Rappels sur l’équilibre acide-base chez l’homme :
Position du problème de l’équilibre acidobasique chez l’homme : le pH sanguin est maintenu à 7,40, ce qui correspond à une concentration de H+ dans le secteur extracellulaire très basse, de 40 nmol/L. Le pH est maintenu alcalin en dépit du fait que l’organisme produit de grandes quantités d’acide sous deux formes : un acide volatil, l’acide carbonique (H2CO3), venant du CO2 ; des acides non volatils, appelés aussi acides métaboliques.
DEUX TYPES D’ACIDES :
– Acide carbonique (H2CO3).
Il est constitué à partir du CO2, qui est le produit terminal du métabolisme oxydatif. Il s’agit d’une source majeure d’acide : 13 000 à 20 000 mmol de CO2 sont formées par jour.
Quand le CO2 est métabolisé, il fournit un ion H+ selon deux types de réactions :
– hydratation de CO2 :
CO2 + H2O d H2CO3 d H+ + HCO3–
Cette réaction peut se faire sans intervention de l’anhydrase carbonique ;
– hydroxylation de CO2 :
HOH d H+ + OH– (dissociation de H2O) ;
OH– + CO2 d HCO3– (hydroxylation de CO2 par l’anhydrase carbonique).
Dans les deux cas le produit final est HCO3 – et H+ . Les réactions se font vers la gauche, avec production de CO2 qui est rapidement éliminé par le poumon, d’où la notion d’acide volatil.
– Acides non volatils : ils sont produits à partir de l’alimentation et du métabolisme intermédiaire. Les sources d’acides non volatils sont les protéines alimentaires et le métabolisme des phosphodiesters (cf infra).
TAMPONNEMENT D’UNE CHARGE ACIDE :
On peut schématiquement décrire trois lignes de défense contre une agression acide : la ligne de défense physicochimique, d’action instantanée ; la ligne de défense respiratoire, d’action rapide ; la ligne de défense rénale, d’action lente.
– Ligne de défense physicochimique : systèmes tampons.
Le pH est le logarithme de l’inverse de la concentration en ions H+ (1/[H+]).
Un tampon est une substance qui capte les ions H+ dans une solution pour limiter les variations de pH. Un tampon est constitué par l’association d’un acide faible et de sa base conjuguée.
Le prototype de la réaction de tamponnement est le suivant : acide fort + sel basique d sel neutre + acide faible
Dans le cas de l’acide chlorhydrique :
HCl + NaHCO3 d NaCl + H2CO3
L’équation d’Henderson-Hasselbach s’écrit :
pH = pK + log acide/base
Pour le tampon HCO3 –/H2CO3, la réaction s’écrit :
pH = pK + log [HCO3–]/[CO2 dissous]
pH = 6,1 + log 24/(0,03 ´ PaCO2) = 6,1 + log 24/(0,03 ´ 40)
pH = 6,1 + log 24 mmol/1,2 mmol = 6,1 + log 20 = 7,4
Si on ajoute 12 mmol de HCl dans 1 L de liquide extracellulaire, on obtient la réaction suivante :
HCl + 24 NaHCO3 d 12 NaCl + 12 NaHCO3 + 12 H2CO3 puis 12 H2CO3 d 12 CO2 + 12 H2O
On diminue dans l’équation le numérateur de 12 et on augmente le dénominateur de 12 :
pH = 6,1 + log 12/(1,2 + 12) = 6,1 + log 12/13,2 = 6,06
Les tampons n’empêchent donc pas la diminution du pH mais minimisent la baisse de celui-ci.
– Ligne de défense respiratoire.
Si, dans l’équation précédente, on considère que le système tampon est ouvert et que les 12 CO2 sont éliminés par le poumon, l’équation devient :
pH = 6,1 + log 12/1,2 = 6,1 + log 10 = 7,1
En fait, le poumon fait plus, car l’acidose provoque une hyperventilation alvéolaire qui entraîne une baisse de la PaCO2.
