Régulation du pH .pdf
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EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE
Bilan des ions H+
Production des acides organiques par le métabolisme
Mécanismes de contrôle du pH
Le quotient respiratoire
Les systèmes tampons de l’organisme
Le contrôle respiratoire de la PaCO2
Rôle du rein : excrétion rénale des ions H+ et réabsorption des HCO3-
Perturbations de l’équilibre acido-basique
BILAN DES IONS H+
Milieu extracellulaire
[H+ ] = 4 x 10 –6 mol/l = 0,4 x 10 –7 mol/l
pH = log10 1/ [H+ ] = 7.4
pH = paramètre régulé
pH = 7.38-7.42
HCO3- = 23-26 meq/l
PaCO2 = 37-42 mmHg
Milieu intracellulaire
pH = 7-7.2
HCO3- équation Henderson
PCO2 = idem plasma
BILAN DES IONS H+ : SOURCE DES IONS H+
- Apports : 60 à 80 mmol H+ /jour
-Alimentation , métabolisme 60 à 80 mmol ions H+ /jour
- Métabolisme cellulaire
-Cellules : production quotidienne 13000 mmol CO2 /jour
- Perte de bases
-20 à 30 meq HCO3- /jour perdus par les selles
BILAN DES IONS H+ : Bilan nul : entrées = sorties
- Apports : 60 à 80 mmol H+ /jour
-Alimentation , métabolisme 60 à 80 mmol ions H+ /jour
élimination RENALE
- Métabolisme cellulaire
-Cellules : production quotidienne 13000 mmol CO2 /jour
élimination POUMON
- Perte de bases
-20 à 30 meq HCO3- /jour perdus par les selles
BILAN DES IONS H+ : Bilan non nul : entrées ≠ sorties
Bilan positif d’origine métabolique: entrées > sorties :
Acidose métabolique = rétention d’ions H+ dans l’organisme
-Surcharge acide métabolique : soit surcharge dépassant capacité d’adaptation du rein
-Soit diminution de la capacité du rein à excréter une charge acide normale
Bilan négatif d’origine métabolique: sorties > entrées
Alcalose métabolique = réduction d’ions H+ dans l’organisme
-Perte d’ions H+ le plus souvent (rein, liquide gastrique)
Perte de bases
Acidose métabolique = majoration de la perte de bases
-20 à 30 meq HCO3- /jour perdus par les selles, urines normales: 0
BILAN DES IONS H+ : Bilan non nul : entrées ≠ sorties
Cellules : production quotidienne
HCO3- + H+
H2CO3
CO2 + H20
Ventilation
Bilan positif d’origine respiratoire: Acidose respiratoire
-Hypoventilation alvéolaire: réduction de l’élimination de CO2 : augmentation du CO2 dissous,
augmentation de l’acide carbonique, = bilan positif des ions H+ d’origine respiratoire
Bilan négatif d’origine respiratoire: Alcalose respiratoire
-Hyperventilation alvéolaire: augmentation de l’élimination de CO2 : réduction du CO2 dissous,
réduction de l’acide carbonique, = bilan négatif des ions H+ d’origine respiratoire
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE
Bilan des ions H+
Production des acides organiques par le métabolisme
Mécanismes de contrôle du pH
Le quotient respiratoire
Les systèmes tampons de l’organisme
Le contrôle respiratoire de la PaCO2
Rôle du rein : excrétion rénale des ions H+ et réabsorption des HCO3-
Perturbations de l’équilibre acido-basique
BILAN DES IONS H+ : SOURCE DES IONS H+
Acides métabolisables : élimination CO2
1 mmol acide lactique
0 mmol de H+ à pH 7,4
CH3CHOHCOOH
( pK 3) Acide lactique
Acide lactique
0
1
H+ + lactate
1
Lactate + H+
1
1
CO2 + H2O
CO2 + H2O
1
- Acides métabolisables :
- Pas d’ion H+ à évacuer
- molécules de CO2 à évacuer
