BILAN RENAL DES IONS H ET DESORDRES ACIDO BASIQUES

MODULE D’URO NEPHROLOGIE DCEM1

Pr Christine CLERICI

UFR DE MEDECINE UNIVERSITE PARIS 72008-2009

ROLE DU REIN DANS LE BILAN DES IONS H+

• Généralités

• Réabsorption des bicarbonates filtrés

• Excrétion des ions H+ et régénération des bicarbonates– Sous forme d’acidité titrable– Sous forme de NH4

+

• Rôle du canal collecteur dans l’acidification de l’urine

• Résumé : évolution du pH urinaire le long du néphron

GENERALITES

• La concentration d’ions H+ dans le plasma :– Est très faible : 40 nmol/l– pH = - log [H+]

36.3 nmol/L < [H+] plasma artériel < 43.6 nmol/L.7.38 < pH plasma artériel < 7.42

Acidose Alcalose

• La concentrations des ions H+ est maintenue constante– Les ions bicarbonates (HCO3

-) constituent le principal tampon du milieu extracellulaire.

• [HCO3-] plasma artériel : 24 mmol/L

– Par l’action conjuguée du rein et du poumon

Etat acide-base

CO2 + H20 � H2CO3 (acide carbonique) � H+ + HCO3-

Production de CO2Métabolisme cellulaire

Ventilation

Production cellulaire d’acides fixes

Excrétion rénale

pH : 7.38 - 7.42[HCO3

- ] : 23 – 26 mMpCO2 : 37 – 42 mmHg

pH = 6.1 + log [CO3H-]/CO2d

Sources quotidiennes d’ions H+

• Les acides volatils provenant du métabolisme cellulaire produisant du CO2 :

CO2 acide faible 13 000 à 20 000 mmoles/24h

• Les acides fixes provenant du métabolisme intermédiaire et alimentation

- 60-80 mmoles H+/24h- métabolisme des acides aminés soufrés - nucléoprotéines: acide urique-phosphoprotéines ou phospholipides: phosphates- situation non physiologique: métabolisme intermédiaire glucides lipides

• Anions métabolisables– citrates– lactates – légumes et fruits

• Boissons bicarbonatés

Sources quotidiennes de bases fixes

VARIABLES REGULEES

1. [CO3H-] extracellulaire régulé par le rein

2. PCO2 extracellulaire (CO2 dissous) régulé par

la ventilation

régulation du pH extracellulaire

pH = 6.1 + log [CO3H-]/CO2d

ROLE SPECIFIQUE DU REIN

• Réabsorber les bicarbonates filtrés

• Régénérer les bicarbonates en excrétant la charge acide fixe (60-80 mmoles/j)

– Sécrétion nette H+ dans le canal collecteur identique à la charge quotidienne

– Présence d’accepteurs H+ dans l’urine permettant l’excrétion appropriée d’H+

• S’adapter aux perturbations : charges acides ou alcalines

REABSORPTION DES BICARBONATES FILTRES

• Bicarbonates filtrés : ~ 4 300 mmol/j

• Réabsorbés en totalité en situation normale � Excrétion = 0

– 80-85 % dans le tube contourné proximal (TCP)– ~ 15 % entre fin du TCP et début du tube contourné distal (TCD)– 1-2 % tube distal

• La réabsorption proximale des bicarbonates est limitée par un Tm

ROLE DU REIN1. REABSORPTION DES BICARBONATES

Na+

H+

K+

Na+

H2CO3

HCO3-

CO2 + H20H20 + CO2

H+

HCO3-

H2CO3

AC

ATP

Na+

Lumière tubulaire Interstitium

3 HCO3-

Na+

Réabsorption : 1 Na+, 3 HCO3-

L’ion H+ est sécrété, mais pas excrété

AC

25 mM

8-10 mM

Transport maximum des bicarbonates

� réabsorption si :– � volume extracellulaire– � PaCO2

– Hypokaliémie

� réabsorption si :– � volume extracellulaire– �PaCO2

[HCO3-] plasm (mmol/L)25-26

Débit massique[HCO3

-](mmol/j)

Filtré

Excré

té

Tm

Réabsorbé+

_

Réabsorption des bicarbonates dans la branche ascendante large et tubule distal initial

