Résumé
Les auteurs décrivent les mécanismes physiopathologiques conduisant au développement dune acidose chez les patients atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive maladie et ses effets délétères sur les résultats et le taux de mortalité. Les ajustements compensatoires rénaux consécutifs à lacidose sont également décrits en détail en mettant laccent sur les différences entre lacidose respiratoire aiguë et chronique. Les troubles mixtes acido-basiques dus à la comorbidité et aux effets secondaires de certains médicaments chez ces patients sont également examinés, et des considérations pratiques pour un diagnostic correct sont fournies.
1. Introduction
La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est un problème majeur de santé publique. Sa prévalence varie selon le pays, lâge et le sexe. Sur la base des données épidémiologiques, la projection pour 2020 indique que la BPCO sera la troisième cause de décès dans le monde et la cinquième cause dinvalidité. Environ 15% des patients atteints de MPOC doivent être hospitalisés dans un hôpital général ou dans une unité de soins respiratoires intensifs pour une exacerbation aiguë, ce qui entraîne une plus grande utilisation des ressources médicales et une augmentation des coûts. Même si le pronostic global des patients BPCO sest amélioré récemment, le taux de mortalité reste élevé et, entre autres, des troubles acido-basiques survenant chez ces sujets peuvent affecter le résultat.
Le but de cet article est de se concentrer sur les principaux mécanismes pathogènes conduisant aux troubles acido-basiques et leurs conséquences cliniques chez les patients atteints de BPCO.
2. Hypercapnie et acidose respiratoire
Une complicance majeure chez les patients BPCO est le développement dune hypercapnie stable.
Chez le sujet sain, environ 16 000 à 20 000 mmol / jour de dioxyde de carbone (CO2), dérivés de loxydation de nutriments contenant du carbone, sont produits. Dans des conditions normales, la production de CO2 est éliminée par ventilation pulmonaire. Cependant, une altération des échanges respiratoires, comme cela se produit en phase avancée de BPCO, entraîne une rétention de CO2. Le dioxyde de carbone est ensuite hydraté avec la formation dacide carbonique qui se dissocie ensuite avec libération dions hydrogène (H +) dans les fluides corporels selon léquation suivante: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Ainsi, la conséquence de lhypercapnie due à laltération des échanges gazeux chez les patients BPCO consiste principalement en une augmentation de la concentration en H + et le développement dune acidose respiratoire, également appelée acidose hypercapnique. Selon la méthode traditionnelle dévaluation de létat acido-basique, léquation de Henderson-Hasselbach exprime la relation entre le pH (logarithme de la concentration inverse de H +), la concentration en ions bicarbonate (−HCO3) et la pression partielle de CO2 (pCO2): pH = 6.1 + log − HCO3 / 0.03pCO2. (2)
Il est évident que le pH et la concentration des ions hydrogène sont strictement déterminés par le rapport bicarbonate / pCO2, plutôt que par leurs valeurs individuelles. Un changement de pH peut ainsi être déterminé par une modification primitive du numérateur de cette équation, cest-à-dire du bicarbonate (troubles métaboliques) ou du dénominateur, cest-à-dire pCO2 (troubles respiratoires). Dans les deux cas, des mécanismes compensatoires sont activés pour déterminer une variation consensuelle de lautre facteur pour maintenir ce rapport aussi constant que possible et minimiser les changements de pH. Lampleur de ces changements compensatoires dépend largement de celle de laltération primaire et peut être dans une certaine mesure prédite (réponse compensatoire attendue).
Par conséquent, la compensation de lacidose respiratoire consiste en une augmentation secondaire de la concentration de bicarbonate , et lanalyse des gaz du sang artériel est caractérisée par un pH réduit, une augmentation de la pCO2 (variation initiale) et une augmentation des taux de bicarbonate (réponse compensatoire).
3. Mécanismes compensatoires dans lacidose respiratoire aiguë et chronique
La réponse à lacidose respiratoire se produit dans une mesure différente, soit en phase aiguë, soit en phase chronique. Lorsque lhypercapnie survient de manière aiguë, la mise en tampon de H + a lieu par des protéines, principalement lhémoglobine, et dautres tampons intracellulaires non bicarbonates comme suit: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
Lefficacité de ce mécanisme est limitée . Dans de telles conditions, pour chaque augmentation de 10 mmHg de pCO2, nous nous attendons à une augmentation de seulement 1 mEq de la concentration de bicarbonate.
