L'équilibre acido-basique du sang - UFR des Sciences de la Vie

L’ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE DU SANG 

I. INTRODUCTION 

Le pH grandeur réglée. Valeur de consigne 

Dans les conditions physiologiques, l’organisme produit 

quotidiennement deux types d’acides : 

-des acides fixés, non volatils provenant du métabolisme 

- des acides volatils : CO2 

Malgré cette production d’acide, le pH sanguin reste relativement constant 

Savineau - 2008-2009


pH sanguin = 7,4 

Sang veineux, 7,35 pH Sang artériel 7,45 

Limites extrêmes compatible avec la vie 

pH = 6,9 ⇒ acidose grave pH = 7,8 ⇒ alcalose grave 

pH = - log 10 [H + ] 

pH = 7,4 = - log 10 [H + ] ⇒ [H + ] = 0,000040 mmol/l = 40 nM 



• Effets de la variation du pH sanguin 

• Excitabilité nerveuse : 

acidose déprime le SNC ⇒ désorientation et coma mortel 

alcalose excite le SNC ⇒ spasme des muscles respiratoires ⇒ 

• Réactions enzymatiques 

• Homéostasie du potassium 

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convulsions 

- au niveau du rein, la réabsorption de Na + va de paire avec la sécrétion 

de K + ou de H + 

- si la sécrétion rénale de H + augmente (cas de l’acidose) ⇒ 

l’excrétion de K + est réduite ⇒ la rétention de H + perturbe 

le fonctionnement du coeur


L’organisme dispose de 3 « lignes de défense » pour le maintien de [H + ] 

1) Les systèmes de tampons chimiques 

2) La participation de l’appareil respiratoire à la régulation du pH 

3) La participation des reins à la régulation du pH 

Tampon + H = H tampon 

acide fort acide faible 



II. LES MECANISMES TAMPONS CHIMIQUES DE L’ORGANISME 

A. TAMPONS CELLULAIRES 

1. Les tampons non circulants 

2. Les tampons circulants : l’hémoglobine des hématies. 

B. TAMPONS EXTRACELLULAIRES 

1. Les protéines plasmatiques 

2. Les tampons minéraux plasmatiques 

3. Le tampon bicarbonate (H 2 CO 3 -HCO 3 - ) 

a. Rappel de la loi d’action de masse 

b. La relation pH-HCO3- . Le diagramme de Davenport 

Notion de courbe isobare 

Le pouvoir tampon du sang 



• Les tampons circulants : l’hémoglobine des hématies. 

L’hémoglobine contient un grand nombre de groupes acides et basiques : 

COOH, NH 2 , NH 3 + , -NH-CNH-NH2 (guanidine) 

• En plus, influence des groupes imidazoles 

HC C CH 2 C COO- 

N 

CH 

NH 

Imidazole 

H 

NH 3 + 

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HISTIDINE

STRUCTURE COMMUNE À L’HÉMOGLOBINE, LA NO SYNTHASE ET 

LA GUANYLATE CYCLASE 

N N 

N 

Histidyl 

Fe ++ 

N 

NOYAU HÉMIQUE 

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O 2 , NO, CO 

Histidyl

N 

HC 


• Les tampons circulants : l’hémoglobine des hématies 

H 

C 

NH 

C 

2O 2 

+ H + 

Hb (O2)4 

acidité 

NH2 

acidité 

CO 2 

Savineau - 2008-2009 

N 

HC 

H 

C 

Hb 

NH 2 

C 

2O 2 

NH-COO- + H +


• COURBE DE TITRATION DE L’ÉMOGLOBINE 

O 2 + Hb HbO 2 

Hb = hémoglobine réduite HbO 2 = oxyhémoglobine 

Une molécule gramme ou 32 grammes d’oxygène se combine avec 

16700 grammes d’hémoglobine 

16700 g d’Hb est un équivalent (de combinaison) 

16,7 g d’Hb = 1 mEq d’Hb 

⇒ une solution contenant 16,7 g d’Hb a une concentration de 1mEq/l 

Le poids moléculaire de l’hémoglobine est de 67 000 ≅ 4 fois le poids 

de combinaison 

⇒ 1 molécule d’Hb se combine à 4 molécules d’O2 ⇒ 4 O 2 + Hb = Hb(O 2 ) 4 


mEq d’ions H+ 

ajoutés à 1 mEq d ’HbO 2 

0,3 

pH = 3 (?) 