Si la PaCO2 descend jusqu’à 23 mmHg, l’équation devient :
pH = 6,1 + log 12/(0,03 ´ 23) = 7,34
– Ligne de défense rénale.
À ce stade, le pH est presque normalisé. Toutefois, il reste des ions H+ sous forme d’acides faibles et la concentration plasmatique en HCO3– est abaissée de 12 mmol/L. Le rein intervient alors pour restaurer la concentration des HCO3– et éliminer les quelques H+ restants.
QUELS SONT LES TAMPONS CHEZ L’HOMME ?
Les tampons extracellulaires sont représentés essentiellement par le tampon bicarbonate/acide carbonique : HCO3–/H2CO3 d H2O et CO2. Les tampons protéinates et phosphates n’assurent que 1 % du pouvoir tampon du plasma.
Le tampon HCO3–/H2CO3 est un bon tampon, car : d’une part il appartient à un système ouvert en relation avec le poumon qui élimine le CO2 et avec le rein qui réabsorbe et régénère les HCO3– , et d’autre part sa concentration dans le secteur extracellulaire est élevée.
Les tampons intracellulaires sont les protéines. Dans les globules rouges, le tampon hémoglobine, par l’intermédiaire des groupes imidazoles des histidines, possède un pouvoir tampon très élevé.
Dans les autres cellules, les tampons protéinate et phosphate prédominent. Par ailleurs, le squelette est un immense réservoir de sels alcalins. L’os se dissout sous l’effet d’une acidose aiguë ou chronique, ce qui libère des tampons phosphate et carbonate.
Une charge acide sera tamponnée pour 40 % dans le secteur extracellulaire par le tampon bicarbonate/acide carbonique, et à 60 % par les tampons intracellulaires des globules rouges, des tissus mous et de l’os. Ces sites cellulaires sont des lieux de stockage des ions H+ en attendant leur excrétion par les reins. Les protéines tampons réalisent des échanges H+/Na+ ou H+/K+ dans les membranes cellulaires. L’excrétion rénale débute rapidement, mais il faut 2 jours pour que la charge acide soit éliminée.
Une charge alcaline sera tamponnée à 60 % dans le secteur extracellulaire, et à 40 % dans l’intracellulaire. En revanche, son excrétion rénale est plus rapide qu’en cas d’acidose.
TAMPONNEMENT DU CO2 ET RÔLE DU POUMON :
Avant que le CO2 ne soit éliminé par les poumons, l’alcalinité du sérum est menacée durant le temps du transport du CO2 depuis les cellules où il est produit vers les poumons où il est excrété.
Le CO2 est tamponné pour 80 % par le tampon bicarbonate dans les hématies, qui sont riches en anhydrase carbonique, et à 11 % par l’hémoglobine, tandis qu’une très faible partie du CO2 est sous forme dissoute. Les systèmes tampons du CO2 sont très efficaces, comme en témoigne la très faible différence de pH entre le sang veineux et le sang artériel (0,04 unité pH).
Les poumons éliminent le CO2 : c’est une des ouvertures du système tampon des bicarbonates. Des chémorécepteurs centraux et périphériques analysent la pression partielle artérielle de CO2 (PaCO2). La PaCO2 stimule (en cas d’élévation) ou inhibe (en cas de diminution) les centres respiratoires.
Si le pH diminue, les chémorécepteurs vont générer une hyperventilation, et inversement.
Principes de physiologie concernant l’équilibre acide-base :
CONCENTRATION EN PROTONS DANS LES SECTEURS LIQUIDIENS :
Le pH sanguin est maintenu dans une fourchette très étroite de 7,38 à 7,42. Ceci correspond à une toute petite quantité d’ions H+ dans le secteur extracellulaire (40 nmol/L), par rapport aux autres ions. Le rapport de la concentration des autres ions (Na+, K+, etc) par rapport aux H+ est de 105 à 106. De petites variations de ce chiffre ont des conséquences cliniques importantes.
