Rôle du bicarbonate et du potassium dans la régulation du pH

[Nutrimuscle-Conseils]

Intracellular pH regulation and the acid delusion
Sheldon Magder Canadian Journal of Physiology and Pharmacology Volume 99, Number 6 June 2021


The hydrogen ion concentration ([H+]) in intracellular cytoplasmic fluid (ICF) must be maintained in a narrow range in all species for normal protein functions. Thus, mechanisms regulating ICF are of fundamental biological importance. Studies on the regulation of ICF [H+] have been hampered by use of pH notation, failure to consider the roles played by differences in the concentration of strong ions (strong ion difference, SID), the conservation of mass, the principle of electrical neutrality, and that [H+] and bicarbonate ions [HCO3−] are dependent variables. This argument is based on the late Peter Stewart’s physical–chemical analysis of [H+] regulation reported in this journal nearly forty years ago (Stewart. 1983. Can. J. Physiol. Pharmacol. 61: 1444–1461. Doi:10.1139/y83-207). We start by outlining the principles of Stewart’s analysis and then provide a general understanding of its significance for regulation of ICF [H+]. The system may initially appear complex, but it becomes evident that changes in SID dominate regulation of [H+]. The primary strong ions are Na+, K+, and Cl−, and a few organic strong anions. The second independent variable, partial pressure of carbon dioxide (PCO2), can easily be assessed. The third independent variable, the activity of intracellular weak acids ([Atot]), is much more complex but largely plays a modifying role. Attention to these principles will potentially provide new insights into ICF pH regulation.

Résumé
La concentration des ions H+ ([H+]) dans le liquide intracellulaire (LIC) doit se maintenir à l’intérieur d’une fourchette étroite chez toutes les espèces pour que les protéines fonctionnement normalement. Par conséquent, les modes d’action régulant le LIC sont d’une importance biologique fondamentale. Les études portant sur la régulation de la [H+] du LIC ont été entravées avec l’utilisation de la notation par le pH, l’échec de prendre en compte les rôles joués par les différences de concentration des ions forts (IF), la loi de conservation de masse, le principe d’électroneutralité et le fait que la [H+] et la [HCO3−] constituent des variables dépendantes. Cet argument est fondé sur l’analyse physico-chimique portant sur la régulation de la [H+] rapportée dans le journal de feu Peter Stewart il y a près de quarante ans.

Nous commençons par esquisser les principes de l’analyse de Stewart pour ensuite tenter d’aider la compréhension générale sur sa signification quant à la régulation de la [H+] dans le LIC. Le système peut de prime abord sembler complexe, mais il devient évident que les variations dans les IF dominent la régulation de la [H+]. Les principaux IF sont les ions Na+, K+ et Cl−, avec quelques anions organiques forts. On peut facilement évaluer la PCO2, deuxième variable indépendante. La troisième variable indépendante que constitue l’activité d’acides faibles intracellulaires ([Atot]) est beaucoup plus complexe, mais joue largement un rôle de modification. Une attention particulière à ces principes pourrait éventuellement fournir de nouvelles idées quant à la régulation du pH dans le LIC. [Traduit par la Rédaction]

[Nutrimuscle-Conseils]

Lessons learned about ICF [H+] adjustments during short heavy exercise

A short burst (30 seconds) of heavy exercise provides a well-studied example of integrated ICF [H+] regulation under a physiological stress. At the end of this burst of exercise, intracellular [H+] increased from 86 nEq/L at rest to 420 nEq/L (Lindinger 1995). Of this increase in [H+], 62% was explained by a narrowing of the SID, which occurred because of leakage of K+ from the cell (32% of total increase in [H+]), and by a marked production of the strong anion lactate (47% of total change in [H+]). The change was modified by a reduction of phosphocreatine, which reduced the SID (16% of the total change in [H+]). The ICF PCO2 increased from 45 mm Hg at rest to 100 mm Hg but this only increased [H+] by 40 nEq/L, and the calculated [HCO3−] decreased from 12.2 mEq/L to 5.6 mEq/L. The [A−] increased from 140 to 170 mEq/L due to increased creatinine and phosphate which was offset by decreased ATP and the net effect was an increase of 93 nEq/L of H+ which was 19% of the total change in [H+]. The change in protein composition increased the effective KA of [Atot] from 1.64 to 1.98 × 10−7 Eq/L, which contributed 7% of the change in [H+]. The calculated ratio of [OH−] to [H+], even with the marked rise in [H+], was still positive, indicating that the muscle cytoplasm was still an alkaline solution.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Leçons apprises sur les ajustements ICF [H+] lors d'exercices courts et intenses

Une courte rafale (30 secondes) d'exercice intense fournit un exemple bien étudié de régulation intégrée de l'ICF [H+] sous un stress physiologique. À la fin de cette poussée d'exercice, le [H+] intracellulaire est passé de 86 nEq/L au repos à 420 nEq/L (Lindinger 1995). De cette augmentation de [H+], 62 % s'expliquaient par un rétrécissement du SID, qui s'est produit en raison de la fuite de K+ de la cellule (32 % de l'augmentation totale de [H+]), et par une production marquée de l'anion fort lactate (47 % de la variation totale de [H+]). Le changement a été modifié par une réduction de la phosphocréatine, qui a réduit le SID (16 % du changement total de [H+]). L'ICF PCO2 a augmenté de 45 mm Hg au repos à 100 mm Hg mais cela n'a augmenté [H+] que de 40 nEq/L, et le [HCO3−] calculé a diminué de 12,2 mEq/L à 5,6 mEq/L. Le [A−] a augmenté de 140 à 170 mEq/L en raison de l'augmentation de la créatinine et du phosphate qui a été compensée par une diminution de l'ATP et l'effet net était une augmentation de 93 nEq/L de H+ qui était de 19% du changement total de [H+ ]. Le changement de composition protéique a augmenté le KA efficace de [Atot] de 1,64 à 1,98 × 10-7 Eq/L, ce qui a contribué à 7 % du changement de [H+]. Le rapport calculé de [OH−] à [H+], même avec l'augmentation marquée de [H+], était toujours positif, indiquant que le cytoplasme musculaire était toujours une solution alcaline.