Chapitre 4 — Équilibres et troubles acido-basiques · Topic 2 : Systèmes tampons · Leçon 2.3
Après avoir défini les systèmes tampons et leurs formules, cette leçon quantifie leur efficacité à travers le pouvoir tampon, expose les deux méthodes de titration et donne les valeurs à retenir pour le plasma et le sang. Elle conclut sur le bilan des ions H⁺ et le double contrôle poumons/reins. Cours Sorbonne UE3b 2025-2026.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Distinguer capacité tampon (mEq/u.pH) et pouvoir tampon (mEq/L/u.pH) ;
- Calculer le PT à partir de la formule PT = −Δ[H⁺]ajoutés / ΔpH ;
- Différencier la titration par acides fixes (PT total) et par CO₂ (PT fermés seuls) ;
- Citer les valeurs du PT pour le plasma, le sang in vitro et in vivo, et les tampons ouverts ;
- Dresser le bilan des ions H⁺ entre poumons, reins et métabolisme ;
- Expliquer le double contrôle du pH plasmatique par HCO₃⁻ (reins) et PCO₂ (poumons).
🧭 Plan de la leçon
- Capacité tampon vs pouvoir tampon — définitions et formule
- Titration par apport d’acide fixe — mesure du PT total
- Titration par apport de CO₂ — mesure du PT des tampons fermés
- Valeurs du pouvoir tampon à connaître
- Bilan des ions H⁺ : poumons, reins, métabolisme
- Double contrôle du pH plasmatique
1. Capacité tampon vs pouvoir tampon — définitions et formule
Le cours Sorbonne UE3b distingue deux grandeurs :
- Capacité tampon (unité : mEq/u.pH) : nombre de mEq de H⁺ à ajouter (ou soustraire) à un volume donné de solution pour modifier le pH de 1 unité. Elle dépend du volume considéré.
- Pouvoir tampon (PT) (unité : mEq/L/u.pH) : nombre de mEq de H⁺ à ajouter (ou soustraire) à 1 litre de solution pour modifier le pH de 1 unité. Il ne dépend pas du volume et est toujours exprimé en valeur absolue (toujours positif).
La formule de calcul du pouvoir tampon est :
PT = −Δ[H⁺]ajoutés / ΔpH
Le signe moins est nécessaire car ajouter des H⁺ (Δ[H⁺] > 0) fait baisser le pH (ΔpH < 0), et on veut un PT positif.
2. Titration par apport d’acide fixe — mesure du PT total
Lorsqu’on titre le sang ou le plasma par des acides fixes (ex. HCl), on modifie à la fois le tampon ouvert et les tampons fermés. La relation bilan est :
Δ[ac. fixes] = −(Δ[HCO₃⁻] + Δ[A⁻TF])
Sur le diagramme de Davenport (représentation [HCO₃⁻] en fonction du pH), cette titration produit une droite dont la pente correspond au PT total (pente de la droite de titration par les acides fixes, opposée de la pente du diagramme) :
PTtotal = −Δ[HCO₃⁻] / ΔpH − Δ[A⁻TF] / ΔpH
Ce PT total inclut la contribution des tampons ouverts et des tampons fermés.
3. Titration par apport de CO₂ — mesure du PT des tampons fermés
Lors d’une titration par CO₂ (acide volatil), on ne modifie que la PCO₂ (et donc [CO₂d]) sans apporter d’acide fixe. Il n’y a donc aucun apport d’acide exogène : Δ[ac. fixes] = 0.
La relation bilan devient alors :
Δ[HCO₃⁻] = −Δ[A⁻TF]
Autrement dit, la bicarbonate bicarbonate produite par la dissolution du CO₂ est exactement compensée par la consommation de la base des tampons fermés, et vice versa. La pente de la droite d’équilibration (DNE) tracée dans le diagramme de Davenport donne directement le PT des tampons fermés :
PTfermés = −Δ[HCO₃⁻] / ΔpH
La droite de Davenport en équilibration non bicarbonate (DNE) est donc la « signature » des tampons fermés.
4. Valeurs du pouvoir tampon à connaître
| Milieu | Pouvoir tampon (mEq/L/u.pH) | Raison principale |
|---|---|---|
| Plasma in vitro | 5 | Faible PT des protéines plasmatiques (peu d’Hb) |
| Sang in vitro | 30 | Fort PT de l’hémoglobine intraglobulaire |
| Sang in vivo (organisme entier) | 22 | Dilution : le volume de l’organisme > volume de sang pur |
| Tampons ouverts seuls | 45 | Masse variable : la ventilation pulmonaire démultiplie l’efficacité |
À concentration égale, le tampon ouvert est plus efficace que les tampons fermés (PT 45 vs 30 mEq/L/u.pH) car le CO₂ peut être éliminé par les poumons.
5. Bilan des ions H⁺ : poumons, reins, métabolisme
L’équilibre acido-basique repose sur la balance entre production et élimination des ions H⁺. Le cours distingue trois voies :
- Poumons : éliminent les H⁺ produits par la dissociation du CO₂ (acide volatil). Ils régulent la PCO₂ en quelques minutes. Quantité éliminée = quantité produite par dissociation du CO₂ (variable selon la production de CO₂ métabolique, environ 15 000 mmol/j de H⁺ sous forme de CO₂).
- Reins : éliminent les H⁺ des acides fixes minéraux non métabolisables (~35 mmol/j) et des acides fixes organiques non métabolisés (~35 mmol/j), soit ~70 mmol/j au total. Ils agissent en 24 à 48 heures.
- Métabolisme cellulaire : élimine les H⁺ des acides fixes organiques métabolisables (~1 965 mmol/j) par leur oxydation complète en CO₂ et H₂O.
