Chapitre 4 — Équilibres et troubles acido-basiques · Topic 1 : Généralités et régulation du pH · Leçon 1.2
Le pH du sang artériel doit être maintenu dans une fourchette extrêmement étroite — au-delà, les enzymes se dénaturent et les pompes ioniques s’arrêtent. Cette leçon établit les valeurs normales à connaître par cœur, précise les définitions d’acidémie et d’alcalémie, et détaille les deux grandes sources d’ions H⁺ que l’organisme doit gérer chaque jour.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Citer le pH normal du sang artériel et la plage compatible avec la vie ;
- Définir acidémie et alcalémie avec leurs seuils précis ;
- Distinguer acidémie (mesure du pH) et acidose (processus acidifiant) ;
- Distinguer acide volatil (CO₂) et acides fixes (minéraux, organiques) avec leurs quantités journalières ;
- Écrire la relation [CO₂d] = a × PCO₂ et citer les valeurs de a et de pKa du couple CO₂d/HCO₃⁻.
🧭 Plan de la leçon
- pH sanguin normal — valeurs et plage vitale
- Acidémie, alcalémie et distinction avec acidose/alcalose
- Acide volatil : le CO₂
- Acides fixes : minéraux et organiques
1. pH sanguin normal — valeurs et plage vitale
Le pH normal du sang artériel est :
pH = 7,40 ± 0,02
Cette valeur correspond à une concentration en ions H⁺ libres de 41 ± 2 nmol/L — une quantité infime mais biologiquement critique.
- Le pH du sang veineux est légèrement inférieur (plus acide) du fait du CO₂ libéré par les tissus.
- La plage de pH compatible avec la vie est étroite : 6,8 à 7,8 (soit [H⁺] de 16 à 160 nmol/L).
- Le pH intracellulaire doit rester stable pour que les enzymes fonctionnent à leur pH optimal.
À 37°C, la neutralité de l’eau est à pH 6,8 (voir leçon 1.1). Le pH plasmatique normal (7,40) est donc légèrement basique par rapport à la neutralité. Cette valeur n’est pas arbitraire : elle correspond à l’optimum de fonctionnement de la plupart des enzymes plasmatiques et des pompes ioniques membranaires. Elle reflète l’adaptation évolutive de l’organisme à son milieu intérieur.
2. Acidémie, alcalémie et distinction avec acidose/alcalose
Ces termes désignent l’état réel du pH plasmatique, tel qu’il est mesuré :
- Acidémie : pH plasmatique < 7,38 (excès de H⁺ mesurable dans le sang).
- Alcalémie : pH plasmatique > 7,42 (déficit de H⁺ mesurable dans le sang).
L’acidose désigne un processus pathologique qui tend à abaisser le pH, quelle que soit la valeur réelle du pH plasmatique. L’acidémie désigne la conséquence mesurable (pH < 7,38). Un patient peut être en acidose sans acidémie : si la compensation est totale (les reins ou les poumons compensent parfaitement), le pH peut rester à 7,40 malgré un processus acidifiant sous-jacent. Cette distinction est cliniquement fondamentale pour interpréter un gaz du sang.
| Terme | Définition | pH mesurable |
|---|---|---|
| Acidémie | pH plasmatique < 7,38 | Oui — < 7,38 |
| Alcalémie | pH plasmatique > 7,42 | Oui — > 7,42 |
| Acidose | Processus tendant à abaisser le pH | Pas forcément (si compensée) |
| Alcalose | Processus tendant à élever le pH | Pas forcément (si compensée) |
3. Acide volatil : le CO₂
Le CO₂ produit par le métabolisme des glucides est un acide volatil : il peut quitter l’organisme sous forme gazeuse via les poumons.
- Production journalière : 20 000 mmol/j (environ 400 L de CO₂/j).
- En solution, il se dissocie selon : CO₂,dissous ⇌ H⁺ + HCO₃⁻.
- Le couple CO₂,dissous / HCO₃⁻ a un pKa = 6,1.
- La concentration en CO₂ dissous est proportionnelle à la pression partielle de CO₂ :
[CO₂d] = a × PCO₂, avec a = 0,03 mmol·L⁻¹·mmHg⁻¹ à 37°C.
Pour une PCO₂ normale de 40 mmHg : [CO₂d] = 0,03 × 40 = 1,2 mmol/L.
Le CO₂ génère des ions H⁺ en solution (via sa dissolution et la réaction CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻), mais il peut aussi être expiré par les poumons sous forme gazeuse. En augmentant la ventilation, l’organisme élimine plus de CO₂ et réduit ainsi la charge acide — sans impliquer les reins. C’est l’opposé des acides fixes, qui ne peuvent pas traverser la membrane alvéolo-capillaire sous forme gazeuse.