Lumièretubulaire

Interstitium

K+

Na+

Na+

H+

ATP

+

2 Cl-Na+

K+

K+K+

_Na+

HCO3-

Cl-

HCO3-

Cl-

HNa HNa

H

Na

Alcalose AcidoseAlcalose

Acidose

Acidose

Hypovolémiehypokaliémie

Alcalose

Hypovolémiehypokaliémie

Le canal collecteur : site majeur d’acidification de l’urine +++

• Cellules principales :

– Réabsorption Na+

- Sécrétion K+

• Cellules intercalaires :

– Cellules intercalaires A� sécrétion d’ions H+

– Cellules intercalaires B� sécrétion d’ions HCO3

-

2 types des cellules :

ROLE DU REIN2. EXCRETION D’IONS H+

Canal collecteur

A

H+

H2CO3

HCO3-

H20 + CO2 CO2

H+

AC

Lumière tubulaire Interstitium

Cl-

H+-ATPase

H+

H2CO3

HCO3-

H20 + CO2 CO2

AC

Cl- H+-ATPaseCl-

B

HCO3-

HCO3-

H+

H+

K+

ATPase

Le canal collecteur : site majeur d’acidification de l’urine

• Grâce à la sécrétion d’H+ par les cellules intercalaires A, le canal collecteur (CC médullaire interne surtout) peut abaisser nettement le pH de l’urine.

• L’aldostérone stimule la H+-ATPase, donc la sécrétion d’ions H+ par le collecteur.

• pH urinaire minimal = 4 (Ce qui correspond à une concentration en ions H+ 2000 fois plus élevée que dans le plasma).

ROLE DU REINModalités d’excrétion des H+

• Sous forme d’ACIDITE TITRABLE : 1/3

• Sous forme de NH4+ (ion ammonium) : 2/3

• (H+ libres : déterminent le pH de l’urine, mais quantitativement négligeables)

Modification du pH urinaire le long du néphron

Artère aff.pH 7.4

[HCO3-] 24

pH 7.25[HCO3

-] 25pH 6.7

[HCO3-] 8

pH 6.7[HCO3

-] 8pH 6.6

[HCO3-] 7

pH 6.1[HCO3

-] 1

pH < 6.0 (pH minimal : 4)[HCO3

-] 1

70%

20%

5%

5%

Site de réabsorptiondes HCO3

-

Site de sécrétiondes H+

EXCRETION D’IONS H+: Acidité titrable

• Mesure : l’ACIDITE TITRABLE correspond à la quantité de base forte (NaOH) nécessaire pour ramener le pH de l’urine définitive à la valeur normale du pH plasmatique artériel (7.4) = titration de l’urine.

• Quantité d’ions H+ sécrétés dans la lumière tubulaire qui réagissent avec des sels d’acides faibles A- (autres que HCO3

-) pour donner un acide faible AH.

– Phosphate : HPO42- + H+ � H2PO4

- (pK = 6.8)– Créatinine (pK = 4.9)– Acide urique (pK = 5.7)

Excrétion acidité titrable: phosphates

)1(POH(4)HPO

log6,87,4

plasmaledanscommereglomérulaifiltratleDans

POHHHPO

-42

-24

-42

24

+=

↔+ +−

(10)]PO[H

(1)][HPOlog6,85,8

-

42

-2

4+=

[acide]

[base]logpK pH +=

Urines

EXCRETION D’IONS H+: Acidité titrable

Na+

H+

H2CO3

HCO3-

H20 + CO2 CO2

H+HPO42-

H2PO4-

Na+

Lumière tubulaireInterstitium

HCO3-

Na+

Bilan : excrétion d’1 H+, régénération d’1 HCO3-

(Acide faible) AC

A

H+

H2CO3

HCO3-

H20 + CO2 CO2

H+

AC

Cl-H+-ATPase

NH3NH3A-

Acide uriquecréatinine

ou

+

AH ou NH4+

H+

K+

ATPase

Canal collecteur

EXCRETION D’IONS H+ : acidité titrable

• Lieu de production : dépend du pH du fluide tubulaire

� la formation des acides faibles AH est favorisée si pH FT < pK (A-, AH)

– Commence dans le proximal pour les phosphates (pK = 6.8)

– Essentiellement dans les parties distales du néphronoù le pH FT est le plus bas pour créatinine (pK = 4.9) et acide urique (pK = 5.7).