Par la suite, des changements adaptatifs rénaux se produisent principalement dans les cellules tubulaires proximales que dans les tubules distaux, ce qui entraîne une réabsorption accrue du bicarbonate et une augmentation de lexcrétion dacide titrable et dammonium.
Lexcrétion de H + à travers la membrane apicale se produit par un antiporteur Na + / H + (NHE3) et dans une moindre mesure par une pompe à protons (Figure 1). Le H + sécrété dans le fluide tubulaire se combine avec les ions bicarbonate filtrés conduisant à la formation dacide carbonique. Lanhydrase carbonique est ensuite divisée en CO2 et H2O. Le CO2 se diffuse dans la cellule où le CO2 est réhydraté en acide carbonique.Cela donne lieu à un ion bicarbonate qui sort de la cellule à travers la membrane basolatérale dans linterstitium via un symporteur 3HCO3 / Na (NBCe1), tandis que H + est sécrété à nouveau dans la lumière. Lantiporteur de la membrane basolatérale Na + / K + ATPase, maintenant une faible concentration intracellulaire de sodium, améliore encore lactivité NHE3.
En résumé, la réabsorption du bicarbonate nécessite de lanhydrase carbonique et est strictement associée à la réabsorption du natrium.
Des études expérimentales montrent que labondance totale des protéines NHE3 et NBCe1 est régulée à la hausse par lacidose respiratoire chronique. Cependant, le principal mécanisme responsable de lélévation du bicarbonate sérique est laugmentation de lexcrétion dacide titrable et dammonium, qui sont stimulées par une pCO2 constamment élevée.
Lammoniac (NH3), dans la cellule proximale, est formé par désamination de la glutamine en acide glutamique puis en alpha-cétoglutarate. Par conséquent, pour chaque molécule de glutamine, deux molécules dammoniac se forment (figure 2). Lammoniac se lie à H +, ce qui entraîne lion ammonium (NH4 +) qui est ensuite sécrété dans la lumière tubulaire rénale par NHE3, NH4 + remplaçant H + sur le transporteur, et excrété dans lurine sous forme de chlorure dammonium (NH4Cl). En variante, du NH4 + peut être sécrété dans le fluide tubulaire sous forme de NH3, où il est ensuite protoné. Ainsi, lammoniac remplace lion bicarbonate agissant comme tampon urinaire et liant lion hydrogène. Par conséquent, pour chaque H + excrété sous forme dion ammonium, un «nouveau −HCO3» est renvoyé dans le sang. Néanmoins, une réabsorption significative de NH4 + se produit dans le membre ascendant de lanse de Henle. Dans le tubule distal, le NH4 + réabsorbé est ensuite excrété par un transporteur NH4 + appartenant à la famille des glycoprotéines Rh, localisé sur les membranes apicale et basolatérale des cellules des canaux collecteurs.
Ainsi, la collecte des cellules du conduit joue un rôle central dans le maintien de lacide -équilibre de base et excrétion nette dacide. Si lammonium réabsorbé nétait pas excrété dans lurine, il serait métabolisé par le foie générant H +, et une « nouvelle production de −HCO3 » serait annulée.
Inorganique les phosphates, en particulier dans le néphron distal, jouent également un rôle.
Les H + dérivés de la dégradation de lacide carbonique sont excrétés dans la lumière tubulaire où ils sont tamponnés par les phosphates (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , tandis que −HCO3 traverse la membrane basolatérale via un antiporteur déchange danions (AE) Cl – / – HCO3 (Figure 3).
Les phosphates se lient ensuite aux ions hydrogène en remplacement des ions bicarbonate «régénérés». Fait intéressant, lacidémie et lhypercapnie réduisent le seuil de réabsorption du phosphate, rendant ainsi disponible une plus grande quantité de tampon urinaire dans le tubule distal.
La pendrine est un échangeur de bicarbonate / chlorure situé dans le domaine apical de la cellule intercalée de type B et non-A, non-B des canaux collecteurs (Figure 4). Lhypercapnie détermine une réduction de lexpression de la pendrine jusquà 50%, contribuant à laugmentation du bicarbonate de plasma et à la diminution du chlorure de plasma observés dans lacidose respiratoire chronique.
La réponse rénale est terminée dans son intégralité nt après 3 à 5 jours, résultant en un nouvel état déquilibre dans lequel une augmentation de 3,5 mEq de la concentration de bicarbonate est attendue pour chaque augmentation de 10 mmHg pCO2. Ensuite, dans le cadre de lacidose respiratoire chronique, la compensation rénale offre une protection du pH plus importante contrairement au tampon intracellulaire en situation aiguë.