BILAN DES IONS H+ : SOURCE DES IONS H+
Acides non métabolisables
1mmol de H+ à pH 7,4
1 mmol de HCl
1, 8 mmol de H+ à pH 7,4
1 mmol de H3PO4
H+ + H2PO4-
H3PO4
1
1
( pK 6,8) H2PO4
1
1
H+ + HPO4- -
0,8
0,8
H2PO40,2
H3PO4 H2PO4- HPO4-- + H+
-Bilan : 1,8 ion H+ à évacuer
-Bilan : 0,8 HPO4- - à évacuer
1,2 H2PO4- à évacuer
Source alimentaires des ions H+: 60 à 80 mmol H+ /jour
- Sucres
Glucides acides organiques métabolisables
Pas de production nette d’ H+ sauf si catabolisme incomplet de l’anion lactate
(acide lactique : anaérobiose)
- Acides gras, lipides
Pas de production nette d’ H+
sauf si catabolisme incomplet de l’anion acétate corps cétoniques, acidocétose diabétique
-Ac aminés soufrés des protéines :
60-90% de la production ions H+ (acide sulfurique sulfates)
AAS
H2SO4
H2 + SO4-Conséquence, l’excrétion urinaire de sulfates reflète la production d’H+
-Phosphoprotéines, phospholipides phosphates
-Aucune corrélation entre excrétion de phosphate et production d’H+
Variétés des radicaux phosphates: H3PO4 NaH2 PO4 K2HPO4
-Nucléoprotéines acide urique
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE
Bilan des ions H+
Production des acides organiques par le métabolisme
Mécanismes de contrôle du pH
Le quotient respiratoire
Les systèmes tampons de l’organisme
Le contrôle respiratoire de la PaCO2
Rôle du rein : excrétion rénale des ions H+ et réabsorption des HCO3-
Perturbations de l’équilibre acido-basique
Mécanismes de contrôle
1- Le quotient respiratoire
Production : peu adaptable des acides organiques par le métabolisme
R = VCO2 / VO2
Glucides : R = 1
Lipides : R = 0.7
Protéines : R= intermédiaire
2- Systèmes tampons
3- Contrôle respiratoire de la PaCO2
4- Rôle du rein
1- réabsorption HCO3- filtrés
2- excrétion charge acide (et régénération des HCO3- consommés)
123 interviennent à court terme
4 intervient à long terme
Système tampon
- Solution chimique telle que l’addition d’acide ou de base
ne modifie pratiquement pas son pH = acide faible + base conjuguée
= base faible + acide conjugué
Peut capter ou libérer protons en réponse à des variations de pH
pK = pH de la solution pour lequel le système exerce un pouvoir tampon maximum
[sel ] = [acide ]
AH A- + H+
K = [A-] x [H+]
[AH]
pH = pK + log10 [A-]
[AH]
pH = pK + log10 [base conjuguée]
[acide faible]
-Pouvoir tampon
-Fonction de sa concentration globale
-De son pK, d’autant plus efficace qu’il fonctionne à un pH proche de son pK
Exemple des bicarbonates
- Dans un milieu biologique, l’étude d’un seul tampon suffit à caractériser l’équilibre
acido-basique
pH = pK + log10 [HCO3-]
[H2CO3]
pH = 6.1 + log [24 meq/l ]
[1.27 meq/l]
HCO3- + H+
H2CO3
pH = 6.1 + log
[HCO3-]
0.03 x PCO2
pH = 6.1 + log 20
CO2 + H20
pH = 7.38-7.42
HCO3- = 23-26 meq/l
PaCO2 = 37-42 mmHg
Systèmes tampons : extracellulaires; intracellulaires
- EXTRACELLULAIRES
-Essentiellement Bicarbonates - acide carbonique
-Accessoirement phosphates et protéines plasmatiques
-Protéines : peu abondantes, pK peu favorable
-Phosphates : peu abondants, pK 6.8
-Bicarbonates - acide carbonique
pK = 6.1 mais système ouvert et amplifié
HCO3- + H+
H2CO3
CO2 + H20
-Déplacement permanent de gauche à droite car CO2 prélevé par le poumon
