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Équilibre acide-base

Créé le 30/10/2001 Auteur : H. Guénard (Mis à jour le 14/02/2005)
     
     

 

Troubles de l'équilibre acido-basique et désordres hydro-électrolytique

  
Objectifs pédagogiques terminaux (Q 219)
1 Prescrire et interpréter un examen des gaz du sang et un ionogramme en fonction d'une situation clinique donnée
2 Savoir diagnostiquer et traiter
- une acidose métabolique
- une acidose ventilatoire
- une dyskaliémie
- une dysnatrémie
- une dyscalcémie

  

Une concentration intracellulaire et extracellulaire à peu près constante d'ions H+ ([H+]) est nécessaire au maintien de l'activité métabolique cellulaire. Il est traditionnel en biologie de transformer [H+] en pH (-log H+).
Le pH normal intracellulaire est de 6,8 à 7 selon les cellules, le pH artériel (pHa) est de 7,40.

Deux lois régissent l'équilibre acide-base :
(1) l'électroneutralité : la somme des charges ioniques dans un milieu biologique quelconque est nulle. Par exemple, dans le sérum : [Na+] + [K+] + [Ca++] – [Cl-] – [HCO3-] + [H+] – [OH-] = 0
La composition en électrolytes est donc indissociable de l'équilibre acide-base (++).

(2) le produit [H+] [OH-] est constant dans un milieu biologique donné à une température donnée (Dans le plasma à 37°C, ce produit est de 4,4 x 10-14, à la neutralité [H+] = [OH-], pH = 6,68 et non 7 comme dans l'eau pure à 20°C).
[H+]a, donc pHa, fait l'objet d'une régulation.

Les perturbations portant sur cette régulation peuvent provenir soit :
1. du métabolisme
des ions normalement présents dans le sang : un excès de cations donnera une alcalose, un excès d'anions, une acidose (maladie rénale, déséquilibre hydrique, …)
des ions absents ou faiblement présents normalement dans le sang : il s'agit surtout d'acides organiques qui, ayant un pK inférieur aux pH biologiques, se transforment en anions : lactate, acétate, hydroxybutyrate…
des substances exogènes qui, en se métabolisant dans l'organisme, apportent un cation « célibataire » (citrate de sodium par exemple, le citrate étant métabolisé reste le sodium) ou un anion « célibataire » (glycolate par exemple dans l'intoxication à l'éthylène glycol).

2. de la respiration
Le gaz carbonique (CO2) s'hydrate facilement, en particulier dans certaines cellules qui possèdent de l'anhydrase carbonique (globules rouges, cellules tubulaires rénales en particulier). Cette hydratation aboutit à la formation d'acide carbonique H2CO3 qui, étant peu stable, se dissocie en H+ et HCO3-. Il y a donc d'autant plus d'ions H+ qu'il y a de CO2. La relation est simple :

H+ (mEq/l) = 24 . PCO2 (mmHg)/HCO3- (mEq/l-1)

A l'état normal : PCO2 = 40 mmHg ; HCO3- = 24 mEq/l-1

Donc : H+ = 40 mEq/l-1, soit pH 7,40

L'hypocapnie liée à une hyperventilation entraîne donc une alcalose respiratoire.
L'hypercapnie liée à une hypoventilation entraîne donc une acidose respiratoire.

Les mécanismes de compensation incluent :
les systèmes tampons
des modifications actives de transports ioniques ou de CO2

1. Les systèmes tampons comprennent deux parties en équilibre, un acide faible (H2CO3 par exemple) et un sel de cet acide conjugué à une base forte (HCO3Na par exemple).

Les systèmes tampons amortissent les variations de pH lorsqu'il y a une perturbation de l'équilibre acide-base. Le pouvoir tampon est le rapport de la quantité d'ions H+ (ou OH-) ajoutée à un litre de solution à la variation de pH induite b = DH+/DpH.

Le pouvoir tampon est d'autant plus élevé que la masse du système tampon est grande et que le pK du système tampon est proche du pH du milieu biologique.

Quels sont les systèmes tampons ?
Dans le sang
Plasma : H2CO3 – HCO3Na
Protéine – protéinate
Globules : hémoglobine – hémoglobinate (deux formes Hb, HbO2)

Dans le liquide interstitiel
H2CO3 – HCO3Na

Dans les cellules
Protéine – protéinate
Phosphate monosodique – phosphate disodique

Dans le sang, les protéines étant peu abondantes (en mEq/l) et leur pK relativement bas, leur pouvoir tampon est médiocre. L'hémoglobine a, par contre, un excellent pouvoir tampon, d'autant plus que sa masse est élevée. Le système H2HCO3 - HCO3Na doit son efficacité à la particularité de pouvoir faire varier sa masse. Dans une acidose métabolique :

H+ + HCO3Na H2CO3 + Na+ CO2 + H2O + Na+

Le CO2 étant éliminé par le poumon, le bilan est un cation alcalinisant supplémentaire alors que la masse du système tampon a diminué d'une unité.

