BILAN RENAL DES IONS H ET DESORDRES ACIDO BASIQUES MODULE D URO NEPHROLOGIE DCEM1

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1 BILAN RENAL DES IONS H ET DESORDRES ACIDO BASIQUES MODULE D URO NEPHROLOGIE DCEM1 Pr Christine CLERICI UFR DE MEDECINE UNIVERSITE PARIS

2 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 NH 4 + Rôle du canal collecteur dans l acidification de l urine Résumé : évolution du ph urinaire le long du néphron

3 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 < ph plasma artériel < 7.42 Acidose Alcalose La concentrations des ions H+ est maintenue constante Les ions bicarbonates (HCO 3 ) constituent le principal tampon du milieu extracellulaire. [HCO 3 ] plasma artériel : 24 mmol/l Par l action conjuguée du rein et du poumon

4 Etat acidebase Production de CO 2 Métabolisme cellulaire Production cellulaire d acides fixes CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 (acide carbonique) H + + HCO 3 Ventilation Excrétion rénale ph = log [CO 3 H ]/CO 2 d ph : [HCO 3 ] : mm pco 2 : mmhg

5 Sources quotidiennes d ions H + Les acides volatils provenant du métabolisme cellulaire produisant du CO 2 : CO 2 acide faible à mmoles/24h Les acides fixes provenant du métabolisme intermédiaire et alimentation 6080 mmoles H + /24h métabolisme des acides aminés soufrés nucléoprotéines: acide urique phosphoprotéines ou phospholipides: phosphates situation non physiologique: métabolisme intermédiaire glucides lipides

6 Sources quotidiennes de bases fixes Anions métabolisables citrates lactates légumes et fruits Boissons bicarbonatés

7 VARIABLES REGULEES 1. [CO 3 H ] extracellulaire régulé par le rein 2. PCO 2 extracellulaire (CO 2 dissous) régulé par la ventilation régulation du ph extracellulaire ph = log [CO 3 H ]/CO 2 d

8 ROLE SPECIFIQUE DU REIN Réabsorber les bicarbonates filtrés Régénérer les bicarbonates en excrétant la charge acide fixe (6080 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

9 REABSORPTION DES BICARBONATES FILTRES Bicarbonates filtrés : ~ mmol/j Réabsorbés en totalité en situation normale Excrétion = % dans le tube contourné proximal (TCP) ~ 15 % entre fin du TCP et début du tube contourné distal (TCD) 12 % tube distal La réabsorption proximale des bicarbonates est limitée par un Tm

10 ROLE DU REIN 1. REABSORPTION DES BICARBONATES Lumière tubulaire Interstitium 25 mm HCO 3 Na + H + Na + Na + H + HCO 3 3 HCO 3 H 2 CO 3 AC AC H 2 CO 3 H CO 2 CO 2 + H 2 0 Na + ATP K mm Réabsorption : 1 Na +, 3 HCO 3 L ion H + est sécrété, mais pas excrété

11 Transport maximum des bicarbonates Débit massique [HCO 3 ] (mmol/j) Filtré Réabsorbé + _ Tm Excrété 2526 [HCO 3 ] plasm (mmol/l) réabsorption si : volume extracellulaire PaCO 2 Hypokaliémie réabsorption si : volume extracellulaire PaCO 2

12 Réabsorption des bicarbonates dans la branche ascendante large et tubule distal initial Lumière tubulaire 2 Cl Na + Interstitium K + ATP Na + K + K + K + Na + H + Cl HCO 3 Cl HCO 3 + Na + _

13 Alcalose Na H Acidose Alcalose Hypovolémie hypokaliémie Na H Acidose Hypovolémie hypokaliémie Na Alcalose H Acidose

14 ROLE DU REIN 2. EXCRETION D IONS H + Le canal collecteur : site majeur d acidification de l urine types des cellules : Cellules principales : Réabsorption Na + Sécrétion K + Cellules intercalaires : Cellules intercalaires A sécrétion d ions H + Cellules intercalaires B sécrétion d ions HCO 3

15 Canal collecteur H + H + ATPase H + HCO 3 Cl HCO 3 H + ATPase K + H 2 CO 3 AC A H CO 2 CO 2 HCO 3 Cl HCO 3 Cl H + H + ATPase H + Lumière tubulaire B H 2 CO 3 AC H CO 2 CO 2 Interstitium

16 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 fois plus élevée que dans le plasma).