EXCRETION D’IONS H+ : acidité titrable

• La production d’acidité titrable (1/3 des H+ excrétés) peut augmenter

– pH urinaire �– débit urinaire des

tampons phosphates �

• PEU AJUSTABLE augmentation jusqu'à 150% de l'excrétion usuelle.

pH urinaire

5 6 7

AT liée au phosphates(mmoles/j)

20

ROLE DU REINModalités d’excrétion des H+

• Sous forme d’ACIDITE TITRABLE : 1/3

• Sous forme de NH4+ (ion ammonium) : 2/3

• (H+ libres : déterminent le pH de l’urine, mais quantitativement négligeables)

• NH3 + H+ � NH4+ (pK = 9) : 95% sous forme NH4

+ au pH des liquides biologiques.

• 1 mmol d’ammoniac excrété � 1 mmol d’H+ excrété

• Représente les 2/3 de l’excrétion urinaire d’H+

• AJUSTABLE : en fonction de la charge acide

• Lieu de production : – Pratiquement pas de NH4

+ filtré– ~ 70% des NH4

+ excrétés sont produits dans le PROXIMAL àpartir de la GLUTAMINE

EXCRETION D’IONS H+ sous forme de NH4+

• AMMONIOGENESE par les cellules tubulaires proximalespossédant une GLUTAMINASE

A- + Na+

(CO2) HCO3-

NH4+ 2 NH4

+

Lumière tubulaire Interstitium

2 HCO3-

Bilan : excrétion d’2 NH4+, régénération d’2 HCO3

-

Glutamine

αKG2-

2 NH3

H+

NH3

+

A- - NH4+

(α-céto-glutarate)

(aniond’acide fort)

NaNH4

+

• Réabsorption du NH4+ sécrété par le TP dans la

BAL de l’anse de Henlé

Na+

K+

Na+

H+

ATP

2 Cl-Na+

K+ � NH4+

Lumièretubulaire Interstitium

NH4+

H+

NH4

Na+

Cl-

CO3H-

Production NH4+

• Gradient CP de NH4+ et sécrétion distale (TC) de NH4+

[NH3]

Cortex

Médullaireinterne

NH3

NH4+

NH4+

NH3/NH4

+

H+H+

Sécrétiond’H+

20%

80%

Facteurs augmentant l’excrétion de NH4+

• � pH urinaire

• � débit urinaire

• Déplétion potassique

• Acidose plasmatique aiguë ou chronique� mécanisme d’adaptation à

l’acidose chronique

Cortex

Médullaireinterne

CO3H-

4000 mmoles/j

ATNH4CO3H-

40 10

CO3H-

NH4

NH3

AT

H+

NH3

H+

NH4 40AT 20

CO3H- ~0

40

10

Excrétion des acides et des basesI. Excrétion des acides

A. Les ions H libres

B. L'acidité titrable (AT)a. 10 à 30 mmoles/j ou 50 mmoles en cas de surcharge acideb. Constitué en fonction du pH de l'urine et du pK des radicaux acides

1. Phosphate acide pK 6,82. Acide urique pK 5,73. Créatinine pK 4,9

c. acide beta hydroxybutyrique ou acetylacétique (diabète )

C. Ammoniac (NH4+)

30 à 60 mmoles/j jusqu'à 150 mmoles/j

II Excrétion des bases

Exclusivement sous forme de bicarbonates si pH>6,6

CHARGE ACIDE PHYSIOLOGIQUEH+ secrétés � H+ excrétés

• H+ sécrétés par le tubule et non excrétés– Réabsorption des bicarbonates filtrés (TCP)

• H+ sécrétés par le tubule et excrétés– H+ libres négligeables– H+ conjugués aux phosphates (AT)– H+ conjugués sous forme d'ammonium NH4+

UH+.V = UNH4+.V + UAT.V – UCO3H-.V ~60 mmoles/J

Exemples de réponses rénales adaptées :

Charge alcaline aiguë:(Ex: Administration

Intraveineuse d’HCO3-)

Charge acide aiguë:(Ex: Administration de NH4Cl)

� [HCO3-]pl, � pHpl

(modérées)

�� pHurine (> 7.5) avec :

- Excrétion massive de HCO3-

- Disparition acidité titrable- � excrétion de NH4

+

Elimination complètede la charge alcaline en 24h

� [HCO3-]pl, � pHpl

� pHurine (< 5.3) avec :