Globalement, le pouvoir tampon du sang est faible simplement parce que le volume sanguin est faible (5 l) par rapport au volume d'eau de l'organisme (environ 40 l).

Les autres tampons de l'organisme sont donc quantitativement importants ; système acide carbonique-bicarbonates du secteur interstitiel (10-15 l) et surtout systèmes tampons intracellulaires, les protéines sont efficaces grâce à leur masse, les phosphates grâce à un pK idéal identique à celui des cellules et une concentration de l'ordre de 50 mEq/l. Au total, les tampons intracellulaires sont un peu plus efficaces que les tampons extracellulaires (60% contre 40% dans une perturbation acide métabolique).

2. Les modifications actives de transports ioniques et du CO2 sont essentielles dans les mécanismes de compensation.

Dans les perturbations acides, ils visent à déplacer les cations de la cellule vers le sang et les anions dans l'autre sens. L'acidose respiratoire entraîne ainsi une hypernatrémie, une hypochlorémie qui sont essentielles à la correction du pHa. 
Dans les perturbations alcalines, les mouvements sont inverses. 
Lorsque la perturbation initiale est métabolique, le changement du pHa induit une réponse ventilatoire rapide, l'acidose entraîne une hyperventilation et une baisse de PaCO2, l'alcalose une hypoventilation et une augmentation de PaCO2.

Analyse de l'équilibre acide-base en clinique

Les données mesurées ou calculées :
pHa
PCO2
HCO3- (calculé)
Ionogramme avec au minimum : Na+, K+, Cl-, HCO3-
Trou anionique (calculé) : Na+ + K+ - Cl- - HCO3-

Normalement, 142 + 4 – 102 – 24 = 20 mEq/l

Si la concentration en protéine plasmatique est normale, la concentration anionique des protéines est de 17 mEq/l. Le trou anionique normal correspond donc essentiellement aux protéines. Si le trou est supérieur à 20, chercher un anion indosé (lactate, etc).

Première étape de l'analyse : pHa acide < 7,36 ; alcalin > 7,46 ; ou normal > 7,36 < 7,46 ?

Attention, si le pH est normal, l'équilibre acide-base n'est peut-être pas normal. Deux remarques :

1. les perturbations de l'équilibre acide-base ne se compensent jamais totalement (le pH ne revient pas à la normale). Un insuffisant respiratoire chronique avec une PCO2 à 60 mmHg et un pHa à 7.42 est surcompensé.

2. Les perturbations peuvent être mixtes : alcalose métabolique + acidose respiratoire par exemple ou même alcalose métabolique (thérapeutique) masquant une acidose métabolique (cf exercice).

Deuxième étape : L'acidose, ou l'alcalose, est-elle respiratoire ou métabolique ?

Si PaCO2 >> 40 l'acidose est respiratoire ; si PaCO2 << 40 l'alcalose est respiratoire. Sinon, la perturbation est métabolique.

Troisième étape : Perturbation aiguë ou chronique (compensée) ?

1. Dans une acidose respiratoire aiguë, la variation de pH se fait selon une droite dite tampon dont la pente dépend essentiellement du système tampon hémoglobine. En chronique (quelques jours), le rein synthétise à partir du CO2 des anions bicarbonates (HCO3Na), des échanges ioniques avec les cellules modifient l'ionogramme. Le pH augmente, sans atteindre la normale.

2. Dans une alcalose respiratoire aiguë, l'augmentation se fait en suivant la droite tampon. En quelques jours, le rein en faisant fuir des bicarbonates réduit le pH, les échanges ioniques cellulaires modifient l'ionogramme. Là aussi, le pH de 7,40 n'est pas atteint.

3. Dans les acidoses métaboliques, la réaction ventilatoire est rapide, la PaCO2 doit normalement diminuer en quelques minutes (une absence de diminution devrait faire évoquer un problème respiratoire supplémentaire).

4. Dans les alcaloses métaboliques, l'hypoventilation est aussi rapide, l'hypercapnie modère l'augmentation du pH.

Analyse (diagramme de Davenport)

Exercices
- n°1
- n°2
- n°3

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