4. Acides fixes : minéraux et organiques
Les acides fixes sont des acides qui ne peuvent pas être excrétés sous forme gazeuse par les poumons. Leur pKa est inférieur au pH de l’organisme : ils sont donc totalement dissociés in vivo et se comportent comme des acides forts. Ils doivent obligatoirement être éliminés par les reins.
| Catégorie | Exemples | Origine | Production | Élimination |
|---|---|---|---|---|
| Minéraux | H₂SO₄, H₃PO₄ | Catabolisme des protéines | ~35 mmol/j (non métabolisables) |
Reins (urines) |
| Organiques | Lactique, citrique, acides gras | Catabolisme des glucides | ~2 000 mmol/j (dont 35 mmol/j non métabolisables) |
Métabolisme + reins |
Au total, l’organisme doit éliminer par les reins environ 70 mmol/j d’acides fixes non métabolisés (35 minéraux + 35 organiques résiduels). Les 2 000 mmol/j d’acides organiques restants sont recyclés par le métabolisme (combustion en CO₂ + H₂O).
Les acides organiques (lactique, citrique, acides gras) représentent une production considérable (2 000 mmol/j), mais la quasi-totalité est recyclée par le métabolisme (oxydation en CO₂ + H₂O si O₂ disponible). Seuls 35 mmol/j d’anions non métabolisables finissent dans les urines. En revanche, en cas d’hypoxie (manque d’O₂), la voie de combustion est bloquée et les acides organiques s’accumulent → acidose lactique.
🧠 À retenir absolument
- pH artériel normal : 7,40 ± 0,02 (= 41 ± 2 nmol/L de H⁺).
- Plage vitale : 6,8–7,8 (au-delà = pronostic vital engagé).
- Acidémie : pH < 7,38 ; Alcalémie : pH > 7,42.
- Acidose ≠ acidémie : l’acidose est un processus, l’acidémie est l’état mesuré.
- CO₂ = acide volatil : 20 000 mmol/j, éliminé par les poumons.
- pKa couple CO₂d/HCO₃⁻ = 6,1 ; [CO₂d] = 0,03 × PCO₂.
- Acides fixes : minéraux (35 mmol/j) + organiques (35 mmol/j non métabolisés) = ~70 mmol/j à éliminer par les reins.
- Acides fixes organiques : 2 000 mmol/j produits, dont ~1 965 recyclés (besoin d’O₂).
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre acidémie et acidose ?
L’acidémie est un fait de mesure : le pH plasmatique est inférieur à 7,38. L’acidose est un processus pathologique qui tend à faire baisser le pH. Un patient peut présenter une acidose (processus acidifiant actif) avec un pH normal si les mécanismes de compensation (poumons, reins) sont efficaces. À l’inverse, une acidémie implique nécessairement qu’un processus acidifiant est en jeu, mais elle renseigne aussi sur l’échec relatif de la compensation. En clinique, on interprète toujours ensemble le pH, la PCO₂ et la [HCO₃⁻].
Pourquoi le pH du sang veineux est-il plus acide que le pH artériel ?
Dans les capillaires tissulaires, les cellules libèrent du CO₂ (déchet du métabolisme aérobie) dans le sang. Ce CO₂ se dissout et produit des ions H⁺ (CO₂ + H₂O → H⁺ + HCO₃⁻), abaissant ainsi légèrement le pH. Le sang veineux transporte donc plus de CO₂ dissous et de bicarbonates que le sang artériel, ce qui explique son pH légèrement inférieur (≈ 7,36 vs 7,40). À l’arrivée dans les poumons, le CO₂ est excrété et le pH remonte.
Pourquoi la constante a du CO₂ vaut-elle 0,03 mmol·L⁻¹·mmHg⁻¹ ?
La constante a représente la solubilité du CO₂ dans le plasma à 37°C, exprimée par la loi de Henry : [CO₂d] = a × PCO₂. Sa valeur (0,03 mmol·L⁻¹·mmHg⁻¹) est une constante physico-chimique spécifique de la température et du solvant (plasma). Elle permet le calcul direct de [CO₂d] à partir de la mesure de PCO₂ au gazomètre. Pour une PCO₂ normale de 40 mmHg, [CO₂d] = 0,03 × 40 = 1,2 mmol/L — valeur à retenir.
Pourquoi les acides fixes organiques sont-ils en grande partie recyclés ?
Les acides organiques (lactate, citrate, acides gras à courte chaîne) sont des intermédiaires ou des sous-produits du métabolisme énergétique. En présence d’oxygène, leurs anions (A⁻) entrent dans les voies cataboliques (cycle de Krebs, β-oxydation) et sont dégradés en CO₂ + H₂O. Lors de cette réaction, les ions H⁺ associés sont également consommés. Ce recyclage élimine ~96,5 % des acides organiques produits (≈ 1 965 mmol/j sur 2 000) ; seuls les anions non métabolisables (sulfates, phosphates organiques) restent à éliminer par les reins.
Comment calculer la concentration en H⁺ à partir du pH ?
Par définition, pH = −log[H⁺], donc [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ. Pour pH = 7,40 : [H⁺] = 10⁻⁷·⁴ = 3,98 × 10⁻⁸ mol/L = 40 nmol/L. Pour pH = 7,0 (acidémie sévère) : [H⁺] = 10⁻⁷ = 100 nmol/L — soit 2,5× plus élevé qu’à pH normal. La relation entre pH et [H⁺] est logarithmique : une variation d’une unité de pH correspond à un facteur 10 sur la concentration en H⁺.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.