Consommation de 60 meq/jour de HCO3En cas d’acidose métabolique intervention quasi exclusive du système bicarbonate
En cas d’acidose respiratoire système bicarbonate inutilisable,
considéré donc comme désordre primitif
et autres tampons extracellulaires rôle négligeable
Systèmes tampons : extracellulaires; intracellulaires
- INTRACELLULAIRES
-Hémoglobine des Hématies (Hb)
-Protéines (toutes les cellules
-Phosphates (toutes les cellules)
-Cristaux d’apatite (cellule osseuse)
Contrôle du pH: Tamponnement d’une charge acide
Charge acide chez l’animal néphrectomisé
-Administration de 10 mmol H+/kg poids
Passage des HCO3- de 27 à 7 mmol/l
-60 % des ions H+ tamponnés dans LIC
- 6% : Hémoglobine (échange chlore bicarbonate dans les GR)
-54% autres cellules : échange H contre K , contre Na (toutes cellules)
-contre Calcium (cellules osseuses) :
-40% tamponnés dans LEC
HCO3- + H+
H+
H2CO3
CO2 + H20
Contrôle du pH: Tamponnement d’une charge acide
Charge en CO2 chez l’animal néphrectomisé
-Inhalation d’un mélange gazeux contenant 20% de CO2 (aiguë)
Passage de la PaCO2 de 40 à 140 mmHg
Passage des HCO3- de 25 à 35 mmol/l
CO2 + H20
CO2
H2CO3 HCO3- + H+
- 3 % des ions H+ tamponnés dans LEC
- 97 % tamponnés dans LIC
L’augmentation des HCO3- mesurée dans le plasma et induite par
l’augmentation de la PCO2 provient en grande majorité des cellules
Charge en CO2 : concentration extracellulaire des HCO3-
CO2
CO2 + H20 H2CO3 HCO3- + H+
Anhydrase carbonique
B + H+ BH
Production de HCO3- :
29 % par les hématies (B = hémoglobine)
68 % par les autres cellules ou l’os
Systèmes tampons : extracellulaires; intracellulaires
Situation physiologique normale
HCO3- + H+
H2CO3
CO2 + H20
H+
-Déplacement permanent de gauche à droite car CO2 prélevé par le poumon
(Système performant contre une agression acide, non contre une agression alcaline)
-2 problèmes
Elimination du CO2
Consommation de 60 meq/jour de HCO3- /jour
Mécanismes de contrôle
1- Le quotient respiratoire
Production : peu adaptable des acides organiques par le métabolisme
R = VCO2 / VO2
Glucides : R = 1
Lipides : R = 0.7
Protéines : R= intermédiaire
2- Systèmes tampons
3- Contrôle respiratoire de la PaCO2
4- Rôle du rein
1- réabsorption HCO3- filtrés
2- excrétion charge acide (et régénération des HCO3- consommés)
123 interviennent à court terme
4 intervient à long terme
Régulation de la Ventilation
Chémorécepteurs périphériques : sensibles à la composition chimique du sang
PaCO2, pH
Corpuscules aortiques et corps carotidiens : IX, X
Chémorécepteurs centraux
Mécanismes de contrôle
1- Le quotient respiratoire
Production : peu adaptable des acides organiques par le métabolisme
R = VCO2 / VO2
Glucides : R = 1
Lipides : R = 0.7
Protéines : R= intermédiaire
2- Systèmes tampons
3- Contrôle respiratoire de la PaCO2
4- Rôle du rein
1- réabsorption HCO3- filtrés
2- excrétion charge acide (et régénération des HCO3- consommés)
123 interviennent à court terme
4 intervient à long terme
Systèmes tampons : mécanismes insuffisants
Car progressivement consommés et appartition d’une acidose métabolique
Rôle du rein fondamental pour :
- Maintenir le contenu en HCO3- de l’organisme
= réabsorption des bicarbonates filtrés
- Excrétion charge acide ions H+ sous forme acide faible non dissocié