La concentration en H+ dans le cytosol est de 80 à 100 nmol/L, le pH intracellulaire est plus acide que celui du plasma, variant de 6,8 à 7,2 en fonction des tissus.
PRODUCTION ET CONSOMMATION DE PROTONS :
Un processus métabolique est une série de réactions chimiques qui partant d’un substrat énergétique finit, soit par la formation d’adénosine triphosphate (ATP), soit par l’apparition de composés nouveaux pourvoyeurs d’énergie (comme le glycogène par exemple). Le substrat est d’origine alimentaire ou provient d’un stock (comme les triglycérides dans les adipocytes).
Au cours des processus métaboliques, des H+ sont systématiquement formés. En voici deux exemples :
– Formation et consommation d’ATP ATP4– d ADP3– + Pi2– + H+
Cette réaction se fait dans les pompes Na+/K+ ATPases, et libère de l’énergie.
ADP3– + Pi2– + H+ d ATP4–
Cette réaction se fait dans les mitochondries et permet de régénérer l’ATP.
La résultante des deux réactions est nulle pour le bilan des protons.
En effet, tous les ions H+ formés lors du catabolisme de l’ATP sont utilisés pour régénérer l’ATP.
– Utilisation des triglycérides à fin énergétique
L’utilisation normale des triglycérides dans un but énergétique passe par le métabolisme des triglycérides en acides gras libres (AGL), dans les adipocytes, selon la réaction suivante : triglycérides d 3 palmitate– + 3 H+ + glycérol
Les AGL migrent vers le foie où ils sont métabolisés en corps cétoniques selon la réaction :
3 palmitates– + 3 H+ + 18 O2 d 12 corps cétoniques + H+
Les corps cétoniques sont principalement utilisés par le cerveau à des fins énergétiques, selon la réaction suivante :
12 corps cétoniques + H+ d CO2 + H2O +ATP
Si l’on considère l’ensemble de la chaîne métabolique, on voit bien que tous les H+ formés sont utilisés et que le bilan net d’H+ est nul.
Globalement, les H+ sont produits en cas de conversion d’un composé neutre en un anion : acides gras d 4 corps cétoniques– + 4 H+
Les H+ sont consommés en cas de conversion d’un anion en un composé neutre, ou par la génération d’un nouveau cation :
– lactate– + H+ d glucose (conversion anion en composé neutre) ;
– glutamine d glucose + NH4+ + HCO3– + CO2 + H2O (génération d’un nouveau cation, réaction se produisant dans le rein).
D’autres réactions ne consomment ni ne produisent de protons : glucose d glycogène + CO2 + H2O
Au cours du métabolisme des glucides et des lipides, il n’y a pas d’accumulation d’H+ car la génération est égale à la consommation.
– Pour les glucides : glycogène d glucose d CO2 + H2O (dans le cycle de Krebs).
La seule exception est l’anion lactate. Mais en physiologie, les H+ formés sont rapidement métabolisés avec l’anion par le foie en composés neutres : glucose, CO2, H2O, glycogène.
– Pour les lipides : les acides gras et les corps cétoniques sont des anions dont la formation génère des H+, mais au cours du métabolisme normal, ils sont consommés et ne s’accumulent pas.
– Pour les protéines :
– 13 acides aminés sur 20 sont neutres ; leur métabolisme fournit des composés neutres (H2O, CO2, urée, glucose). Il n’y a pas de gain net d’ions H+ ;
– cinq acides aminés ont un métabolisme qui génère des H+ : les trois acides aminés cationiques (lysine, arginine et histidine), ainsi que les deux acides aminés soufrés (cystine et méthionine) ;
– le glutamate et l’aspartate sont deux acides aminés anioniques qui génèrent des HCO3–.