17 ROLE DU REIN Modalités d excrétion des H + Sous forme d ACIDITE TITRABLE : 1/3 Sous forme de NH 4 + (ion ammonium) : 2/3 (H + libres : déterminent le ph de l urine, mais quantitativement négligeables)

18 Modification du ph urinaire le long du néphron ph 7.25 ph 6.7 ph 6.7 ph 6.6 [HCO 3 ] 25 [HCO 3 ] 8 [HCO 3 ] 8 [HCO 3 ] 7 Artère aff. ph 7.4 [HCO 3 ] 24 70% 5% 20% Site de réabsorption des HCO 3 5% ph 6.1 [HCO 3 ] 1 Site de sécrétion des H+ ph < 6.0 (ph minimal : 4) [HCO 3 ] 1

19 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 HCO 3 ) pour donner un acide faible AH. Phosphate : HPO H + H 2 PO 4 (pk = 6.8) Créatinine (pk = 4.9) Acide urique (pk = 5.7)

20 Excrétion acidité titrable: phosphates HPO H H PO 2 4 ph = pk + log [base] [acide] Dans le filtrat glomérulaire comme dans le plasma 7,4 = 6,8 + log Urines HPO H PO 2 (4) (1) 5,8 = 6,8 + log [HPO [H 2 PO ] (1) ] (10)

21 EXCRETION D IONS H + : Acidité titrable Lumière tubulaire HPO 4 2 Na + H + H + Na + HCO 3 Interstitium Na + HCO 3 H 2 PO 4 (Acide faible) H 2 CO 3 AC H CO 2 CO 2 Bilan : excrétion d 1 H +, régénération d 1 HCO 3

22 Canal collecteur A Acide urique créatinine ou + NH 3 H + H + ATPase H + HCO 3 NH 3 Cl H + ATPase K + H 2 CO 3 AC A H CO 2 CO 2 AH ou NH 4 +

23 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 néphron où le ph FT est le plus bas pour créatinine (pk = 4.9) et acide urique (pk = 5.7).

24 EXCRETION D IONS H + : acidité titrable La production d acidité titrable (1/3 des H + excrétés) peut augmenter AT liée au phosphates (mmoles/j) ph urinaire débit urinaire des tampons phosphates 20 PEU AJUSTABLE augmentation jusqu'à 150% de l'excrétion usuelle ph urinaire

25 ROLE DU REIN Modalités d excrétion des H + Sous forme d ACIDITE TITRABLE : 1/3 Sous forme de NH 4 + (ion ammonium) : 2/3 (H + libres : déterminent le ph de l urine, mais quantitativement négligeables)

26 EXCRETION D IONS H + sous forme de NH 4 + NH 3 + H + NH 4+ (pk = 9) : 95% sous forme NH 4+ 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 NH 4+ filtré ~ 70% des NH 4+ excrétés sont produits dans le PROXIMAL à partir de la GLUTAMINE

27 AMMONIOGENESE par les cellules tubulaires proximales possédant une GLUTAMINASE Lumière tubulaire Glutamine Interstitium A + Na + NH NH 4 + αkg 2 (αcétoglutarate) NH 3 + H + A NH + 4 (anion d acide fort) 2 NH 3 (CO 2 ) HCO 3 NH 4 + Na 2 HCO 3 Bilan : excrétion d 2 NH 4+, régénération d 2 HCO 3