et de NH4+
A chaque H+ excrété correspond un ion HCO3- régénéré
-Qualitativement : mécanisme cellulaire identique
pôle apical
H+
pôle basal
H+ + HCO3-
HCO3-
H2CO3
CO2
Réabsorption HCO3-
HCO3- + H+
H2CO3
H2O
H+ + HCO3
H2CO3
CO2
Proximal
4300 mmol/24 h
Régénération HCO3-
HCO3-
A- + H+
AH
(Acidité titrable
ou NH4 + )
H+ + HCO3
H2CO3
CO2
Distal
60 mmol/24 h
HCO3-
CO2
Réabsorption des bicarbonates :
- bicarbonates filtrés : 4300 mmol/24 h
-Réabsorbés en totalité : excrétion = 0
+
Na
HCO
3
H
+
Na
+
Na
+
H
+
K
+
Mécanisme
H CO
2 3
HO
2
- Bilan : réabsorption : 1 Na+
1 HCO3-H+secrété mais non excrété
AC
CO
2
AC
H CO
2 3
HCO
3
HCO
3
HO
2
Excrétion urinaire d’ions H+= AT + NH4+
Capillaire
Tubule
-HPO4
AT
+
Na
+
H
+
Na
+
H
H CO
3
H CO3
2
H PO
2 4
AC
HCO
3
génération de
bicarbonates
1/3 excrétion H+
H2O
NH4
+
NH
3
diffusible
CO2
+
Glutamine
NH
3
+
H
H CO
3
+
H
prédominante , 2/3 excrétion H+
+
NH
4
non diffusible
H CO
2 3
HCO
3
génération de
bicarbonates
Na+
H2 O +
UV H+ = UV NH4+ + UVAT
CO2
CO2
CO2
Excrétion urinaire d’ions H+ : acidité titrable
Acidité titrable : nombre de mmol d’ions H+ qu’il faut neutraliser par la soude pour ramener le pH de l’urine
définitive au pH plasmatique = nombre de mmol d’ions H+ liés à tampons dont pK < 7.4
Capillaire
Tubule
Essentiellement phosphates : pK 6.8
HPO4-- + H+ H2PO4- H3PO4
Autres tampons intervenant quand pHu <5
- ac urique (pK = 5.7)
- Créatinine (pK = 4.9)
- Représente habituellement 1/3 de l’excrétion urinaire d’ions H+
- système peu adaptable
-HPO
4
H2 PO
4
+
Na
+
H
+
Na
+
H
H CO
3
H2 CO3
AC
H2 O
+
CO2
Bilan : excrétion d’1 H+
régénération d’1 HCO3-
HCO
3
génération de
bicarbonates
CO2
Excrétion urinaire d’ions H+= NH4+
NH3+ + H+ NH4+
TCP
NH
3
diffusible
pK = 9
Glutamine
H
NH
3
+
H
+
NH
4
non diffusible
H CO
3
+
H CO
2 3
HCO
3
génération de
bicarbonates
+
Na
H2O +
Excrétion urinaire de NH4+ phosphates = prédominante , 2/3 excrétion H+
CO
2
CO
2
= grande adaptabilité, peut de 5 fois en acidose chronique
Glutamine NH3 + acide a-cétoglutarique
(NH3 diffuse dans la lumière tubulaire, absence de rétrodiffusion de NH4+ )
Perturbations de l’équilibre acido-basique
NORMAL
pH
7,38-7,42
Pa CO2
HCO3-
37-40
23-27
mmHg
mmol/l
meq/l
Perturbations de l’équilibre acido-basique
Réactions de l’organisme à une acidose ou une alcalose
1ère ligne de défense : tampons extra et intracellulaires
2ème ligne de défense : modification de la ventilation
pH VA Pa CO2
3ème ligne de défense : ajustement de l’excrétion rénale des ions H+
pH UV H+
pH UV H+
-
Régénération de HCO3-
Réabsorption de HCO3-
pH plasmatique
Acidose métabolique
pH
Alcalose métabolique
pH
Altération primitive
HCO3-
Mécanisme de défense
Pa CO2
H+
HCO3-
Pa CO2
H+
Acidose respiratoire
Alcalose respiratoire
pH
pH
Pa CO2
HCO3-
Pa CO2
HCO3-
Selon le degré de compensation, le pH sera ou non normalisé
A l’extrême, pH 7.4, HCO3-, Pa CO2 peut être une alcalose respiratoire compensée
ou une acidose métabolique compensée
pH plasmatique
Acidose respiratoire
pH
Altération primitive
Pa CO2
Mécanisme de défense
HCO3-
Aiguë
7,3
7,2
50
70
27
29
Chronique
7,3
70
40
7,4
50
32
A l’extrême, pH 7.4, HCO3-, Pa CO2 peut être une acidose respiratoire compensée
ou une alcalose métabolique compensée (discuter!!!)
