15. Equilibre acido-basique : régulation du pH et de l’équilibre acido-basique

15. Equilibre acido-basique : régulation du pH et de l’équilibre acido-basique

§ un proton est un atome d’hydrogène qui a perdu son électron libre.
§ un acide est un donneur de proton et une base un accepteur de proton.
§ l’équilibre acido-basique est apprécié par la concentration des protons (H+)
o [H+] plasmatique = 38 – 42nmol/l → pH = log [H+] = 7,38 - 7,42
o [H+] intracellulaire = 100nmol/l → pH = 7
§ le maintien de cet équilibre est sous la triple dépendance des systèmes tampons de l'organisme, du poumon et du rein.

I- bilans des ions H+ :
A- les entrées d’ions H+ : le métabolisme cellulaire et intermédiaire produit des ions H+ :
§ acides volatiles : le CO2 libéré forme une quantité équivalente d’ions H+
§ acides fixes : acides sulfuriques ou phosphoriques
§ acides organiques : acides lactique, acéto-acétique et b hydroxy-butyrique
B- sorties des ions H+ :
§ poumon : évite la formation des ions H+ en éliminant le CO2
§ le rein élimine des H+ sous forme : libre, NH4+ et NaH2PO4

II- la régulation du pH et de l’équilibre acido-basique
A- les systèmes tampons :
§ peuvent être intra ou extra cellulaire
§ permettent de compenser un défaut ou de neutraliser un excès en ions H+ a fin de maintenir un pH plasmatique entre 38 et 42nmol/l
§ constitués généralement par un acide faible (AH) et par son sel alcalin (A-)
§ le rapport [A-] / [AH] est déterminé en fonction de la constante de dissociation pKa et du pH par l’équation de Henderson-Hasselbalch : pH = pKa + log [A-] / [AH]
§ le pouvoir tampon d'un système donné est d'autant plus fort que :
o son pKa est proche du pH du milieu
o et sa concentration globale est élevée.

1- les systèmes tampons extracellulaires :
Bicarbonates - acide carbonique (HCO3- / H2CO3) :
§ principal système tampon du compartiment extracellulaire ayant un pouvoir tampon élevé.
§ c‘est un système ouvert en relation avec le poumon (élimine CO2) et le rein
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
§ pH = pKa + log [HCO3-] / [H2CO3] = 6,1 + log [HCO3-] / 0,003.PaCO2
§ toute perturbation d’ordre respiratoire (portent sur PCO2) ou métabolique (portant sur [HCO3-]) est responsable d’une modification du pH plasmatique.

Protéine – protéinate :
§ système tampon intra et extra cellulaire.
§ contient des formes d’acides faible dans le C terminal carboxyle et le N terminal amine
§ son pouvoir tampon est faible malgré sa concentration élevée.

Phosphate monosodique – phosphate disodique : NaH2PO4 / Na2HPO4
§ c’est un système à capacité tampon élevée mais son pouvoir tampon est faible (faible concentration plasmatique)
§ rôle important dans les urines.

2- les systèmes tampons intracellulaires :
Hémoglobine – Hémoglobinate :
§ c’est un système tampon érythrocytaire à capacité tampon élevée.
§ l’Hb existe sous forme réduite (Hb), oxydée (HbO2) et liée au CO2 (HbCO2) : les 2 premières formes sont les plus essentielles du système tampon.
§ ce système joue un rôle important à 2 niveaux :
o au niveau cellulaire : l’HbO2 libère son O2 et fixe H+ sans changement du pH cellulaire.
o au niveau du poumon : la formation de HbO2 libère H+ qui se combine au HCO3- et donne H2O et CO2 qui sera éliminé par le poumon.
Les protéines – les phosphates – carbamates osseux.
§ rôle important en cas d’acidose.
§ lors d’une surcharge en H+, ces derniers pénètrent dans la cellule en échange avec K+ ou Na+ osseux. Une surcharge en bases produit l’effet inverse.
§ ces tampons interviennent avant la compensation rénale.