– Phosphodiesters : les phosphates organiques sont les principaux anions du milieu intracellulaire (acide ribonucléique [ARN], acide désoxyribonucléique [ADN], phospholipides, ATP…). Les produits de leur métabolisme sont HPO4 2– et H+. L’anion phosphate divalent (HPO4 2–) est filtré par le rein. Comme le pH du fluide tubulaire tend à s’acidifier et à passer en dessous du pK de HPO4 2–, HPO42– et H+ vont se recombiner pour former H2PO4–. Ceci correspond à l’acidité titrable (AT) (cf infra).
On voit que les phosphates organiques génèrent une production de H+ mais avec un « partenaire » qui favorise son élimination.
QUELLES SONT LES SOURCES D’ACIDES ET DE BASES ?
– Les sources d’acides sont donc les protéines et les phosphodiesters.
– La cystine et la méthionine sont une source d’ions H+ provenant de l’oxydation du soufre contenu dans ces acides aminés, en acide sulfurique, selon la réaction suivante :
C5H11NO2S + 15 O2 d 4 H+ + 2 SO4 – + CO(NH2)2 + 7 H2O + 9 CO2
Les acides aminés cationiques (lysine, arginine et histidine) libèrent des ions H+ sous forme d’acide chlorydrique (HCl).
– Le catabolisme des phosphoprotéines et des phospho-aminolipides aboutit à l’excrétion urinaire de phosphate.
– Le catabolisme des glucides et des lipides produit des lactates et des corps cétoniques qui sont en physiologie métabolisés, de sorte que la production nette d’ions H+ est très faible. L’excrétion urinaire des anions organiques reflète cette source d’H+ .
La production d’H+ à partir des glucides ou des lipides peut cependant beaucoup augmenter dans certaines situations physiologiques ou pathologiques :
– l’exercice musculaire ou l’hypoxie génèrent de l’acide lactique ;
– le diabète déséquilibré génère des corps cétoniques.
– Les sources de bases sont les protéines et les anions métabolisables :
– le catabolisme des protéines qui fournit des acides aminés anioniques : aspartate et glutamate ;
– le catabolisme d’anions organiques métabolisables (citrate, lactate, gluconate…) fournit des bicarbonates.
Rôle du rein dans l’équilibre acide-base :
Le rein est l’organe exclusif de la régulation des H+.
En fait, son rôle est double : réabsorber les HCO3– filtrés, régénérer des HCO3– en excrétant la charge acide sous forme de NH4 + et d’AT.
Les ions H+ libres se trouvent en quantité très faible et déterminent le pH des urines.
RÉABSORPTION DES BICARBONATES FILTRÉS :
Mécanismes de réabsorption proximale des HCO3 – :
Les HCO3– sont librement filtrés au niveau glomérulaire.
Quantité filtrée : 0,120 L/min ´ 60 min ´ 24 heures ´ 26 mmol/L = 4 500 mmol/j
La réabsorption tubulaire des HCO3– est de 99,9 % de la quantité filtrée, ce qui signifie que seulement 2 mmol de HCO3– sont excrétées dans l’urine par jour.
La réabsorption des HCO3 – est très limitée, car dès que la concentration plasmatique est de 28 mmol/L, du bicarbonate apparaît dans l’urine. Cette capacité à excréter les HCO3 – pour des concentrations à peine supérieures aux concentrations plasmatiques rend compte de la protection efficace de l’organisme contre une charge alcaline.
La réabsorption des HCO3– se fait essentiellement au niveau du tube contourné proximal.
Cette réabsorption a deux composantes, l’une liée au Na+, l’autre au H+.
Composante liée au Na+ :
La très faible concentration en Na+ dans le cytosol de la cellule tubulaire proximale, maintenue par l’action des Na+/K+ ATPases basolatérales, permet l’entrée du Na+ dans la cellule le long de son gradient physicochimique.
