Fiche de Révision : Équilibre Acide-Base

Introduction

L’équilibre acide-base est fondamental à la physiologie humaine, assurant le maintien d’un pH stable dans le sang et les tissus malgré les apports continus en acides issus du métabolisme. Ce contrôle est essentiel à la structure et fonction des protéines, et à la survie cellulaire.

1. Lien entre pH et protéines

Le pH influence la dissociation des groupes fonctionnels des protéines, modifiant leur charge électrostatique et leur activité fonctionnelle.

Formule de Henderson-Hasselbalch appliquée aux protéines :
[ pH = pK_a + \log \frac{|A^-|}{AH} ]
Les protéines jouent le rôle de couples acide/base (ex. AH/A⁻).
Effets :
- Petites variations de pH : modifient l’activité enzymatique, impactent la fonction protéique et peuvent entraîner une perte de fonction.
- Grandes variations : provoquent la dénaturation irréversible (exemple classique : cuisson au jus de citron).
Exemple hémoglobine et effet Bohr :
- En milieu basique, l'hémoglobine a une plus grande affinité pour O₂.
- En milieu acide, cette affinité diminue, favorisant la libération d’oxygène aux tissus.

2. Le pH dans le corps humain : valeurs physiologiques et régulation

Compartiment	pH moyen	[H⁺]
Sang artériel	7,38 – 7,42	40 nmol/L (10⁻⁷,⁴ mol/L)
Liquide céphalo-rachidien	7,30 – 7,35
Intracellulaire	~7,0	100 nmol/L (10⁻⁷ mol/L)
Muscles	6,1
Liquide gastrique	0,7 – 3,8 (<1,8 souvent)

Limites compatibles avec la vie : pH 6,9 à 7,8, petites variations pouvant être létales.
Le pH est strictement régulé malgré un apport acide quotidien important (plusieurs moles).

3. Sources de la charge acide quotidienne

Production endogène :
- Acide volatil : CO₂ (12 mol/jour) produit par métabolisme aérobie (cycle de Krebs).
- Acides fixes (60-80 mmol/24h) : issus du métabolisme des protéines, acides gras, acides nucléiques (ex. H₂SO₄, H₃PO₄, acide urique, acides lactique et cétoniques).
Apports alimentaires :
- Acides : vinaigre, viande.
- Alcalins : sodas, citron, vins, lait, légumes, eaux gazeuses riches en bicarbonates.
La charge acide dépend donc du régime alimentaire (plus élevée avec régime carnivore).

4. Systèmes tampons du pH

4.1 Tampons fermés

Protéines (ex. hémoglobine) avec groupes acides (COO⁻) et basiques (NH₃⁺).
Tampons phosphate avec 4 espèces et 3 pKa :
[ H_3PO_4 (pK_1=2),\quad H_2PO_4^- (pK_2=6,8),\quad HPO_4^{2-} (pK_3=11,5) ]

4.2 Tampon ouvert (\mathrm{CO}_2 / \mathrm{HCO}_3^-)

L’équilibre :
[ CO_2 + H_2O \leftrightarrows H_2CO_3 \leftrightarrows HCO_3^- + H^+ ]
Equation de Henderson-Hasselbalch :
[ pH=6,1 + \log \left(\frac{[HCO_3^-]}{a \times P_{CO_2}}\right) ] Avec ( a = 0,03) ) (mmol/L/mmHg) coefficient de solubilité du CO₂.
Bicarbonates sont présents en grande quantité (~24 mM).
Système ouvert relié à l’extérieur via la ventilation pulmonaire (élimination du CO₂) et fonction rénale (contrôle lent des bicarbonates).

5. Mécanismes de régulation : ventilation et rein

Ventilation pulmonaire

Surproduction de CO₂ ou acidose → stimulation de la respiration → élimination accrue.
Baisse du CO₂ ou alcalose → réduction de la ventilation.
Adapter la ventilation ajuste la pression partielle de CO₂ (PaCO₂).

Rôle du rein (néphron)

Filtration de ~180 L/jour, réabsorption quasi-totale du bicarbonate.
Sécrétion d’H⁺ et régénération/excrétion du bicarbonate pour corriger les déséquilibres.

6. Troubles acido-basiques : diagnostic et mécanismes

Trouble	pH	[HCO3⁻]	PaCO₂	Cause principale
Normal	7,38 – 7,42	24 – 26 mM	38 – 42 mmHg
Acidose métabolique	< 7,35	< 23 mM	Normal ou < 35 mmHg	Perte de bases / excès d’acides fixes
Acidose respiratoire	< 7,35	> 26 mM	> 45 mmHg	Hypoventilation : accumulation de CO₂
Acidose mixte	< 7,35	Variable < 23 mM	> 45 mmHg	Combinaison acidose métabolique + respiratoire
Alcalose métabolique	> 7,45	> 26 mM	Normal ou > 45 mmHg	Perte d’acides (ex. vomissements)
Alcalose respiratoire	> 7,45	< 23 mM	< 35 mmHg	Hyperventilation, CO₂ bas

7. Mécanismes compensatoires

Acidose métabolique :
[ HCO_3^- + H^+ \to H_2CO_3 \to CO_2 + H_2O ]
→ baisse [H⁺], augmente CO₂ → hyperventilation compensatrice, puis rein retient HCO₃⁻.
Alcalose respiratoire :
[ HCO_3^- + H^+ \leftarrow H_2CO_3 \leftarrow CO_2 + H_2O ]
→ augmentation [H⁺], baisse CO₂ → hypoventilation + excrétion de HCO₃⁻ par rein.

8. Diagrammes importants

Diagramme simplifié des interactions acide-base

[Diagramme]

Diagramme de diagnostic des troubles acido-basiques