Par exemple, si lon considère une augmentation aiguë de la pCO2 à 80 mmHg, la concentration compensatoire en bicarbonate augmente de 4 mEq.
En accord avec léquation de Henderson-Hasselbach, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
Dans le dernier exemple , la variation de la valeur du pH est significativement plus faible que dans la précédente (0,11 contre 0,23 unité).Cela explique pourquoi lacidose respiratoire chronique est généralement moins sévère et mieux tolérée que lacidose aiguë avec une hypercapnie similaire. La figure 5 montre la pente différente de la relation entre pCO2 et bicarbonate dans lacidose respiratoire aiguë et chronique.
4. Conséquences cliniques de lacidose
Lacidose est un indicateur pronostique défavorable et est responsable de plusieurs effets délétères sur lhémodynamique et le métabolisme. Lacidose provoque une dépression myocardique, des arythmies, une diminution des résistances vasculaires périphériques et une hypotension. De plus, lacidose hypercapnique est responsable de la faiblesse des muscles respiratoires, de laugmentation des cytokines pro-inflammatoires et de lapoptose et de la cachexie. De plus, chez les patients atteints de BPCO hypercapnique, une diminution du débit sanguin rénal, une activation du système rénine-angiotensine et une augmentation des valeurs circulantes de lhormone antidiurétique, du peptide natriurétique auriculaire et de lendothéline-1 ont été rapportées. On a supposé que ces anomalies hormonales pouvaient jouer un rôle dans la rétention du sel et de leau et le développement de lhypertension pulmonaire, indépendamment de la présence dun dysfonctionnement myocardique.
Les données cliniques et épidémiologiques démontrent clairement que la gravité de lacidose est associée à un mauvais pronostic.
Dans létude de 139 patients atteints de BPCO et dinsuffisance respiratoire, Jeffrey et al. a conclu que la concentration artérielle en H + est un facteur pronostique important pour la survie.
Dans une étude rétrospective sur 295 épisodes dexacerbation de la MPOC, Guy et al. ont rapporté que le taux dintubation et de mortalité était le plus élevé dans le groupe de pH le plus bas. De même, Kettel et al. et Warren et al. ont rapporté un taux de mortalité plus élevé chez les patients dont le pH à ladmission était inférieur à 7,23 et 7,26, respectivement. Plant et coll. ont rapporté que les patients les plus acidémiques avaient un taux de mortalité plus élevé à la fois dans le groupe sous traitement conventionnel et dans le groupe sous ventilation non invasive. Des résultats similaires ont été rapportés par des articles plus récents confirmant quune acidose plus sévère aggrave le devenir des patients atteints de MPOC.
Le pronostic des patients atteints de MPOC est également affecté par la comorbidité. Linsuffisance rénale chronique a été associée à la BPCO dans 22 à 44% des cas, selon la série détudes et les critères diagnostiques. Linsuffisance rénale peut contribuer au développement de lhypertension, de la maladie vasculaire artérielle périphérique et de lapparition dune cardiopathie ischémique.
De plus, en cas dinsuffisance rénale chez les patients atteints de MPOC, le rôle compensateur du rein dans lacidose respiratoire peut être moins efficace, entraînant une réduction de lammoniagenèse et de la production dacidité titrable avec une augmentation conséquente plus faible du bicarbonate sérique et plus sévère acidose. Les rapports cliniques ont démontré que les taux de bicarbonate chez ces patients sont inversement liés à la survie et quune insuffisance rénale concomitante est prédictive de la mort et du risque dexacerbation.
Ces études cliniques antérieures confirment indirectement le rôle et limportance de la fonction rénale comme organe compensateur dans les troubles acido-basiques.
5. Troubles acido-basiques mixtes
Lacidose respiratoire nest pas le seul trouble acido-basique observé chez les patients atteints de BPCO. La présence de comorbidité et deffets secondaires de certains médicaments utilisés pour traiter les patients atteints de MPOC provoquent différents troubles. Ces conditions sont définies comme des troubles mixtes acido-basiques.