28 Réabsorption du NH 4+ sécrété par le TP dans la BAL de l anse de Henlé Lumière tubulaire K + NH + 4 Na + 2 Cl NH 4 + Cl CO 3 H Na + NH 4 Interstitium Na + K+ H + H + ATP Na +

29 Gradient CP de NH4 + et sécrétion distale (TC) de NH4 + Production NH % Cortex NH 3 / NH 4 + H + H + NH 4 + NH 3 80% Sécrétion d H + Médullaire interne [NH 3 ] NH 4 +

30 Facteurs augmentant l excrétion de NH 4 + ph urinaire débit urinaire Déplétion potassique Acidose plasmatique aiguë ou chronique mécanisme d adaptation à l acidose chronique

31 NH 4 AT CO 3 H CO 3 H 4000 mmoles/j AT 10 Cortex CO 3 H 40 H + NH 4 NH 3 H + NH3 Médullaire interne NH 4 40 AT 20 CO3H ~0

32 Excrétion des acides et des bases A. Les ions H libres I. Excrétion des acides B. L'acidité titrable (AT) a. 10 à 30 mmoles/j ou 50 mmoles en cas de surcharge acide b. Constitué en fonction du ph de l'urine et du pk des radicaux acides 1. Phosphate acide pk 6,8 2. Acide urique pk 5,7 3. Créatinine pk 4,9 c. acide beta hydroxybutyrique ou acetylacétique (diabète ) C. Ammoniac (NH 4+ ) 30 à 60 mmoles/j jusqu'à 150 mmoles/j II Excrétion des bases Exclusivement sous forme de bicarbonates si ph>6,6

33 CHARGE ACIDE PHYSIOLOGIQUE H + 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 = UNH 4+.V + UAT.V UCO 3 H.V ~60 mmoles/j

34 Exemples de réponses rénales adaptées : Charge alcaline aiguë: (Ex: Administration Intraveineuse d HCO 3 ) Charge acide aiguë: (Ex: Administration de NH 4 Cl) [HCO 3 ] pl, ph pl (modérées) ph urine (> 7.5) avec : Excrétion massive de HCO 3 Disparition acidité titrable excrétion de NH 4 + [HCO 3 ] pl, ph pl ph urine (< 5.3) avec : acidité titrable excrétion de NH 4 + Régénération des HCO 3 consommés Elimination complète de la charge alcaline en 24h Excrétion urinaire d H + maximale

35 Les déterminants de l excrétion urinaire d ions H + et de la réaborption de HCO 3 Etat acido basique Variation du ph dans le TCP et TC stimule ou inhibe la sécrétion H Variation primitive de la P a CO 2 Les variations de PaCO 2 d origine respiratoire > variation de secretion d ions H et réaborption des bicarbonates pour compenser les variations de PaCO 2

36 Augmentation des apports Na et le débit de sodium dans le TCD Augmentation du débit Na dans le TCD > augmentation NH 4 et AT Aldostérone Chronique > augmentation excrétion urinaire H Glucocorticoïdes Augmentation excrétion urinaire H Potassium

37 SEMIOLOGIE DES DESORDRES DE L'EQUILIBRE ACIDO BASIQUE Démarche diagnostique devant des désordres d origine métabolique

38 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

39 ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE Gaz du sang artériel Permet de préciser le type du désordre acido basique: métabolique ou respiratoire Mesure du ph, PO 2, PCO 2 et le calcul des CO 3 H interprétation nécessite SaO 2, CaO 2 Trou anionique plasmatique (au cours des acidoses) Recherche l'accumulation d'acides autres que HCl et CO 3 H 2 TA plasmatique = 12 ± 2 mmoles/l

40 ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE Trou anionique = Na + plasma [Cl plasma + HCO 3 plasma] Exemple 140 [ ] = 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

41 ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE ph urinaire Bicarbonaturie: Permet de quantifier la réabsorption rénale des CO 3 H Adaptation rénale conduit à ce qu'elle soit nulle en cas d'acidose et élévée en cas d'alcalose pco 2 urinaire Permet l'évaluation de la sécrétion distale d'ions H + Trou anionique urinaire Permet d évaluer la production de NH 4 +