- � acidité titrable- �� excrétion de NH4

+

- Régénération des HCO3-

consommés

Excrétion urinaire d’H+

maximale

Les déterminants de l’excrétion urinaire d’ions H+ et de la réaborption de HCO3

-

• Etat acido basique– Variation du pH dans le TCP et TC stimule ou

inhibe la sécrétion H

• Variation primitive de la PaCO2– Les variations de PaCO2 d’origine respiratoire

--> variation de secretion d’ions H et réaborption des bicarbonates pour compenser les variations de PaCO2

• Augmentation des apports Na et le débit de sodium dans le TCD– Augmentation du débit Na dans le TCD -->

augmentation NH4 et AT

• Aldostérone– Chronique --> augmentation excrétion urinaire H

• Glucocorticoïdes– Augmentation excrétion urinaire H

• Potassium

SEMIOLOGIE DES DESORDRES DE

L'EQUILIBRE ACIDO BASIQUE

Démarche diagnostique devant des

désordres d’origine métabolique

DEFINITIONS

• pH < 7,38 : acidose pH > 7,42 : alcalose

- métabolique- mixte avec désordre respiratoire associé- situation complexe

• pH compris entre 7,38 et 7,42

- soit situation normale- soit désordre de faible intensité- soit association de perturbations importantes en sens contraire

ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE

• Gaz du sang artériel– Permet de préciser le type du désordre acido

basique: métabolique ou respiratoire– Mesure du pH , PO2, PCO2 et le calcul des CO3H-

– interprétation nécessite SaO2, CaO2

• Trou anionique plasmatique (au cours des acidoses)– Recherche l'accumulation d'acides autres que HCl et

CO3H2• TA plasmatique = 12 ± 2 mmoles/l

Trou anionique = Na+ plasma – [Cl- plasma + HCO3- plasma]

Exemple 140 – [100 + 24] = 16 mmoles/l

Définition: virtuel, correspond essentiellement aux protéines

Intérêt :augmentation > 25 permet de détecter la présence d'anions habituellement indosés

- sulfate, phosphate, acides organiques (IR)- acidocétose (diabète)- acidose lactique- acidose salicylate, éthylène glycol, alcool méthylique

ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE

• pH urinaire

• Bicarbonaturie: – Permet de quantifier la réabsorption rénale des CO3H– Adaptation rénale conduit à ce qu'elle soit nulle en cas d'acidose

et élévée en cas d'alcalose

• pCO2 urinaire– Permet l'évaluation de la sécrétion distale d'ions H+

• Trou anionique urinaire– Permet d’évaluer la production de NH4

+

ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE

Eléments extérieurs à l'équilibre acido basique nécessaires à l'interprétation des désordres

- PaO2

- chlore plasmatique

- K plasmatique

- Ca plasmatique

- contexte clinique et antécédents (prise

médicaments, ingestions)

ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE

• La réponse du rein est adaptée

-Si acidose: urine acide � pH� NH4

+ et AT

-Si alcalose urine alcaline� pH� NH4

+ et AT� HCO3

-

• La réponse du rein est inadaptée = Cause rénale ++

ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASEd’origine métabolique

Gaz du du sang artériel

pH : < 7,38 HCO3

- < 24 mmoles/l

Compensation respiratoirePaCO2< 38 mmHgPaO2 augmentée du fait de l'hyperventilation pulmonaire

ACIDOSE METABOLIQUE

ACIDOSE METABOLIQUE

A. Les signes cliniques

1. La dyspnée: - principal symptôme de l'acidose métabolique- sine materia- au maximum Kussmaul- odeur de pomme liée a l'acidocétose

2. Les troubles neurologiques- peu fréquents sauf si acidose sévère- obnubilation au coma

3. Les troubes cardiovasculaires- collapsus parfois mortel si acidose majeure

ACIDOSE METABOLIQUE

B. Enquête étiologique

• Cl plasmatique : soit normalsoit augmenté

• K plasmatique augmenté

• glycémie, cétonémie et lactates plasmatiques si trou anionique augmenté

• Urine- soit réponse appropriée : pH < 5- soit réponse inappropriée pH >6 et excrétion H+ faible

• Augmentation de la production d’acides– Surcharge acide endogène

• Acide lactique• Acide cetoniques

– Surcharge acide exogène• Intoxication acide salicylique

– Perte de bicarbonates diarrhées acidose tubulaire

• Diminution de l’excrétion des acides– Insuffisance rénale– Acidose tubulaire proximale ou distale

