Équilibre acido-basique: Principes et régulation

Exploration biochimique de l'équilibre acido-basique

• Les objectifs principaux sont de comprendre les principes de base et les mécanismes de régulation, connaître les techniques de mesure, différencier les types de déséquilibres et interpréter les données de la gazométrie.

Introduction

• L'activité enzymatique est très sensible aux variations de pH.
• L'organisme doit maintenir le pH sanguin entre 7.38 et 7.42.
• Une baisse du pH en dessous de cette fourchette cause l'acidose, tandis qu'une élévation cause l'alcalose.
• Le maintien du pH est soumis à une régulation précise, définie comme l'équilibre acido-basique.
• L'étude des déséquilibres acido-basiques est essentielle dans l'évaluation quotidienne des patients hospitalisés.

Rappel Physico-Chimique

• Selon la théorie de Bröensted, un acide est un donneur de protons (H+), tandis qu'une base est un accepteur.
• À tout acide correspond une base conjuguée, et vice versa.
• Les acides forts sont complètement dissociés, contrairement aux acides faibles (acide carbonique H2CO3).
• Plus un acide est dissocié, plus il libère d'ions H+ et est considéré comme fort.

Entrées d'acides et de bases

• Les entrées peuvent être alimentaires ou métaboliques.
• Les acides volatils proviennent de l'oxydation des glucides et lipides (10 000 à 20 000 mmoles/jour).
• L'organisme produit 100 mmoles/jour d'acides fixes, éliminés par les reins.
• Les acides inorganiques, comme l'acide sulfurique et phosphorique, ont un anion non métabolisable.
• Les acides organiques, comme l'acide lactique, acétylacétique et β-hydroxybutyrique, ont un anion métabolisable.
• Une alimentation riche en protides conduit à une surcharge acide, tandis qu'une alimentation végétarienne conduit à un excès d'alcalins.

Sources alimentaires

• Les fruits et légumes fournissent des ions Ca2+, K+, Mg2+ et Na+ qui ont un effet alcalinisant.

Sorties d'acides

• L'élimination du CO2 par les poumons (10 mmol/min de CO2).
• L'élimination des acides fixes par les reins (60-80 mmol/jour).

Transport du CO2

• Le CO2 est transporté dans le plasma (70%) et dans les hématies (30%).

Régulation de la concentration en H+

• Les protéines intracellulaires, enzymes et canaux membranaires sont sensibles aux variations de pH.
• Les modifications de l'excitabilité neuromusculaire incluent la dépression du SNC en acidose et l'excitabilité en alcalose
• Les modifications de la concentration en K+ sont dues aux échanges K+/H+

Valeurs de référence du pH

• Sang : 7,37-7,43, Urine : 4,5-8,5
• Sécrétion gastrique : 1, Intracellulaire : proche de 7

Échanges alvéolo-capillaires

• Dans les tissus, il y a consommation d'O2 et production de CO2.
• Le CO2 est pris en charge par le sang et expiré par les poumons.
• Les différences de pression permettent les échanges par simple diffusion.
• Transport de l'O2 : forme dissoute (0,3ml/100ml de sang) et forme liée à l'hémoglobine (20ml/100ml de sang).
• Transport du CO2 : 80-90% sous forme de bicarbonate (HCO3-), 5-10% sous forme dissoute, 5-10% sous forme de composés carbaminé.

Régulation de l'équilibre acido-basique

• Une régulation étroite de la concentration en H+ est assurée par des tampons et d'autres mécanismes complexes.
• Les tampons sont des molécules qui limitent les variations de pH en remplaçant un acide fort par un acide faible.
• Un système tampon comprend un acide faible et sa base conjuguée, ou une base faible et son acide conjugué.

Système tampons

• L équation d'Henderson-Hasselbalch est pH = 6,1 + log([HCO3-] / (PCO2 x 0,03))
• Il existe des systèmes tampons intracellulaires et extracellulaires, notamment les tampons bicarbonates et non bicarbonates.
• Les critères d'efficacité d'un tampon sont un pKA proche du pH du milieu et une concentration élevée.

Système Tampon Bicarbonates/ Acides Carbonique

• Il s'agit du seul tampon ouvert de l'organisme.
• Équation d'équilibre chimique est H+ + HCO3- ⇔ H2CO3 ⇔ H2O + CO2, accélérée par l'anhydrase carbonique (AC).
• C'est le tampon le plus important quantitativement dans le milieu extracellulaire.
• Le pH s'exprime comme suit : pH = pKa + log([HCO3-] / c CO2 dissous).

Tampon Bicarbonates/ Acides Carbonique (Efficacité)

• Efficace surtout dans l'acidose et peu efficace si le pH augmente.
• Ce tampon est efficace car il est ouvert et ne se sature pas.
• Addition d'un acide : ACH + NaHCO3 → AcNa + H2O + CO2, le CO2 étant éliminé par les poumons.
• Addition d'une base : BOH + CO2 + H2O → BHCO3 + H2O, la diminution du CO2 étant compensée par sa production continuelle.

Systèmes tampon

• Agit en étroite collaboration avec le tampon Hb/Hemoglobinate et est sous contrôle des poumons et des reins.
• Le pouvoir tampon des protéines est dû à leurs groupements constitutifs.
• Les résidus d'acides aminés basiques (arginine, ornithine, citrulline, lysine, histidine) luttent contre l'acidose.
• Les résidus d'acide aspartique ou glutamique luttent contre l'alcalose.
• C'est un tampon mineur dans le liquide extracellulaire mais important dans l'urine.
• Formes monoacide (80% HPO42-) et diacide (20% H2PO4-).
• Les tampons osseux jouent un rôle majeur dans les surcharges acides chroniques.