Les principales conditions cliniques conduisant à un trouble mixte acido-basique sont résumées dans le tableau 1. Linsuffisance cardiaque, lœdème pulmonaire aigu, linsuffisance rénale et lapparition dune septicémie ou dune hypoxie sévère sont, par exemple, les plus causes courantes dacidose métabolique associée à lhypercapnie. Un abus de diurétiques avec déplétion volémique, hypokaliémie et utilisation de stéroïdes sont les facteurs les plus fréquemment associés à la présence simultanée dalcalose métabolique.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Lalcalose métabolique peut également être la conséquence de une élimination trop rapide du CO2 chez les patients sous ventilation mécanique. Chez ces sujets, le rein nest pas en mesure déliminer rapidement lexcès de bicarbonate après la normalisation de la tension de CO2, même si certains auteurs ont émis lhypothèse que les processus de transport cellulaire pourraient avoir une «mémoire» de conditions préexistantes, et une réabsorption accrue de bicarbonate pourrait persister pendant un certain temps .
Lacidose métabolique et lalcalose métabolique peuvent coexister avec lacidose respiratoire. Ce contexte clinique peut survenir, par exemple, chez les patients atteints de BPCO qui développent une insuffisance cardiaque et sont traités avec de fortes doses de diurétiques ou qui souffrent dinsuffisance rénale et vomissements ou hypoxie sévère et déplétion du volume extracellulaire.
Dans ces cas, même si le changement final du pH dépend de la prévalence de facteurs acidogènes ou alcalalogènes, de la production et / ou de lélimination des deux bases métaboliques et les acides inorganiques sont modifiés.
Les études systématiquement étudiées sur les troubles acido-basiques chez les patients atteints de BPCO sont rares, mais il existe des preuves quenviron un tiers de ces p Les patients ont de multiples troubles dans lesquels lacidose respiratoire associée à lalcalose métabolique est le trouble le plus fréquemment rencontré.
La présence dun trouble mixte acido-basique complique la physiopathologie clinique et pose des difficultés de diagnostic et de traitement.
Une limitation de la méthode Henderson-Hasselbach dans ce contexte clinique est la dépendance du bicarbonate sérique à la pCO2. Une variation du taux de bicarbonate peut être due à un trouble métabolique ou peut être la conséquence dune variation initiale de pCO2. Dans les troubles mixtes, le taux de bicarbonate peut entraîner un facteur de confusion car la valeur modifiée du bicarbonate, seule, suggère un déséquilibre acido-basique, mais elle ne distingue pas le composant métabolique du composant respiratoire.
Par conséquent, des méthodes alternatives ont été proposées pour mieux quantifier la composante métabolique dans les troubles mixtes.
Parmi celles-ci, lexcès de base standard (SBE), lécart anionique corrigé (cAG) et le Lapproche de Stewart est la plus fréquemment utilisée.
SBE peut être définie comme la quantité dacide fort ou de base forte qui doit être ajoutée à chaque litre de sang entièrement oxygéné pour restaurer le pH à 7,40 à une température de 37 ° C et pCO2 maintenu à 40 mmHg et la concentration dhémoglobine normalisée à 5 g / dL. Le cAG est la différence entre la somme des cations principaux et des anions principaux, corrigée de la concentration dalbumine et du phosphate sérique. Néanmoins, SBE et cAG ne résolvent pas entièrement le problème et sont critiqués.
SBE est une approche qui extrapole les résultats «in vitro» à la situation de vie réelle multicompartimentale plus complexe des fluides corporels car, in vivo , les charges acides ou basiques ne sont pas seulement titrées dans le compartiment sanguin, et la capacité tampon totale peut être différente de celle in vitro.
De plus, la SBE ne résout pas linterdépendance de la pCO2 et du bicarbonate car, dans les troubles respiratoires, les ajustements compensatoires rénaux entraînent des modifications de la SBE.
Le cAG doit révéler la présence danions non mesurés dans le sang, et il est utile de déterminer la cause de lacidose métabolique (hyperchlorémique plutôt que normochlorémique) une fois quelle a été diagnostiquée.
Lapproche de Stewart est basée sur les principes de conservation de la masse, de neutralité électrique et de constante de dissociation des électrolytes et a identifié trois variables indépendantes déterminant la concentration en ions hydrogène en solution : différence dions forte (SID), pCO2 et acide faible total (Atot). Bien que la méthode Stewart propose une approche différente, sa fiabilité par rapport à la méthode traditionnelle est toujours une question débattue. Certains auteurs considèrent que les performances diagnostiques de la méthode de Stewart sont meilleures que lapproche conventionnelle pour évaluer létat acido-basique, en particulier pour quantifier la composante métabolique, mais dautres ont conclu quelle naméliore pas la précision du diagnostic et ne fournit aucun outil pour mieux les gérer. troubles car lapproche traditionnelle, avec seulement des ajustements mineurs, peut fournir les mêmes informations pratiques.
