Le corps humain doit maintenir son pH (acidité ou basicité) dans des limites très précises pour fonctionner correctement. Pour cela, il utilise des systèmes spéciaux appelés « tampons ». Ces tampons sont comme des éponges chimiques qui absorbent ou libèrent des substances acides ou basiques pour éviter de grands changements de pH dans le sang et les cellules.
pH
Mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution. Un pH de 7 est neutre, en dessous de 7 c'est acide, au-dessus de 7 c'est basique. Le pH sanguin normal est d'environ 7,4.
Système tampon
Une solution chimique capable de limiter les variations de pH quand on y ajoute un acide ou une base. Il est composé d'un acide faible et de sa base conjuguée.
Homéostasie du pH
La capacité de l'organisme à maintenir le pH de ses liquides biologiques (comme le sang) constant, malgré la production continue d'acides et de bases par le corps.
Acidose
État où le pH du sang est trop bas (inférieur à 7,38), ce qui signifie que le sang est trop acide.
Alcalose
État où le pH du sang est trop élevé (supérieur à 7,42), ce qui signifie que le sang est trop basique.
Définition et pouvoir tampon Un système tampon ne supprime pas complètement les changements de pH, mais il les rend beaucoup plus petits. Par exemple, sans tampon, l'ajout d'un acide pourrait faire passer le pH de 7,4 à 6,8. Avec un tampon, le même ajout ne ferait passer le pH que de 7,4 à 7,35. Le pouvoir tampon (β) mesure l'efficacité d'un tampon : plus β est grand, plus le tampon est efficace et moins le pH varie.
Formule du pouvoir tampon
Ici, 'dn' représente le nombre de moles d'acide ou de base forte ajoutées par litre de solution, et 'd(pH)' la variation de pH qui en résulte.
Tampons intracellulaires À l'intérieur de nos cellules, plusieurs systèmes agissent comme des tampons pour maintenir un pH stable :
- Les protéines : Ce sont les tampons les plus importants à l'intérieur des cellules. Elles ont des charges négatives et peuvent fixer les ions hydrogène (H⁺) en cas d'acidose. L'hémoglobine dans les globules rouges est un exemple clé, elle capte les H⁺ et libère des ions bicarbonate vers le plasma.
- Les phosphates (sous forme H₂PO₄⁻ et HPO₄²⁻) : Ces ions sont importants pour tamponner le pH dans l'urine et à l'intérieur des cellules. Ils peuvent fixer ou libérer des ions H⁺ selon les besoins.
Tampons extracellulaires Dans le sang et les liquides autour des cellules, les principaux tampons sont :
- Le système bicarbonate/acide carbonique (HCO₃⁻/H₂CO₃) : C'est le tampon le plus important du sang. Il permet de maintenir le pH sanguin autour de 7,4. Le bicarbonate (HCO₃⁻) est la base principale, et l'acide carbonique (H₂CO₃) est l'acide faible.
- Les protéines plasmatiques : Elles ont aussi un rôle tampon dans le plasma, mais moins important que le système bicarbonate/acide carbonique.
Équation de Henderson-Hasselbalch Cette équation est essentielle pour calculer le pH du sang, surtout en ce qui concerne le système bicarbonate/acide carbonique. Elle relie le pH à la concentration de l'acide faible et de sa base conjuguée.
Forme classique :
Équation de Henderson-Hasselbalch (forme classique)
Où :
- [HCO₃⁻] est la concentration de bicarbonate (la base).
- [H₂CO₃] est la concentration d'acide carbonique (l'acide).
- pKa est une constante (environ 6,1 pour le sang à 37°C).
Forme pratique :
Équation de Henderson-Hasselbalch (forme pratique)
Où :
- [HCO₃⁻] est la concentration de bicarbonate en mEq/L.
- P(CO₂) est la pression partielle de CO₂ en mmHg.
- 0,03 est un coefficient de solubilité.
- pKa est toujours environ 6,1.
Exemple de calcul du pH sanguin :
Si [HCO₃⁻] = 24 mEq/L et [H₂CO₃] = 1,2 mEq/L, avec un pKa = 6,1 :
pH = 6,1 + log(24 / 1,2)
pH = 6,1 + log(20)
pH = 6,1 + 1,3
pH = 7,4
Ce pH de 7,4 est la valeur normale du pH sanguin.
Si [HCO₃⁻] = 24 mEq/L et [H₂CO₃] = 1,2 mEq/L, avec un pKa = 6,1 :
pH = 6,1 + log(24 / 1,2)
pH = 6,1 + log(20)
pH = 6,1 + 1,3
pH = 7,4
Ce pH de 7,4 est la valeur normale du pH sanguin.
Résumé des points clés A retenir :
- Le pH sanguin doit être maintenu entre 7,38 et 7,42 pour la survie.
- Les systèmes tampons sont la première ligne de défense contre les variations de pH.
- Le pouvoir tampon mesure la capacité d'une solution à résister aux changements de pH.
- Les tampons intracellulaires importants sont les protéines (comme l'hémoglobine) et les phosphates.
- Le tampon extracellulaire le plus crucial est le système bicarbonate/acide carbonique.
- L'équation de Henderson-Hasselbalch permet de calculer le pH sanguin à partir des concentrations de bicarbonate et d'acide carbonique (ou de la PCO₂).
- Le corps régule le pH par les tampons, la respiration (élimination du CO₂), et les reins (excrétion de H⁺ et réabsorption de HCO₃⁻).