Le contre-transport Na+/H+ dans la membrane luminale fait sortir le H+ en utilisant l’énergie créée par l’entrée du Na+ dans le cytosol.
Composante liée au H+ :
La sortie des ions H+ de la cellule se fait essentiellement par le contre-transport Na+/H+ luminal, mais aussi sous l’action des H+ ATPases luminales. Le H+ se combine au HCO-3 dans la lumière tubulaire, ce qui forme H2CO3, puis H2O et CO2 sous l’action de l’anhydrase carbonique située dans la bordure en brosse. Le CO2 diffuse dans la cellule où il se recombine à OH–, ce qui forme HCO3– sous l’action de l’anhydrase carbonique cytoplasmique. Sur la membrane basolatérale, un canal unique permet la sortie du HCO3– avec le Na+, sous forme anionique (Na(HCO3) 3 2–).
Régulation de la réabsorption proximale des bicarbonates :
Quatre facteurs contrôlent la réabsorption proximale des HCO3–.
– Charge filtrée en HCO3–.
En cas d’acidose métabolique, la quantité filtrée de HCO3– diminue.
Ceci réduit d’autant la sécrétion des ions H+, ce qui entretient l’acidose.
– Concentration luminale en H+.
En cas de traitement par acétazolamide (inhibiteur de l’anhydrase carbonique), la concentration en H+ dans la lumière s’élève, et stoppe la réabsorption des HCO3– bien avant que le pourcentage habituel de réabsorption soit atteint.
– Concentration en H+ dans les cellules tubulaires.
Lorque la concentration intracellulaire de H+ augmente comme dans l’acidose, on constate une augmentation d’activité du transporteur Na+/H+ . Ce système est cependant peu efficace pour éliminer la charge acide, car la baisse de la quantité filtrée de HCO3– limite l’augmentation potentielle d’activité du contre-transport Na+/H+ .
À l’inverse, en cas d’alcalose métabolique, il existe une diminution de la concentration en H+ intracellulaire, ce qui limite la sécrétion des H+ par le contre-transport Na+/H+, en dépit de l’élévation des accepteurs dans le fluide tubulaire. Ceci est un autre facteur (avec le seuil rénal des HCO3– à 28 mmol/L) expliquant qu’une charge alcaline est rapidement excrétée.
– Avidité des cellules tubulaires à réabsorber le Na+.
La contraction volémique favorise la réabsorption des HCO3–. C’est un facteur très important d’entretien d’une alcalose métabolique lorsque celle-ci est associée à une déshydratation extracellulaire.
L’expansion volémique a l’effet inverse. En effet, de facon attendue si les cellules tubulaires réabsorbent moins de Na+, la capacité de sécrétion des H+ se trouve réduite.
L’acidose tubulaire proximale se caractérise donc par une diminution de la concentration sanguine en HCO3– par fuite rénale et par une incapacité d’augmenter la concentration sanguine en HCO3– en cas de perfusion de HCO3– du fait de la moindre réabsorption.
Dix à 15 % des HCO3– filtrés quittent le tube contourné proximal et sont réabsorbés dans la pars recta du tube proximal et dans la branche ascendante large de Henle. La sécrétion de H+ se fait toujours par un contre-transport Na+/H+.
RÉGÉNÉRATION DES HCO3 – :
Les reins reconstituent le pool des HCO3– par excrétion de NH4 + et excrétion d’AT.
Dans les deux cas, le HCO3– formé dans la cellule tubulaire rénale passe dans le sang péritubulaire avec le Na+ qui a été filtré.
Formation d’acidité titrable :
– Définition de l’AT.
L’AT représente les protons tamponnés par des sels d’acides faibles urinaires autres que le bicarbonate.
– Localisation tubulaire de la formation d’AT.
Elle apparait essentiellement :
– dans le tube proximal : 60 % de l’AT totale de l’urine ;
– dans le tubule distal ;
– dans le tube collecteur (40 % de l’excrétion).
