Régulation du pH .pdf

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