Alors, quand et comment suspecter un trouble mixte selon la méthode traditionnelle?
Pour cela, une approche par étapes a été proposée par plusieurs auteurs, et quelques concepts simples pourraient aider à supposer la présence dun trouble mixte.
(1) Variation discordante des bicarbonates et pCO2. Les mécanismes compensatoires visent à maintenir le rapport bicarbonate / pCO2 constant, et une variation primitive de lun des termes est suivie dune variation consensuelle de lautre. Par conséquent, laugmentation des bicarbonates et la diminution du pCO2 ou la diminution des bicarbonates et laugmentation du pCO2 suggèrent un trouble mixte.
(2) La présence dune valeur de pH normale et une modification significative des niveaux de bicarbonates et de pCO2 suggèrent également un mélange Désordre. Les mécanismes adaptatifs ne ramènent pas le pH à une valeur normale. Le pH normal, dans ce cas, plaide pour la coexistence de deux problèmes opposés plutôt quun simple trouble parfaitement compensé.
(3) La réponse compensatoire est significativement différente de la réponse attendue. Les niveaux de bicarbonate observés ou de pCO2 significativement différents de ceux « attendus » prouvent lexistence dun trouble mixte. En fait, le montant de la variation compensatoire dépend de lextension du changement primitif, et il peut être raisonnablement fourni. Lorsquune réponse attendue ne se produit pas, il est un trouble additif responsable de la variation du bicarbonate ou du pCO2.
(4) Delta Ratio, cest-à-dire Δanion gap / ΔHCO3 > 2. Lorsquun acide métabolique (HA) est ajouté au fluide extracellulaire, il se dissocie en H + et en anion organique (−A). H + réagit avec une molécule de bicarbonate tandis que lanion organique non mesuré (−A) augmentera le trou anionique (charges positives moins négatives). Théoriquement, le la variation du trou anionique doit être égale à la diminution du bicarbonate de sorte que le rapport entre ces deux changements soit égal à un. Néanmoins, une quantité importante dacide organique est tamponnée par des protéines intracellulaires, et non par -HCO3, alors que la plupart de lexcès les anions restent dans lextracellule fluides ular car ils ne traversent pas librement la membrane cellulaire. Par conséquent, dans une acidose métabolique pure, le changement de concentration en bicarbonate est moindre que le trou anionique et le rapport delta est compris entre 1 et 2. Une valeur du rapport delta au-dessus de 2 indique une baisse moindre du bicarbonate que prévu sur la base du changement du trou anionique . Cette découverte suggère une alcalose métabolique concomitante ou des niveaux préexistants élevés de HCO3 dus à une acidose respiratoire chronique.
Dans tous les cas, linterprétation de lanalyse des gaz du sang artériel ne peut ignorer les résultats de lhistoire clinique et de lexamen physique qui peuvent soutenir un diagnostic correct.
Les cliniciens doivent également tenir compte des conditions préexistantes, des médicaments habituellement pris, des symptômes présentés au cours des derniers jours et heures ainsi que de létat dhydratation des patients, de la présence dinsuffisance cardiaque et rénale, de diabète, dhypokaliémie ou de signes de septicémie.
Le traitement des troubles mixtes est souvent difficile. La tentative de corriger le pH à tout prix avec l’utilisation de médicaments alcalins ou acidifiants pourrait être nocive, et l’attention du clinicien devrait être accordée pour identifier les changements physiopathologiques sous-jacents.
6. Conclusions
Lacidose respiratoire due à lhypercapnie est une complication fréquente et sévère observée chez les patients atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive en phase avancée. Le développement de lacidose aggrave le pronostic et est associé à un taux de mortalité plus élevé. Les mécanismes de compensation consistent en une réabsorption rénale accrue du bicarbonate et une augmentation de lexcrétion de H +. Ces ajustements de la fonction rénale sont plus efficaces sous forme chronique et expliquent pourquoi cette dernière est moins sévère et mieux tolérée que aiguë. Des troubles mixtes acido-basiques sont également fréquemment observés chez les patients BPCO. Les antécédents cliniques, lexamen physique et une évaluation minutieuse de lanalyse des gaz du sang artériel peuvent aider à un diagnostic approprié et à une thérapie ciblée.