L’équilibre acido-basique est garanti à condition que chaque système assume sa part correctement.
6. Double contrôle du pH plasmatique
Le pH plasmatique est entièrement déterminé par la formule :
pH = 6,1 + log([HCO₃⁻] / (a × PCO₂))
Cette équation fait apparaître deux paramètres indépendants contrôlés par deux organes différents :
- [HCO₃⁻] est réglé par les reins (élimination des acides fixes, réabsorption de bicarbonate). Leur réponse est lente : 24 à 48 heures.
- PCO₂ est réglé par les poumons (ventilation alvéolaire). Leur réponse est rapide : quelques minutes.
Un trouble acido-basique atteint l’un de ces deux paramètres en priorité (respiratoire si PCO₂ anormale, métabolique si [HCO₃⁻] anormale), et l’autre tente de compenser pour ramener le pH vers 7,4. Cette logique est fondamentale pour interpréter les gaz du sang.
7. Synthèse : PT des deux méthodes et situation de débordement
Les deux méthodes de titration mesurent des contributions différentes :
| Méthode | Ce qui varie | Ce qui est mesuré | Formule |
|---|---|---|---|
| Acides fixes (HCl) | [HCO₃⁻] et [A⁻TF] | PT total | −(Δ[HCO₃⁻] + Δ[A⁻TF])/ΔpH |
| CO₂ volatil | [HCO₃⁻] = −Δ[A⁻TF] | PT fermés seuls | −Δ[HCO₃⁻]/ΔpH = pente DNE |
La contribution du tampon ouvert au PT total peut en être déduite :
PTouvert = PTtotal − PTfermés
En situation de débordement des tampons (acidose sévère), les tampons fermés sont saturés (toute la forme A⁻TF est consommée) et le tampon ouvert peut encore tamponner via la ventilation pulmonaire si la fonction respiratoire est intacte. Cela explique pourquoi une insuffisance respiratoire associée à une acidose métabolique constitue une urgence absolue.
🧠 À retenir absolument
- Capacité tampon (mEq/u.pH) dépend du volume ; pouvoir tampon PT (mEq/L/u.pH) ne dépend pas du volume.
- Formule PT : PT = −Δ[H⁺]ajoutés / ΔpH (toujours positif).
- Titration acides fixes → PT total (ouverts + fermés).
- Titration CO₂ → pente DNE = PT des tampons fermés seuls (Δ[HCO₃⁻] = −Δ[A⁻TF]).
- Valeurs : plasma in vitro 5 ; sang in vitro 30 ; sang in vivo 22 ; tampons ouverts 45 mEq/L/u.pH.
- Poumons : élimination des H⁺ volatils (minutes) ; reins : ~70 mmol/j d’acides fixes (24-48 h).
- pH = 6,1 + log([HCO₃⁻]/(a×PCO₂)) → [HCO₃⁻] contrôlé par reins ; PCO₂ contrôlé par poumons.
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre capacité tampon et pouvoir tampon ?
La capacité tampon (mEq/u.pH) dépend du volume de solution considéré : un grand volume de tampon a plus de capacité qu’un petit volume. Le pouvoir tampon (mEq/L/u.pH) est une grandeur intensive, normalisée à 1 litre, qui ne dépend que des concentrations et de la nature du tampon. En pratique clinique, on utilise le pouvoir tampon pour comparer des milieux différents (plasma vs sang) indépendamment des volumes.
Pourquoi le sang in vivo a-t-il un pouvoir tampon (22) inférieur au sang in vitro (30) ?
Le PT du sang in vitro (30 mEq/L/u.pH) est mesuré sur du sang pur, riche en hémoglobine. En situation in vivo, la capacité tampon du sang est « diluée » par les tampons de l’ensemble de l’organisme (liquide interstitiel, tampons intracellulaires, os) : la valeur moyenne ramenée à 1 litre d’organisme est de 22 mEq/L/u.pH. C’est cette valeur qui est pertinente pour évaluer la réponse tampon globale à un trouble acido-basique.
Pourquoi les poumons répondent-ils plus vite que les reins pour corriger un trouble acido-basique ?
Les poumons ajustent la ventilation alvéolaire en quelques minutes (réflexe des chémorécepteurs centraux et périphériques sensibles à PCO₂ et pH) : c’est une réponse neuromusculaire directe. Les reins doivent modifier l’excrétion acide et la réabsorption de HCO₃⁻, des processus cellulaires (sécrétion de H⁺, synthèse d’ammoniac, réabsorption active) qui nécessitent 24 à 48 heures pour atteindre leur plein effet.
Comment interpréter la pente de la droite d’équilibration DNE dans le diagramme de Davenport ?
La DNE (droite de non-équilibration des acides fixes, ou droite d’équilibration CO₂) relie les points de pH et de [HCO₃⁻] obtenus en faisant varier uniquement la PCO₂ du sang, sans modifier les acides fixes. Sa pente est PTfermés = −Δ[HCO₃⁻]/ΔpH car toute modification de [HCO₃⁻] reflète exactement la neutralisation par les tampons fermés (Δ[HCO₃⁻] = −Δ[A⁻TF]). Plus la pente est raide, plus les tampons fermés sont efficaces.
Quel est l’ordre de grandeur de la production quotidienne d’ions H⁺ par le métabolisme ?
Le métabolisme produit environ 2 035 mmol/j de H⁺ au total : ~1 965 mmol/j sous forme d’acides organiques métabolisables (éliminés par oxydation cellulaire en CO₂ + H₂O), ~35 mmol/j d’acides fixes minéraux (éliminés par les reins) et ~35 mmol/j d’acides fixes organiques non métabolisables (aussi éliminés par les reins). Le CO₂ représente de loin la contribution principale, d’où la primauté des poumons dans la régulation acido-basique rapide.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.