Equilibres acido-basiques

L’activité métabolique cellulaire entraine comme conséquence la présence de CO2 dans le sang. De cette activité résulte par ailleurs une production de H+ et d’acides non négligeable, largement suffisante pour faire descendre le pH sanguin à des valeurs rapidement incompatibles avec la survie cellulaire si le sang n’était pas tamponné. Les limites généralement admises allant de 7 à 7,8.

Pour réguler cette activité métabolique, les systèmes tampon présents dans les milieux extracellulaires, intracellulaires et dans le tissu osseux permettent d’atténuer les variations du pH. Ces systèmes tampons sont régis par l’équation d’Henderson-Hasselbach. Pour simplifier le maintien de l’équilibre acido-basique est assuré par trois mécanismes:

  • Les systèmes tampons (régulation à court terme)
  • La ventilation pulmonaire
  • L’excrétion rénale des H+

La régulation acido-basique va donc consister à ajuster la concentration plasmatique en H+ de façon à maintenir le pH du sang artériel à une valeur proche de 7,4. Les molécules qui libèrent des H+ (protons) en solution sont des acides. Inversement, tout substance qui peut accepter un H+ est une base.

Une substance tampon, ou système tampon, est une substance chimique qui réduit les variations du pH en acceptant ou en libérant des ions H+ (quand le pH baisse la concentration en H+ augmente et inversement). Il existe 3 principaux systèmes tampons:

  • système tampon acide carbonique/bicarbonate H2CO3 / HCO3-: Système tampon majeur dans les LEC que dans le LIC. Est un système tampon ouvert, c’est-à-dire qu’il possède une sortie vers l’extérieur de l’un de ses composants: élimination du Co2 par voie respiratoire et élimination des H+ et HCO3- par voie rénale.
  • Système tampon phosphates: les phosphates sont les anions majoritaires du LIC. Ils sont en revanche minoritaires da,s les LEC dont le plasma. Ce système tampon jour un rôle majeur dans la régulation du pH cytosolique (cytosol => raction fluide de la matrice cytoplasmique) mais aussi l’urine.
  • Système tampon des protéines: les protéines contenues dans le plasma et les cellules constituent le système tampon le plus abondant et assurent les trois quarts du tamponnage des liquides corporels. L’hémoglobine est un tampon efficace dans les hématies, tandis que l’albumine est la principale protéine tampon du plasma. Les protéines sont constituées d’acides aminés dont les chaînes latérales (R) peuvent se comporter comme des acides ou des bases. Par conséquent une protéine peut jouer le rôle d’un acide ou d’une base suivant le pH du milieu dans lequel elle se trouve.

Les systèmes tampons ont cependant des limites: ils ne sont efficaces que dans une petite fourchette de pH. De plus il n’y a pas de changement global du bilan des H+. Un système tampon ne résout donc pas le problème à long terme. Le contrôle à long terme se fait donc par le biais de deux organes: les poumons et les reins qui ont une action sur l’efficacité du tampon ouvert H2CO3-/HCO3-.

La ventilation pulmonaire joue un rôle important dans la régulation du pH plasmatique.

  • Lors d’une HYPERCAPNIE, le CO2 s’accumule dans le sang mais aussi dans le LCR. La concentration en H+ augmente, ce qui stimule les chémorécepteurs centraux bulbaires. S’en suit une augmentation de la ventilation qui favorise l’élimination du CO2.
  • Lors d’une HYPOCAPNIE, l’augmentation du pH sanguin baisse l’activité du centre respiratoire. La ventilation diminue, les respirations deviennent superficielles et le CO2 s’accumule dans le sang. La concentration en H+ augmente, le pH diminue pour revenir à sa valeur normale.
Les deux mécanismes rénaux importants dans la régulation de l’équilibre acido-basique sont la réabsorption des ions HCO3- et l’excrétion des ions H+.

  • En cas d’acidose: les H+ formés dans la cellule tubulaire sont excrétés dans l’urine, les HCO3- réabsorbés vers le sang. Le pH de l’urine diminue.
  • En cas d’alcalose: les HCO3- formés dans la cellule tubulaire sont excrétés dans l’urine, les H+ réabsorbés vers le sang. Le pH de l’urine augmente.
Il faut distinguer les acidoses et alcaloses gazeuses des acidoses et alcaloses métaboliques. Les premières sont en rapport avec les variations primitives de PCO2 (ou capnie qui correspond à la quantité résiduelle de dioxyde de carbone dans le sang artériel après élimination de l’excès de dioxyde de carbone au niveau pulmonaire et doit être < 40mmHg) que peuvent induire les modifications de l’activité respiratoire. Les secondes sont, elles, en rapport avec des variations de concentrations en ions H+ et/ou HCO3-.