pH plasmatique
Altération primitive
Pa CO2
Mécanisme de défense
Alcalose respiratoire
pH
Aiguë
7,45
30
22
7,42
30
20
HCO3-
A l’extrême, pH 7.42 HCO3-, Pa CO2 peut être une alcalose respiratoire compensée
ou une acidose métabolique compensée (peu probable acidose métabolique car pH 7,42)
pH plasmatique
Acidose métabolique
pH
Altération primitive
Mécanisme de défense
HCO3 H+
Pa CO2
7,3
13
30
7,4
18
30
7,4
13
20
Baissse des bicarbonates = rétention acide ou perte de base
PaCO2, ne peut pas diminuer au dessous de 15 mmHg
pH plasmatique
pH
Alcalose métabolique
Altération primitive
Mécanisme de défense
HCO3 H+
Pa CO2
7,45
34
43
7,4
32
50
Alcalose métabolique = habituellement H+ perte de H+
pH 7.4, HCO3-, Pa CO2 peut être une acidose respiratoire compensée
ou une alcalose métabolique compensée (discuter!!!)
pH plasmatique
Acidose métabolique
pH
Alcalose métabolique
pH
Altération primitive
HCO3-
Mécanisme de défense
Pa CO2
H+
HCO3-
Pa CO2
H+
Acidose respiratoire
Acidose respiratoire
pH
pH
Pa CO2
HCO3-
Pa CO2
HCO3-
Selon le degré de compensation, le pH sera ou non normalisé
A l’extrême, pH 7.4, HCO3-, Pa CO2 peut être une alcalose respiratoire compensée
ou une acidose métabolique compensée
R = VCO2 / VO2
Glucides : R = 1
Lipides : R = 0.7
Protéines : R= intermédiaire
VCO2 / VO2 > 1 ?
Début exercice
Début exercice
SA
SA
Base
VO2 (l/min)
VCO2
(l/min)
T (min)
T (min)
Début exercice
Début exercice
SA
SA
Base
VO2 (l/min)
VCO2
(l/min)
T (min)
T (min)
Lactatémie
(mg)
T (min)
Seuil anaérobie
Début exercice
Début exercice
SA
SA
Base
VO2 (l/min)
VCO2
(l/min)
T (min)
T (min)
Lactatémie
(mg)
VE
(l/min)
T (min)
Seuil anaérobie
T (min)
Seuil anaérobie
pH plasmatique
Acidose métabolique
pH
Alcalose métabolique
pH
Altération primitive
HCO3-
Mécanisme de défense
Pa CO2
H+
HCO3-
Pa CO2
H+
Acidose respiratoire
Acidose respiratoire
pH
pH
Pa CO2
HCO3-
Pa CO2
HCO3-
Selon le degré de compensation, le pH sera ou non normalisé
A l’extrême, pH 7.4, HCO3-, Pa CO2 peut être une alcalose respiratoire compensée
ou une acidose métabolique compensée
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