– Tampons en cause dans la formation d’AT.
Le principal tampon est le phosphate inorganique disodique (Na2HPO4) qui est réabsorbé à 70 %. La créatinine et l’urate participent peu à l’AT car leurs concentrations urinaires sont faibles et leur pK est bas ce qui ne les rend opérants qu’à des pH urinaires très acides.
– Mécanismes de formation de l’AT.
Le point de départ est la dissociation d’une molécule d’eau. L’OH– va se combiner avec le CO2 présent dans le cytosol sous l’action de l’anhydrase carbonique pour former un HCO3– qui passe dans le sang péritubulaire. Dans la lumière tubulaire, le proton sécrété se combine avec le HPO4– pour former le H2PO4 2– excrété dans l’urine.
Le Na+ libéré est réabsorbé par la cellule et se combine avec le HCO3–.
Au total l’excrétion d’un H+ favorise l’entrée d’un HCO3– dans la circulation.
– Facteurs régulant l’AT.
Trois facteurs influencent la formation d’AT :
– disponibilité des tampons : l’augmentation de l’excrétion urinaire de phosphate augmente par elle-même la sécrétion d’ion H+. Par ailleurs, comme le pH du fluide tubulaire passe de 7,4 (à l’entrée du tube contourné proximal) à 4,4 (pH minimal possible), le Na2HPO4 se transforme en NaH2PO4 ;
– influence du pK des tampons : la créatinine ne peut pas avoir une influence importante sur la sécrétion d’AT, car son pK est voisin du seuil maximal d’acidification des urines ;
– influence du pH des urines : si l’on diminue le pH du fluide tubulaire de 7,4 à 4,4 (chiffre minimal), le tampon créatinine permet d’augmenter l’excrétion de H+ sous forme d’AT.
Globalement, l’excrétion de H+ sous forme d’AT est très peu adaptable et insuffisante quantitativement pour éliminer la charge acide quotidienne.
Formation de NH4+ :
Le NH4 + est la molécule qui va permettre l’excrétion rénale de la charge acide.
Sécrétion des protons par le néphron distal :
Un seul type cellulaire est impliqué dans la sécrétion des H+. Ces cellules, appelées cellules intercalaires de type alpha, sont situées dans le canal collecteur. Elles possèdent des pompes H+ ATPases sur leur membrane luminale. Des accepteurs de H+ dans la lumière tubulaire sont nécessaires pour maintenir l’activité des pompes, car le pH du fluide tubulaire ne peut descendre en dessous de 4,4. La sécrétion d’un proton dans la lumière tubulaire s’accompagne de la sortie basolatérale d’un HCO 3– par le contretransport HCO3–/Cl–.
À côté de la sécrétion active des H+ par les cellules intercalaires alpha, il existe aussi une sécrétion de H+ dite voltage-dépendante, qui est sous la dépendance de la différence de potentiel transtubulaire lumière négative. Les cellules principales du tube collecteur cortical sont essentiellement impliquées dans la réabsorption de Na+ et la sécrétion du K+. La réabsorption électrogénique du Na+ par le canal sensible à l’amiloride de la membrane luminale augmente la différence de potentiel transépithéliale avec lumière tubulaire plus négative. Ceci favorise la sécrétion de cations (K+et H+), par des canaux spécifiques situés dans la membrane luminale. Cette sécrétion de H+ voltagedépendante est sensible à l’aldostérone qui augmente la probabilité d’ouverture des canaux sodiques sensibles à l’amiloride et active la Na+/K+ ATPase basolatérale dont dépend la réabsorption du Na+.
Les cellules intercalaires de type bêta sécrètent des ions HCO 3– dans la lumière tubulaire. Elles sont situées dans le canal collecteur. Elles ont la structure inverse des cellules intercalaires de type alpha, avec des pompes à H+ ATPases situées sur la membrane basolatérale et un contre-transport Cl–/HCO 3– dans la membrane luminale.
