TROUBLES DE L'EQUILIBRE ACIDE-BASE

(D.Fries, avril 2001)

Chez le sujet normal, la concentration des ions hydrogène dans les liquides extracellulaires est maintenue très basse, 40 nmol/l, et son expression, le pH (- log [H+] ), reste dans des limites étroites (7,37 - 7,43). Pourtant la quantité de protons générés tous les jours est très importante :

• d'une part les cellules produisent quotidiennement environ 13.000 mmol de CO2 : bien que CO2 ne soit pas un acide, il se combine à une molécule d'H2O pour former l'acide carbonique H2CO3, donc une production considérable d'ions H+ (H2CO3 ----> H + HCO3).
• d'autre part l'alimentation et le métabolisme intermédiaire sont responsables d'une production d'acide "métabolique" ou fixe, environ 60 à 80 mmol d'ions H+ par 24h, en provenance pour partie (25 mmol) de l'oxydation des acides aminés soufrés donnant de l'acide sulfurique et pour partie (environ 40 mmol) d'acides organiques non métabolisés.

La constance de l'équilibre acide-base est assurée

par l'existence de systèmes tampons : essentiellement le système bicarbonate HCO3/acide carbonique H2CO3, relié au pH par l'équation d'Henderson-Hasselbalch : pH = 6,1 + log HCO3 / H2CO3. La concentration sanguine de H2CO3 représente le facteur ventilatoire et dépend directement de la pression partielle de CO2, qui est mesurée en routine par électrode spéciale. La concentration plasmatique de bicarbonate HCO3 représente le facteur rénal : on mesure par potentiométrie la concentration du CO2 total plasmatique ("réserve alcaline", somme de HCO3 + H2CO3) : elle est de 23-27 mmol/l, et comme la quantité d'acide carbonique (1,2 mmol/l) peut être considérée comme négligeable, on admet que CO2 et biacarbonate sont équivalents.

par le poumon : la ventilation pulmonaire excrète le CO2, forme volatile de l'acide carbonique (H + HCO3-----> H2O + CO2), l'élimination d'ions H se faisant au prix de la consommation d'un ion bicarbonate qui devra être régénéré par le rein.

par le rein qui assure la réabsorption-régénération des bicarbonates filtrés et l'excrétion des ions H principalement sous forme d'ammonium NH4.

• réabsorption des bicarbonates (figure 1) : la réabsorption du bicarbonate filtré se fait essentiellement au niveau du tube proximal, déclanchée par l'échange Na-H.La combinaison d'un ion H avec le bicarbonate filtré forme de l'acide carbonique H2CO3 qui, sous l'action de l'anhydrase carbonique située dans la bordure en brosse de la membrane apicale se dissocie en CO2 et H2O qui seront réabsorbés. Le bicarbonate, qui a été reconstitué dans la cellule, va la quitter par un co-transport Na-HCO3 situé dans la membrane basolatérale. Au total, environ 90% du bicarbonate filtré est réabsorbé dans le tube proximal. Les 10% restants sont réabsorbés par le tube distal par l'intermédiaire de la sécrétion d'ion H par une pompe H-ATPase (figure 2).
• sécrétion des ions H + dans le tube proximal (figure 1) : l'hydrogène de la cellule passe dans la lumière tubulaire par un échangeur Na-H situé dans la membrane luminale. L'énergie nécessaire est fournie par la pompe Na-K-ATPase de la membrane baso-latérale qui en maintenant la concentration intracellulaire de sodium à un niveau bas va créer un potentiel électrique négatif, favorable à l'entrée passive de sodium dans la cellule par la membrane apicale, gradient suffisant pour stimuler la sécrétion d'hydrogène.
• sécrétion d'ions H+ dans le tube distal ( figure 2) : la sécrétion d'H+ se fait essentiellement par une pompe H+-ATPase de la membrane apicale des cellules intercalaires de type A, et dans une moindre mesure par une pompe H+-K+-ATPase.
• excrétion des ions H + : l'hydrogène sécrété peut suivre 2 voies :
  • combinaison avec les tampons, essentiellement le phosphate monobasique, à un moindre degré l'acide urique et la créatinine, qui correspondent à l'"acidité titrable", environ 10 à 40 meq d'H+ par jour. Ce processus est limité par la quantité de tampon présent dans les urines.
  • excrétion d'ammonium : elle constitue une réponse efficace à la charge acide, car le débit de production d'ammonium , normalement de 30-40 meq/j, peut s'adapter à la charge acide et dépasser 300 meq/j. L'ammonium urinaire est formé dans le tube proximal à partir du métabolisme de la glutamine. Dans le tube proximal l'ammonium peut quitter directement la cellule en échange d'H+ , par l'intermédiaire de l'échangeur Na-NH4; dans le tube distal, l'ammoniac NH3 peut diffuser passivement dans la lumière pour former NH4 (l'ammoniac diffuse librement à travers les membranes alors que l'ammonium ne peut pas le faire). L'ammoniogénèse rénale tubulaire proximale et l'ammoniurie sont stimulées par l'apport d'acides, l'acidose métabolique , l'aldostérone et l'hypokaliémie.

Le NH4+ est excrété avec un anion Cl- : il représente 80% des cations indosés de l'urine.L'ammoniurie, que l'on ne mesure pas directement en routine, peut être estimée par le calcul du trou anionique urinaire = [Na +] + [K+] - [Cl -]. Le trou anionique urinaire est nul ou positif pour une ammoniurie < 40 mmol/l (comme dans les acidoses métaboliques d'origine rénale), il est négatif pour une ammoniurie > 70 mmol/l (comme dans les acidoses métaboliques d'origine extra-rénale).

Les troubles simples de l'équilibre acide-base, à partir d'un phénomène primitif (P) s'accompagnent d'un phénomène compensatoire (C) :

Dans l'acidose métabolique, le pH extracellulaire est protégé par les tampons (bicarbonate extracellulaire et tampons cellules et osseux), par la réponse rénale (augmentation de l'excrétion nette d'acide) et également par l'augmentation de la ventilation alvéolaire et la baisse de la PaCO2 qui en résulte.

Dans l'alcalose métabolique, le phénomène initial est l'élévation de la concentration plasmatique de bicabonate, et la réponse compensatrice est l'élévation de la PaCO2.

Dans l'acidose respiratoire, causée par une élévation de la PaCO2 (hypercapnie) secondaire à une diminution de la ventilation alvéolaire, le rein va augmenter l'excrétion d'acide (sous forme d'ammonium), ce qui génère de nouveaux ions bicarbonate dans le plasma et élève la concentration plasmatique de HCO3.

Dans l'alcalose respiratoire, le phénomène initial est l'élévation de la ventilation pulmonaire qui abaisse la PaCO2 (hypocapnie). La concentration plasmatique de bicarbonate va diminuer grâce à une libération d'H+ cellulaire, puis par une diminution de l'excrétion rénale d'ions H+ provoquée par l'alcalose intracellulaire, avec une diminution de l'excrétion d'ammoniac.