsorption totale pour une concentration ≤ 27mmol/l

−        tout ce qui est en excès est excrété

4 Régulation

−        Dépend de la PaCO2 : ↑PaCO2→ ↑réabsorption HCO3 –

§  (↑ PaCO2→↑CO2 intra cellulaire →↑ de la   formation de H2CO3 → ↑des H+ →↑de la réabsorption des HCO3-)

−        État normal, les HCO3- sont maintenus à 27meq pour une PaCO2 de 40mmHg

4 Facteurs influençant

−        Potassium k+ :

§  ↑du k+ plasmatique →↑k+ intra cellulaire →↓H+ intra cellulaire →↓réabsorption →acidose hyperk+

§  ↓k+ plasmatique → effet inverse → réabsorption → alcalose hypoK⁺

−        Chlore : Cl-

§  Normal : [HCO3-] + [cl-] est constante dans le plasma

§  déplétion en Cl- →↑réabsorption des HCO3- et inversement

−        Hormones cortico-surrénaliennes :

§  ↑d’aldostérone →↑la réabsorption de Na+ et HCO3- →alcalose hypokaliémique

−        Acétazolamide (Diurétique inhibiteur anydrase carbonique) :

§  entrave la réabsorption des HCO3- →alcalose

2)    Excrétion d’ion H⁺

L’excrétion sous forme d’acidité titrable et amoniaque et d’ions H+ libres dans une faible proportion.

4 L’acidité titrable

−        Fraction des H+ fixée sur les tampons urinaires non volatiles

4 Ammoniogénèse rénale et excrétion de l’ammoniaque

−        système ammoniaque/ammonium NH3/NH4+ : 2ème tampon urinaire

−        NH3 : synthétisé dans la cellule tubulaire par désamination de la glutamine (ammoniogénèse)

§  diffuse vers l’urine, fixe un H+ et forme NH4+ è excrété sous forme de NH4Cl

3)    Régénération des HCO3-

L’excrétion d’un H+ accepté par les tampons urinaires régénère un HCO3-

En condition stable d'équilibre: quantité nette d'acide sécrétée et génération rénale de nouveaux HCO3- = production métabolique de H+

En cas d'accumulation d'acide ==> augmenter la réabsorption de HCO3-, sécrétion de H+ dans le tube distal et le tube collecteur, production de NH3