equilibre acido-basique 1. contrÔle de lequilibre acido-basique thierry petitclerc biophysique du...
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Equilibre acido-basique1. CONTRÔLE DE L’EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE
Thierry PETITCLERCBiophysique du milieu intérieur
PCEM1 – Université Paris 6
Généralités
Origine des ions H+
Elimination des ions H+
Transport des ions H+ : les systèmes tampons
Régulation du pH
Contrôle de l’équilibre acido-basique
Le pH du sang artériel du sujet normal est : - remarquablement stable (pH = ± 0,02 soit pH = ± 5%) grâce
aux tampons- remarquablement constant (pH = 7,40 ± 0,02 soit 41 ± 2 nmol/L d’ions
H+) malgré une agression acide continue grâce à une régulation particulièrement efficace.
NB : - 7,40 = pH basique (pH neutre = 6,8 à 37°C)
- pHintracellulaire < pHextracellulaire (cf Donnan)- limites pH compatible avec la VIE : 6,8 - 7,8 (16-160 nmol/L
H+)
- pHsang veineux < pHsang artériel
a) Acides volatils
volatil peut s’échapper de la solution qui le contient
CO2dissous : - est un acide : CO2d + (H2O) HCO 3- + H+
- est volatil : CO2 CO2d
CO2dissous : - est le seul acide volatil - n’est pas totalement dissocié (pK=6,1) au pH de
l'organisme. - production : ~ 20 000 mmol/j
Origine des ions H+
b) Acides fixes - fixe ne peut s’échapper de la solution qui le contient.
- sont totalement dissociés au pH de l'organisme (se comportent comme des acides forts)
1) Acides fixes 2) Acides fixes organiques
minéraux- XH X- + H+ - YH Y- + H+
- X- n'est pas métabolisable - Y- est métabolisable
- Production : ~ 35 mmol/j - Production : ~ 2000 mmol/j
- ex : acide phosphorique - ex : acide lactique(1ère acidité)
a) Le métabolisme
O2
H+ + anion organique- CO2 (+H2O)
- consommation sur place des ions H+ (pas besoin de transport)
- nécessite O2
N.B. : hypoxie acidose lactiqueaugmentation des lactates
apport de lactate de sodium alcalose lactique
Elimination des ions H+
glucose
2 acide lactique
2 H+ 2 lactate- 6 O2
2 HCO3-
2 CO2 + 2 H2O 4 CO2 + 4 H2O
glycolyseanaérobie(fermentationlactique)
glycolyseaérobie(cycle deKrebs)
b) Le poumon
mécanisme : H+ + HCO3- CO2d CO2
éliminé par le poumon- consomme du bicarbonate
c) Le rein
mécanisme : (CO2)plasma (HCO3-)plasma + (H+)urine
(H+)plasma + (HCO3
-)plasma (CO2)plasma
Bilan : (H+)plasma (H+)urine
NB : (H+)urine est pris en charge par les tampons urinaires (phosphates…) et par NH3.
anhydrasecarbonique
Ions H+
libres
Acide volatil CO2
20 000 mmol/j
Acides fixesnon métabolisés
70 mmol/j
Acides fixesmétabolisés2000 mmol/j
Bilan des ions H+
partiellement
dissocié
Anions organiquesY- (lactate etc.)
CO2
excrété(urines)
H+
urinaire
CO2
non
dissocié
totalement
dissociés
totalementdissociés
HCO3-
2000
mmol/j
2000 mm
ol/jX-
70 mmol/j70 mmol/j
REIN
POUM
ON
dissocié
expiré
20 000 mmol/j
METABOLISME
Bilan des ions H+
Afin d'éviter une production ou une consommation continuelle de
bicarbonate empêchant la stabilité de [HCO3-] :
- le poumon doit éliminer une quantité d'ions H+ égale à celle provenant de la dissociation de CO2dissous.
- le métabolisme doit consommer une quantité d'ions H+ égale à celle provenant de la dissociation des acides fixes organiques normalement métabolisés (~ 2000 mmol/j).
- le rein doit éliminer le reste des ions H+, c’est-à-dire une quantité égale à celle provenant de la dissociation des acides fixes minéraux (~ 35 mmol/j) et des acides fixes organiques non métabolisés (~ 35 mmol/j).