Système Tampon Globulaire

• Il intervient de deux manières :
  • Fixation du CO2 sur l'Hb pour former un dérivé carbaminé : HbNH2 + CO2 ↔ HbNHCOO- + H+
  • Les groupements imidazoles des résidus histidine fixent les ions H+.
• Au niveau des tissus, HbO2 libère l'O2 et éponge les H+.
• Au niveau des poumons, l'Hb est oxygénée et libère les H+.

Régulation Pulmonaire

• La régulation de la ventilation maintient une pression en CO2 constante dans le sang artériel.
• Le poumon élimine exactement la quantité de gaz carbonique libérée par les tissus.
• Cette régulation est rapide, adaptée en quelques minutes.
• Au niveau pulmonaire, le proton fixé sur l'hémoglobine est libéré et combiné à un bicarbonate pour donner du gaz carbonique.
• Les chémorécepteurs (centraux et périphériques) détectent rapidement la hausse de la PaCO2 et stimulent le centre respiratoire.
• Les chémorécepteurs centraux ajustent la ventilation pour normaliser la PaCO2.
• Les chémorécepteurs périphériques sont sensibles à la variation du pH et de la PaCO2, mais surtout à la PaO2.

Régulation Rénale

• Le rein maintient constant les stocks d'acides forts et de bases.
• La régulation rénale prend plusieurs heures, contrairement à la régulation pulmonaire.
• Le rein réabsorbe des bicarbonates et élimine des acides forts.

Réabsorption des Bicarbonates

• La cellule tubulaire proximale synthétise de l'acide carbonique à partir de CO2 et d'H2O.
• L'ion H+ est échangé contre un ion Na+ de l'urine primitive, laissant le bicarbonate qui est réabsorbé.
• Le CO2 est réabsorbé et participe à la réaction catalysée par l'anhydrase carbonique.

Excrétions des H+

• L'excrétion rénale d'acide se fait sous trois formes : libre, liée aux phosphates et à l'ammoniac.
• Elle se déroule au niveau du tube contourné distal.
• La réabsorption du sodium est sous le contrôle de l'aldostérone.
• L'excrétion de H+ sous forme d'acidité titrable (H2PO4) est un mécanisme qui extrait H+ fixe.

Gazométrie : Prélèvement

• Le patient doit être au repos afin d'éviter une hyperventilation de stress, et le prélèvement doit être fait au niveau d'une artère (radiale, fémorale, humérale...).
• Effectué sûr héparine, sans introduction de bulle d'air, homogénéisé par retournement et maintenu en anaérobiose stricte jusqu'à son analyse.
• Le prélèvement doit être analysé sans délai, et en cas de force majeure, devra être maintenu au réfrigérateur à +4°C pendant un maximum d'une heure (seringue en verre).

Gazométrie : Paramètres dosés et calculés

• Mesure du pH : effectuée à l'aide d'une électrode de verre, avec valeurs normales à 7.4±0.02.
• Mesure de la PCO2 : effectuée grâce à l'électrode de Severinghaus, avec valeurs physiologiques à 37 à 43 mmHg ou 44 - 48 mmHg pour le sang veineux.
• La concentration des ions HCO3- est déduite du calcul de la mesure de pCO2, et du pH à l'aide de l'équation d'Henderson Hasselbalch.

Déséquilibre Acido-Basique

• L'acidémie se définit par une valeur de pH < 7,35 et l'alcalémie par une valeur de pH > 7,45.
• L'acidose se définit comme un processus physiopathologique aboutissant à une augmentation de la concentration en protons plasmatiques

Autres définitions

• Un trouble métabolique primaire se définit par une variation première des bicarbonates plasmatiques.
• Un trouble respiratoire est induit par une variation première de la PaCO2.
• Acidose métabolique : HCO3- < 22 mmol/1 réponse compensatoire : pa CO2 < 36 mmHg
• Acidose respiratoire : pa CO2 >42 mmHg réponse compensatoire HCO3- > 26mmol/l
• Alcalose métabolique : HCO3- > 26 mmol/1 réponse compensatoire pa CO2 >42 mmHg
• Alcalose respiratoire : pa CO2 réponse compensatoire HCO3-
• Trou anionique (TA) = NA - (HCO3- +CL-) TA = 12±4 mEq/l

Acidose Métabolique

• L'acidose métabolique est définie par une concentration plasmatique de bicarbonate inférieure à 20 mmol/L.
• La baisse des HCO3- peut correspondre à son utilisation en tant que tampon ou à une perte digestive de bicarbonates

Etiologies des Acidose Métabolique

• Acidoses métaboliques à TAP élevé : Céto-acidose diabétique, Acidose lactique, Acidoses par ingestion de toxiques
• Acidoses métaboliques à TAP normal : acidoses tubulaires, les pertes digestives, Apport excessif en chlore

Acidose Respiratoire

• L'acidose respiratoire est définie par une augmentation de la PaCO2 (PaCO2> 42 mmHg).
• L'hypercapnie est toujours secondaire à une hypoventilation alvéolaire et l'hypoxémie est donc systématique

Alcalose Métabolique

• Elle est définie par une augmentation des bicarbonates plasmatiques (HCO3-> 26 mmol/L).

Alcalose Respiratoire

• L'alcalose respiratoire est définie par une capnie basse (PaCO2< 38 mmHg).
• La compensation métabolique est en général retardée.