42 ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE Eléments extérieurs à l'équilibre acido basique nécessaires à l'interprétation des désordres PaO 2 chlore plasmatique K plasmatique Ca plasmatique contexte clinique et antécédents (prise médicaments, ingestions)

43 ETUDE DES DESORDRES ACIDE BASE d origine métabolique La réponse du rein est adaptée Si acidose: Si alcalose urine acide ph NH 4+ et AT urine alcaline ph NH 4+ et AT HCO 3 La réponse du rein est inadaptée = Cause rénale ++

44 ACIDOSE METABOLIQUE Gaz du du sang artériel ph : < 7,38 HCO 3 < 24 mmoles/l Compensation respiratoire PaCO 2 < 38 mmhg PaO 2 augmentée du fait de l'hyperventilation pulmonaire

45 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

46 ACIDOSE METABOLIQUE B. Enquête étiologique Cl plasmatique : soit normal soit 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

47 ACIDOSE METABOLIQUE 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

48 ACIDOSE METABOLIQUE Acidose métabolique avec TA plasmatique augmenté ou acidose normochlorémique Accumulation d'autres acides que HCl ou CO 3 H 2 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

49 ACIDOSE METABOLIQUE Trou anionique normal (ou acidose hyperchlorémique) Accumulation de H + Ingestion d'acides : HCl chlorure 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 NH + 4 Rénales défaut de réabsorption des bicarbonates: bicarbonaturie paradoxale avec hypokaliémie inhibiteurs de AC défaut de régénération des bicarbonates consommés pour tamponner les H du métabolisme cellulaire: anomalies d'acidification des urines

50 HCO 3 toujours ALCALOSE METABOLIQUE Augmentation compensatrice de PCO 2 = abaques Minime si l'alcalose métabolique est récente ph soit > 7,42 exemple HCO 3 = 30 mmhg PCO 2 = 43 mmoles/l ph = 7,46 7,38 ph 7,42 HCO 3 = 29 mmhg PCO 2 = 48 mmoles/l ph = 7,40 PaO 2 habituellement abaissée

51 ALCALOSE METABOLIQUE 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

52 ALCALOSE METABOLIQUE Signes cliniques Asymptomatique dus à l'élévation du ph troubles neuromusculaires: tétanie crampes neuromusculaires, secousses myocloniques trouble de la contractilité cardiaque

53 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

54 ALCALOSES METABOLIQUES: CAUSES (2) Alcalose métabolique par perte d'acides Perte digestive Création : vomissements, aspiration gastrique Entretien : déplétion K et diminution du VEC Perte rénale Déplétion K : production NH 4+, réabsorption HCO 3 Hypercalcémie : production NH 4+ et AT, réabsorption des HCO 3 Minéralocorticoïdes : échangeur Na/H Déshydratation EC : réabsorption de HCO 3

55 DEMARCHE DIAGNOSTIQUE 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 extrarénale avec mise en jeu de processus adaptatifs par le rein et une pathologie rénale par l'utilisation d'examens de 2 ème intention (TAp, PCO 2 u) La recherche étiologique du processus pathologique responsable du trouble de l'équilibre acide base Traitement du désordre

56 HCO 3 ph Alcalose respiratoire chronique Hypoxie Maladie respiratoire Stimulation de la ventilation CR ph Acidose métabolique pco 2 Acidose métabolique simple Normal ou pco 2 Désordre mixte TA Acidose lactique Acidocétose intoxication TA normal Charge acide Pertes de bases IR

57 HCO 3 ph Acidose respiratoire chronique ph Alcalose métabolique Maladies neuro musculaires Dépression des CR pco 2 Normal ou pco 2 Alcalose métabolique simple Désordre mixte Apports excessifs alcalins Libération de bases endogènes Pertes acides digestives ou rénales