production
CO2
CO2
H+ H+
tamponnéH+
urinesAcidesfixes
CO2
(Pco2)
H+
tamponné
non dissocié
dissocié
CO3H-
transport élimination
génération
consommation
consommation génération
Transport des ions H+
CO2 expiré
TAMPONS
CO3H-
Les systèmes tampons de l’organisme- ne régulent pas le pH, mais tamponnent ses variations- action immédiate
a) Description
1) Le tampon bicarbonate
- c’est un tampon OUVERT
Transport des ions H+
URINE
CO2 CO2dissous HCO3- + H+
POUMON
a pKHCO3-/CO2
1) a = 0,03 (mmol/L) / mmHg
2)
Henderson-Hasselbach :
- tampon principalement EXTRA-CELLULAIRE
2) Les autres tamponsa) MACROMOLECULAIRES tampons fermés (ne peuvent
- cellulaires : protéines pas s'échapper de l'organisme)
- érythrocytaires : hémoglobine
- plasmatiques : protéines (peu important)
s/CO2dissouHCO3
2dissous
-3 K
CO
HCOH
1,6pK s/CO2dissouHCO3
2dissous
3
CO
HCOlog6,1pH
CO22dissous aPCO
b) MICROMOLECULAIRES
dans un secteur fermé de l’organisme
- tampons intra-cellulaires
- tampons osseux
dans un secteur ouvert de l’organisme (VEC)
- phosphates : rôle négligeable dans le milieu intérieur
c) Conclusion : les tampons autres que le bicarbonate sont TOUS fermés et assimilables à un seul tampon fermé A-/AH de pK moyen 6,8.
d) Remarques : 1) Fermé (= "ne peut s'échapper de l'organisme") ≠ Fixe (= "ne peut s'échapper de la solution qui le contient", mais peut s'échapper de l'organisme).
2) Tampon fermé → [A-] + [AH] = constante
b) Importance relative : pouvoir tampon
1) DéfinitionC’est le nombre de meq d’ions H+ libres qu’il faut ajouter (ou retrancher) dans un litre de solution tampon pour faire diminuer (ou augmenter) son pH d’une unité.
2) Mesure
Méthode : TITRATION par adjonction d’acide ou de base
a) adjonction d’un acide fixe (ex : HCl)
en maintenant la concentration [CO2d] de l’acide volatil constante (→ à Pco2 constante)
HCO3-
H+ajouté est tamponné par ou
tampon fermé A-
[H+]ajouté = - [HCO3-] - [A-]
on mesure le pouvoir tampon total (T. ouvert + T. fermés)
(conc.acides fixes) = - ([HCO3-] + [A-])
ΔpH
ClΔ
ΔpH
HΔP.T. ajouté
b) adjonction de l’acide volatil CO2
en maintenant la concentration en acides fixes constante
CO2 HCO3- + H+
[H+]ajouté = [HCO3-]
H+ajouté est tamponné uniquement par les tampons fermés
→ 1) on mesure seulement le P.T. des tampons fermés
2) [H+]ajouté = - [A-]
3) ([HCO3-] + [A-]) = 0
cas général : (conc. acides fixes) = - ([HCO3-] + [A-])
en partie
ΔpH
HCOΔ
ΔpH
HΔP.T. 3ajouté
3) Résultats :
a) Pouvoir tampon des tampons fermés
localisation nature pouvoir tampon(meq d’ions H+/L de plasma)/u.pH
- plasmatique protéines 4*- érythrocytaire hémoglobine 30**- intracellulaires protéines 22***
mesures obtenues par :* titration du plasma in vitro** titration du sang in vitro (plasma en présence d’hématies)*** titration du sang in vivo avant compensation rénale (plasma en
présence du LEC peu tamponné et des tampons intra-cellulaires)
b) P.T. du tampon bicarbonate (ouvert, extra-cellulaire)
P.T. = 45 meq d’ions H+ par litre de plasma / u.pH
NB : à concentration égale, un tampon ouvert est PLUS EFFICACE qu’un tampon fermé.
- Le poumon est capable de réguler le pH en ajustant la concentration en acide volatil [CO2dissous] par un contrôle (cérébral) de la PCO2.
- Le rein est capable de réguler le pH en ajustant la concentration en acides fixes par un contrôle de la concentration [HCO3
-] en bicarbonates grâce à une élimination adéquate de H+ dans les urines :
mécanisme : (CO2)plasma (HCO3-)plasma + (H+)urine
rein
poumon
CO2
3
aP
HCOlog6,1pH
Régulation de l’équilibre acido-basique
anhydrasecarbonique
Elimination urinaire des acides fixes
Rein(cellules tubulaires)
pH
Concentrationen acides fixes
Poumon(contrôle cérébral de la respiration)
PCO2
Régulation du pH
Concentrationen acide volatil
[CO2dissous]
Valeurs normalesLe pH dépend des concentrations en acide volatil [CO2]d et en acides fixes.
Un état acidobasique normal correspond à un ajustement par le poumon de la concentration [CO2]dissous en acide volatil à sa valeur normale, soit 1,2 ± 0,1 mmol/L (→ PCO2 = 39 ± 3 mmHg) et à un ajustement par le rein de la concentration en acides fixes à sa valeur normale conduisant donc à un pH normal, soit 7,40 ± 0,02.On déduit de la relation d'Henderson-Hasselbach que la valeur normale de la concentration [HCO3
-] des bicarbonates est égale à 24 ± 3 mmol/L*
Nous prendrons : pH = 7,40dans le sang artériel : PCO2 = 40 mmHg → [CO2]d = 1,2 ± 0,1 mmol/L
[HCO3-] = 24 mmol/L
*NB : Le laboratoire mesure généralement :[CO2]total = [HCO3
-] + [CO2]d = 25 ± 3 mmol/L