ULaval:MED-1208/Équilibre acido-basique
Le contrôle de l’équilibre acido-basique
Rappel de certaines notions de chimie
On peut diviser les acides en deux types : les acides volatils et les acides non volatils.
Les acides volatils proviennent du métabolisme des graisses et des carbohydrates qui produisent du CO2 . Le CO2 hydraté devient de l’acide carbonique. On produit environ 15 mol de ce genre d’acide, qui est ultimement éliminé par le poumon.
D’autres genres d’acides non carboniques (non volatils) sont produits par le métabolisme des protéines. Par exemple, certains acides aminés donnent de l’acide sulfurique lorsqu’ils sont dégradés. Nous produisons 1 mmol/kg/d de ce genre d’acide par jour et ces acides devront être éliminés par le rein.
Au niveau chimique, le pH est défini par le logarithme négatif de la concentration des ions hydrogènes.
On voit ici la relation entre le pH et le pKa. Le Ka est la constante de dissociation de l’acide.
La charge acide journalière
Le pH normal corporel est de 7,4, donc légèrement alcalin d’un point de vue chimique. Pourtant, il y a une très forte production d’acide à l’intérieur du corps.
Le métabolisme intermédiaire produit 70 mmol de H+ , c’est-à-dire 70 000 000 de nmol/d (nmol/jour), alors que le métabolisme des carbohydrates et des graisses produit 15 mol de CO2 par jour, c’est-à-dire 15 000 000 000 de mmol.
Alors comment l’organisme protège-t-il son alcalinité (pH 7,4) malgré une agression acide massive et constante ?
Il y a principalement trois entités qui protègent notre corps de toute cette acidité :
I. les tampons (la plus rapide) ;
II. la respiration ;
III. les reins (la plus lente).
La notion de tampon
Nous savons que les reins et les poumons peuvent modifier le pH corporel, mais ils sont relativement lents pour le faire. Il nous faut donc un moyen plus rapide de moduler le pH dans le cas où nous aurions une charge acidobasique rapide : les tampons comblent ce besoin.
La fonction principale du tampon est de minimiser le changement de pH lors d’une charge rapide acidobasique.
Un tampon agit à la fois comme un acide et une base, dépendamment des circonstances : en milieu acide, le tampon capte des ions hydrogènes (comportement basique) ; en milieu basique, le tampon libère des ions hydrogènes (comportement acide). Conséquemment, les tampons minimisent les changements de pH lors d’une charge rapide acidobasique : si on insère brusquement des acides dans un milieu, le tampon agira comme une base et captera les ions hydrogènes, et vice versa. Cela permettra de faire varier minimalement le pH.
D’ailleurs, notre pH corporel demeure relativement stable à (40 ± 2) nM grâce à l’action des tampons. Cette stabilité est nécessaire, car plusieurs réactions dans notre corps sont finement régulées et une légère variation du pH peut dérégler complètement le fonctionnement de ces réactions biochimiques complexes.
Ce graphique illustre une expérience classique en médecine : celle de Pitts. Pitts a décidé d’évaluer le pH en fonction de la quantité d’acide ajoutée à un volume précis. Pitts n’a pas utilisé n’importe quel volume : il a utilisé celui du volume d’eau corporel d’un chien. Il a rempli un seau de ce même volume d’eau. Ainsi, il comparait le pH de deux volumes équivalents : le volume corporel d’eau du chien et ce même volume d’eau dans un seau.
Par la suite, il a ajouté du HCl progressivement à ces deux volumes (sous forme d’injection pour le chien) en ajoutant une quantité croissante d’acide. Il a constaté que la concentration d’ions hydrogènes augmente rapidement (le pH s’effondre) lorsqu’on ajoute l’acide au volume dans le contenant, mais lorsqu’on ajoute la même quantité d’acide par voie IV à l’animal lui même, le pH s’abaisse, mais seulement très légèrement. Ce sont les tampons qui ont tamponné cet acide et qui ont donc préservé le pH à son niveau initial.
Le principal couple tampon du liquide extracellulaire est le HCO3 – /CO2 . Dans l’équation 1, on peut voir l’état d’équilibre de cette réaction chimique, ayant comme intermédiaire de réaction l’acide carbonique. Dans l’équation 1, la grosseur des symboles nous donne un ordre d’importance de chaque substance dans le plasma. La fréquence relative de chaque substance est indiquée juste sous l’équation 1. Remarquez que l’acide carbonique (H2 CO3 ) est quasiment absent dans le plasma : on peut donc le faire disparaître de l’équation chimique, ce qui nous donne l’équation 2. L’équation 3 est l’équation de la constante de dissociation de notre équation 2. Connaissant le Ka, on peut réarranger l’équation 3 pour obtenir l’équation 4. Revoyons plus en détail l’équation 4 :
• [H+] se manipule mieux et se comprend mieux que le pH.
• [HCO3-] représente la composante « métabolique » (ou rénale).
• PCO2 représente la composante « respiratoire ».
• Une perte de HCO3- équivaut à un gain de H+.
Le numérateur (CO2) est contrôlé par la ventilation pulmonaire, alors que le HCO3- est contrôlé parl’excrétion rénale d’ions hydrogènes. On va donc parler d’une composante respiratoire pour la CO2 et métabolique pour le HCO3-.
Notons aussi que si le HCO3- diminue au dénominateur, ceci va impliquer que la concentration en ions H+ va augmenter, et vice versa.
Le principe isohydrique
L’équation suivante est celle du principe isohydrique:
Le principe isohydrique nous montre que tous les tampons sont en équilibre avec la concentration d’ions hydrogènes dans le corps et donc, pour connaître la situation acido-basique, il suffit de connaître l’état d’équilibre que d’un seul groupe de tampon.
Celui que nous mesurons en clinique est le couple tampon PCO2 -HCO3- .