Localisation tubulaire de la formation de NH4 + :
Le NH4+ urinaire provient d’une synthèse rénale. On peut schématiser la formation du NH4 + en trois étapes.
· Première étape : formation de NH4 + dans le tube proximal
La quasi-totalité du NH4 + présent dans l’urine finale est déjà formée dans le tube proximal, selon la réaction suivante : protéines ® glutamine ® 2 NH4 + + alphacétoglutarate alphacétoglutarate ® glucose + 2 HCO3–
Le métabolisme de l’alphacétoglutarate se fait dans les mitochondries, au sein du cycle de Krebs, ce qui fournit de l’ATP, du CO2 et de l’H2O. Toute génération de NH4 + s’accompagne donc de celle d’ATP.
Au versant luminal, le NH4 + est sécrété dans la lumière tubulaire en prenant la place d’un H+ sur le contre-transport Na+/H+.
Les deux HCO 3– formés vont passer dans le fluide péritubulaire à travers la membrane basolatérale par un cotransport Na+/HCO 3–.
Le fait que la formation de NH4 + s’accompagne obligatoirement d’une génération d’ATP a trois conséquences :
– l’ATP ne pouvant être stockée, il est produit en réponse à une demande. En pratique, dans le rein, cette demande est soutenue principalement par la réabsorption du Na+. Au cours de l’insuffisance rénale chronique, la quantité filtrée de Na+ diminue, de même que la part réabsorbée. Ceci entraîne une diminution des besoins en ATP, donc de la production de NH4 + , ce qui explique la diminution de l’excrétion urinaire de NH4 + et donc l’acidose ;
– la synthèse de NH4 + peut être limitée si d’autres combustibles sont fournis au cycle de Krebs (corps cétoniques au cours du jeûne par exemple, ou lors de la nutrition parentérale) ;
– la synthèse de NH4 + se fait surtout dans le tube proximal, puisque c’est lui qui consomme le plus d’ATP.
On connaît deux stimuli à l’entrée de la glutamine dans les mitochondries : l’acidose métabolique et l’hypokaliémie. Ces deux situations cliniques sont caractérisées par une élévation de l’excrétion urinaire de NH4 + .
· Deuxième étape : gradient interstitiel corticopapillaire du NH4 + /NH 3
Le maintien d’un gradient corticopapillaire en NH 3 est nécessaire à l’excrétion des H+ sous la forme de NH4 + . Dans la branche descendante fine de l’anse de Henle, du fait de l’alcalinisation du fluide tubulaire (environ 90 % des HCO 3– ont été réabsorbés dans le tube proximal) et de l’extraction d’eau, le NH4 + se transforme en NH 3 qui va s’accumuler dans la médullaire. Dans la branche ascendante large de Henle, le NH4 + est réabsorbé en prenant la place du K+ sur le cotransport Na+/K+/2 Cl– de la membrane apicale. La réabsorption dans l’anse de Henlé permet d’extraire environ 70 % du NH4 + formé dans le tube proximal. Après sa réabsorption, NH4 + se transforme en NH 3 et H+ dans la cellule de la branche ascendante. Le NH 3 diffuse hors de la cellule et va s’accumuler dans la médullaire. Le H+ est sécrété et se combine avec le HCO 3– présent dans la lumière, ce qui va former H2CO3, puis CO2 et H2O. Le CO2 est alors délivré aux cellules intercalaires alpha.
En cas d’hyperkaliémie, il existe une compétition entre NH4 + et K+ pour la réabsorption, ce qui diminue la concentration en NH 3 dans l’interstitium et donc l’excrétion de NH4 + , ceci expliquant que l’hyperkaliémie favorise l’acidose.
· Troisième étape : deuxième formation de NH4 + dans le tube collecteur
Le CO2 délivré aux cellules intercalaires alpha est converti en H+ et HCO 3– par l’anhydrase carbonique. Ces cellules possèdent des H+ ATPases qui secrètent des H+. Ceux-ci transforment le NH 3 en NH4 + qui est éliminé dans l’urine.