B- Rôle du poumon :
Agit par l’intermédiaire de la ventilation alvéolaire selon 2 mécanismes :
§ élimination de grande quantité de CO2 afin d’éviter la formation de H+.
§ adaptation de la PaCO2 en fonction des variations du HCO3- afin de maintenir constant le rapport [HCO3-] / 0,003.PaCO2
o en cas d’acidose métabolique : la ↓ [HCO3-] et ↑ H+ stimule les chémorécepteurs respiratoires → hyperventilation alvéolaire qui va diminuer la PaCO2 pour normaliser le pH.
o En cas d’alcalose métabolique : l’↑ [HCO3-] et ↑ pH déprime les centres respiratoires → hypoventilation alvéolaire avec hypercapnie (l’hypoxie limite cette hypoventilation donc l’alcalose métabolique n’est pas entièrement compensée)

C- contrôle rénal :
1- la réabsorption des bicarbonates filtrés :
§ se fait essentiellement dans le tube proximal (85 %) et dans l’anse de Henle (10 %).
§ cependant, dès que [HCO3-] dépasse 26mmol/l il y’aura une excrétion du HCO3- : protection de l’organisme contre une charge alcaline.
§ Facteur favorisant cette réabsorption :
o ↑ du débit HCO3- filtré
o ↓ du volume extracellulaire.
o Hypokaliémie.
o Acidose métabolique et respiratoire.
o Aldostérone
§ Acétazolamide entrave cette réabsorption par inhibition de l’anhydrase carbonique.
2- excrétion de H+ sous forme d’acidité titrable et NH4+ et génération de HCO3- :
§ Acidité titrable :
o représente la quantité de soude nécessaire pour ramener le pH urinaire au pH plasmatique.
o l’excrétion se fait surtout au niveau du TCD.
o cette sécrétion est généralement peu adaptable et insuffisante pour éliminer la charge acide quotidienne.
§ La formation d’ion ammonium NH4+ :
o résulte de la combinaison de H+ a l’ammoniac NH3 (élaborer par le rein)
o cette excrétion représente l’élimination de 2/3 de la charge acide : stimulé par l’acidose, l’hyperkaliémie et les glucocorticoïdes.
§ Pour chaque mmol de H+ éliminé sous ces 2 formes, une mmol de HCO3- est générer par la cellule tubulaire ce qui compense la perte de HCO3- par l’organisme.

3- sécrétion de HCO3- :
§ En cas de charge alcaline métabolique, le rein ↑ la sécrétion de HCO3- par le système d’échange chlore - HCO3- et par la réabsorption active des H+.

III- mise en jeu de la régulation :
A- chronologie :
§ Systèmes tampons : action immédiate.
§ Ventilation : action rapide
§ La régulation rénale intervient ensuite : la plus importante car c’est elle seul qui corrige les désordres respiratoires et qui permet de restaurer le taux des bicarbonates.

B- perturbations métaboliques :
§ Acidose :
o ↓ [HCO3-] et du pH → hyperventilation → ↓ PaCO2 qu tend à normaliser le rapport [HCO3-] / 0,003.PaCO2
o la compensation est ensuite rénale par :
- ↑ de la réabsorption et de la regénération des bicarbonates
- ↑ de l’élimination des H+ sous forme d’acidité titrable et NH4+
§ Alcalose :
o ↑ [HCO3-] et du pH → hypoventilation mais limité par l’hypoxie
o c’est le rein qui permet de compenser

C- perturbation respiratoire :
§ acidose :
o ↑ PaCO2 et ↓ du pH
o compensation rénale avec ↑ de la réabsorption des HCO3- et élimination de H+
§ Alcalose :
o ↓ PaCO2 et ↑ du pH
o Le rein permet l’élimination d’urine riche en HCO3-

III- conclusion :
§ la régulation de l’équilibre acido-basique a pour but de maintenir l’homéostasie des H+ ou du pH
§ ceci par des mécanismes de régulation a court terme (systèmes tampons et ventilation alvéolaire) et à long terme (le rein) en cas d’acidose/alcalose métabolique ou respiratoire