1. Rappels

La concentration des protons (H+) normalement de 40 nanomol/l (nmol/l) de liquide extracellulaire et 100 nmol/l de liquide intracellulaire est régulée de façon extrêmement précise malgré la génération d’environ 1 mmol/kg/jour de protons, c’est-à-dire 70 millions de nmol de protons par jour. Ces protons générés quotidiennement proviennent pour partie de l’acide sulfurique non volatile (25 mmol) provenant du catabolisme des protéines soufrées alimentaires, d’acides organiques non métabolisés (pour environ 40 mmol).

La régulation de la balance acide-base est assurée :

  à court terme (quelques minutes) par le tamponnement par les liquides intracellulaires, essentiellement l’os minéral et le muscle squelettique. Ceux-ci captent environ 60 % de la charge acide.

  à moyen terme, les protons sont éliminés par l’adaptation ventilatoire. Si la charge acide est suffisamment importante, la ventilation est stimulée en quelques minutes principalement par une augmentation du volume ventilatoire (respiration de Kussmaul). La ventilation permet d’éliminer les protons sous forme de gaz carbonique CO2 pulmonaire suivant la réaction :

protons + HCO3- = H2O + CO2

Cette élimination de protons par la ventilation se fait au prix d’une consommation d’un ion bicarbonate qui devra être régénéré par le rein.

  à plus long terme (quelques heures), le rein assure la régénération des bicarbonates HCO3- consommés.

La balance acide-base est habituellement décrite par l’équation de Henderson Hasselbalch dans laquelle la concentration de H+ est exprimée sous la forme de son antilogarithme le pH, notion complexe et peu pratique à l’usage. Le bilan acide-base peut être décrit plus simplement et tout aussi complètement par l’équation simplifiée :

[H+] = 23,9 x PCO2 / [HCO3-]

Dans cette équation [H+] la concentration en protons est exprimé en nmol/l. PCO2 (la pression partielle du CO2 en mmHg) représente le facteur ventilatoire et HCO3 (concentration plasmatique de bicarbonate en mmol/l) est le facteur rénal.

La concentration en protons de l’organisme dépend essentiellement du rapport PCO2 / [HCO3-] et toute modification de l’un de ces facteurs entraîne une compensation respiratoire ou rénale de l’autre terme pour essayer de normaliser la concentration de protons. Ces réponses sont en partie médiées par des modifications parallèles de la concentration en protons des cellules régulatrices au niveau du tubule rénal ou des centres respiratoires. Ainsi le maintien d’une concentration de protons nécessite une réponse compensatoire qui varie dans la même direction que le désordre primitif. Par exemple, au cours de l’acidose métabolique, la ventilation augmente, aboutissant à une chute de la PCO2 qui tend à diminuer la concentration de protons. Cette réponse débute dès première heure et se complète en 12 à 24 heures.

2. Role du rein dans la régulation de l’équilibre acide-base

Le rein régule le bilan acide de l’organisme en régénérant environ 70 mmol/jour de bicarbonates, ceci par 2 mécanismes principaux :

  La réabsorption des bicarbonates filtrés dans le tube proximal (85 %) et dans la branche ascendante large de l’anse de Henle (10 %).

  La synthèse de novo de bicarbonates. Dans le tube collecteur, les protons sécrétés dans la lumière sont titrés par des tampons (essentiellement phosphate et ammoniaque) ce qui permet aux cellules de générer du bicarbonate. Le débit de sécrétion des protons est affecté par de nombreux facteurs dont le pH luminal, la PCO2 systémique, les minéralocorticoïdes et la différence de potentiel à travers le tube collecteur.

L’ammoniaque NH3 est généré dans tube proximal par désamination de la glutamine et exporté dans la lumière urinaire. La production d’ammoniaque est régulée physiologiquement, ce qui constitue un mécanisme de contrôle supplémentaire de l’excrétion nette d’acide indépendant du débit sécrétoire distal de protons. Le débit de production d’ammoniaque par néphron est augmenté par l’acidose métabolique, la déplétion potassique, les glucocorticoïdes, la diminution de la masse rénale fonctionnelle et à l’inverse il est supprimé par l’hyperkaliémie.

En condition stable d’équilibre, la quantité nette d’acide sécrétée et donc la génération rénale de nouveaux bicarbonates est équivalente à la génération métabolique de protons, ce qui préserve le bilan acido-basique. En cas d’accumulation nette d’acide, le rein répond en augmentant la réabsorption de bicarbonates, en augmentant la sécrétion de protons dans le tube distal et le tube collecteur et enfin en augmentant la production d’ammoniaque, ce qui stimule la génération rénale de bicarbonates grâce à une augmentation de l’excrétion d’ammonium NH4+. En condition normale, l’excrétion urinaire quotidienne d’ammonium est d’environ 30 mmol et peut augmenter jusqu’à 280 mmol mais cette réponse adaptative nécessite plusieurs jours.