ACIDOSE METABOLIQUE

ACIDOSE METABOLIQUE

• Acidose métabolique avec TA plasmatique augmenté ou acidose normochlorémique

Accumulation d'autres acides que HCl ou CO3H2

– Acidose métabolique par surcharge exogène• Intoxication à l'acide salicylique (acide acétoacétique,

pyruvique lactique)• méthanol• éthylène glycol: accumulation d'acide oxalique

– Acidose métabolique par surcharge endogène• acidocétose diabétique: accumulation des cétoacides par

oxydation incomplète des acides gras due a la carence en insuline

• acidose lactique: état de choc et hypoxémie

ACIDOSE METABOLIQUE

• Trou anionique normal (ou acidose hyperchlorémique)

– Accumulation de H+

• Ingestion d'acides : HClchlorure d'ammonium, d'arginine ou de lysine

• Incapacité à excréter les acides I. Rénale chronique, IR aiguë, acidose tubulaire

– Soit pertes de bases• Extrarénales digestives++ diarrhée

adaptation rénale: augmentation de NH4+

• Rénales défaut de réabsorption des bicarbonates: bicarbonaturie paradoxale avec hypokaliémie – inhibiteurs de ACdéfaut de régénération des bicarbonates consommés pour tamponner les H du métabolisme cellulaire: anomalies d'acidification des urines

ALCALOSE METABOLIQUE

• HCO3- toujours �

– Augmentation compensatrice de PCO2 = abaquesMinime si l'alcalose métabolique est récente

– pH soit > 7,42 exemple HCO3 = 30 mmHgPCO2 = 43 mmoles/lpH = 7,46

– 7,38 � pH � 7,42 HCO3 = 29 mmHgPCO2 = 48 mmoles/lpH = 7,40

- PaO2 habituellement abaissée

• Cl- �• K tend à �• Urine

– Soit réponse rénale appropriée pH � 7– Soit fréquent réponse rénale inappropriée =

"acidurie paradoxale" pH� 6 et excrétion des H+ non négligeable

ALCALOSE METABOLIQUE

• Signes cliniques– Asymptomatique– dus à l'élévation du pH

troubles neuromusculaires: tétaniecrampes neuromusculaires, secousses myocloniquestrouble de la contractilité cardiaque

ALCALOSE METABOLIQUE

ALCALOSES METABOLIQUES: CAUSES (1)

• Alcalose métabolique par excès d'alcalins– Apports excessifs d’alcalins

D'autant plus facile qu'il existe une insuffisance rénale qui limite l'excrétion des alcalins

- Libération de bases endogènes• Création : destruction osseuse (métastases)• Entretien : hypercalcémie � action sur le rein

• Alcalose métabolique par perte d'acides

– Perte digestive• Création : vomissements, aspiration gastrique• Entretien : déplétion K et diminution du VEC

– Perte rénale

• Déplétion K : � production NH4+, � réabsorption HCO3

-

• Hypercalcémie : � production NH4+ et AT, � réabsorption des

HCO3-

• Minéralocorticoïdes : � échangeur Na/H

• Déshydratation EC : � réabsorption de HCO3-

ALCALOSES METABOLIQUES: CAUSES (2)

• Evaluation précise du tableau clinique présenté par le patient

• Affirmation et classification du désordre de l'équilibre acide base par l'étude des gaz du sang artériel

• Différenciation dans le cas de désordres d'origine métabolique entre une pathologie extra-rénale avec mise en jeu de processus adaptatifs par le rein et une pathologie rénale par l'utilisation d'examens de 2ème intention (TAp, PCO2u)

• La recherche étiologique du processus pathologique responsable du trouble de l'équilibre acide base

• Traitement du désordre

DEMARCHE DIAGNOSTIQUE

HCO3-

pHAlcalose respiratoire chronique

HypoxieMaladie respiratoire

Stimulation de la ventilation CR

pHAcidose métabolique

pCO2Acidose métabolique simple

TA Acidose lactique

Acidocétoseintoxication

TA normalCharge acide

Pertes de basesIR

Normal ou pCO2Désordre mixte

HCO3-

pHAcidose respiratoire chronique

Maladies neuro musculairesDépression des CR

pHAlcalose métabolique

pCO2Alcalose métabolique simple

Apports excessifs alcalinsLibération de bases endogènes

Pertes acides digestives ou rénales

Normal ou pCO2Désordre mixte