Le pK de la réaction : NH4 + « NH 3 + H+ est 9,2. Au pH du fluide tubulaire compris entre 4,4 et 7,4, 98 % du NH 3 est sous forme de NH4 + .
Revue des facteurs régulant l’excrétion urinaire de NH4+ :
– PH sanguin.
L’acidose sanguine provoque une acidose cellulaire, ce qui augmente la production de NH4 + , car l’entrée de la glutamine dans la mitochondrie est favorisée. De plus, le contre-transport Na+/H+ dans le tube proximal, et l’activité des pompes H+ ATPases du tube collecteur sont stimulés. En cas d’alcalose, les effets inverses sont constatés.
– PaCO2.
En cas de baisse de la PaCO2, une alcalose métabolique puis cellulaire apparaît, ce qui entraîne une diminution de la sécrétion des H+ dans le tube proximal et le tube collecteur. Il s’agit de la compensation métabolique de l’hypocapnie. En cas d’augmentation de la PaCO2, la baisse du pH plasmatique entraîne une baisse du pH cellulaire, ce qui élève l’excrétion des H+. Il s’agit de la compensation métabolique de l’hypercapnie.
– Aldostérone.
Elle favorise la sécrétion de protons dans le tube collecteur : par l’élévation de la sécrétion voltage-dépendante des H+ liée à la réabsorption de Na+ ; en stimulant directement les pompes H+ ATPases des cellules intercalaires de type alpha dans le tube collecteur.
Un hyperaldostéronisme est donc associé à une alcalose.
– Cortisol.
Il stimule le cotransport Na+/H+ du tube proximal, ce qui élève la sécrétion de NH4 + .
– Volume extracellulaire et débit de sodium.
L’expansion aiguë du volume extracellulaire diminue la réabsorption des HCO 3
– dans le tube proximal (l’inverse est vrai), et génère une acidose dite de « dilution ». Une expansion chronique du secteur extracellulaire par un régime riche en sel augmente la quantité de sodium dans le tube collecteur cortical, ce qui accroît l’excrétion des H+ si l’aldostérone est fixée. En fait, dans cette situation, l’aldostérone est basse, ce qui limite la sécrétion voltagedépendante des H+.
– Potassium.
L’hyperkaliémie favorise l’acidose par diminution de l’excrétion de NH4 + (l’inverse est vrai) par deux mécanismes : moindre utilisation de la glutamine, compétition pour la réabsorption du NH4 + dans l’anse de Henle.
– Hormone antidiurétique (ADH).
L’ADH stimule la sécrétion de H+ dans le tube collecteur cortical, d’où une diminution du pH urinaire.
– Effet des diurétiques.
L’acétazolamide inhibe l’anhydrase carbonique de la lumière du tube proximal et du cytosol des cellules bordant le tube proximal, ce qui diminue la réabsorption des HCO 3– et favorise l’acidose métabolique.
Les diurétiques de l’anse et les thiazidiques augmentent la quantité délivrée de Na+ au tube collecteur cortical, ce qui favorise la sécrétion distale voltage-dépendante des H+.
Les diurétiques épargneurs de K+ bloquent le canal épithélial sodique du tube collecteur cortical, et génèrent une acidose par diminution de la sécrétion voltage-dépendante des H+.
Au total, l’excrétion nette d’acide est donnée par :
– excrétion = NH4 + + H2PO4– d HCO 3–
– À l’état normal, il n’y a pas de bicarbonate dans les urines pour un pH urinaire inférieur à 6.
L’excrétion des H+ se fait un tiers sous forme d’AT et deux tiers sous forme de NH4 + , sachant qu’en cas d’acidose seule l’excrétion de NH4 + peut s’adapter (jusqu’à être multipliée par cinq).