4 

3 

2 

1 

0 

 

HbO 2 

• Courbe de titration de l’hémoglobine 

Hb 

 

C 

 

A 

protéines plasmatiques 

B 

7 7,1 7,2 7,3 7,4 

0,05 

 

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pCO 2 cte 

(40 mmHg) 

 

pH


• Les tampons circulants : l’hémoglobine des hématies 

RÉACTION DE CARBAMINATION 

R NH 2 + CO 2 R NHCOO - + H + 



II. LES MECANISMES TAMPONS CHIMIQUES DE L’ORGANISME 

A. TAMPONS CELLULAIRES 

1. Les tampons non circulants 

2. Les tampons circulants : l’hémoglobine des hématies. 

B. TAMPONS EXTRACELLULAIRES 

1. Les protéines plasmatiques 

2. Les tampons minéraux plasmatiques 

3. Le tampon bicarbonate (H 2 CO 3 -HCO 3 - ) 

a. Rappel de la loi d’action de masse 

b. La relation pH-HCO3- . Le diagramme de Davenport 

Notion de courbe isobare 

Le pouvoir tampon du sang 


+ H3 N 

+ H3 N 

+ H3 N 

+ H3 N 


• Les protéines plasmatiques 

COO- 

COO- 

COO- 

COO- 

Point iso électrique 

(charge nette = 0) 

+ 4H + 

+ 4OH - 

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+ H3 N 

+ H3 N 

+ H3 N 

+ H3 N 

H2N 

H2N 

H2N 

+ H3 N 

COOH 

COOH 

COOH 

COO- 

COO- 

COO- 

COO- 

COO-


SYSTÈME TAMPON PHOSPHATE 

H 2 PO 4 - HPO 4 -- + H + 

(acide) (base) 

pK = 6,8 

pH = 6,8 + log [HPO 4 2- ] / [H2PO4 - ] 

pH = 6,8 +log 4 = 6,8 + 0,6 = 7,4 

SYSTÈME TAMPON ACIDE CARBONIQUE-BICARBONATE 


1) 

2) 

3) 

4) 

EQUATION de HENDERSON-HASSELBACH 

H 2 CO 3 

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HCO 3 - + H + 

[H + ] [HCO 3 - ] [H + ] [HCO3 - ] 

= K’ = K 

[CO 3 H 2 ] [CO2] 

[H + ] [HCO3- ] 

log = log K 

[CO2] 

[HCO 3 - ] 

log [H + ] + Log = log K 

[CO2] 

- log [H + ] = - log K + log 

[HCO 3 - ] 

[CO2]

4) 

5) 

6) 

- log [H + ] = - log K + log 

pH = pK + log 

Savineau - 2008-2009 

[HCO 3 - ] 

[CO2] 

[HCO3 - ] 

[CO2] 

[CO2] ⇔ pCO2 (a . pCO2) 

pH = pK + log 

[HCO3 - ] 

a . pCO2 

Contrôlée par la fonction 

rénale 

Contrôlée par la fonction 

respiratoire


pH = pK + log [HCO 3 - ] / 0.03xPCO2 

pH = 6.1 + log 24 / (0.03 x 40) 

pH = 6.1 + log 24/1.2 

pH = 6.1 + log 20 

pH = 6.1 + 1.3 

pH = 7.4 

Savineau - 2008-2009 

Si [base] / [acide] = 20


acide base 


[HCO3-] 

48 

36 

24 

12 


• Relation bicarbonates – pH (Diagramme de Davenport) 

 

 

 

7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 

 

pH = pK + log 

Savineau - 2008-2009 

pCO 2 = 60 

 

[HCO3- ] 

a . pCO2 

⇒ 

isobare de 

pCO2 = 40 mmHg 

pCO 2 = 20 

pH

Expérience n°1 : 


• Le pouvoir tampon du sang 

(Notion de plasma vrai et plasma séparé) 

a) On prélève des échantillons de sang qui sont exposés ensuite à diverses pCO 2 

(en conditions anaérobies) 

pCO 2 

40 60 20 

⇒ on mesure le pH ⇒ diagramme pH-bicarbonates ⇒ le pH du plasma et sa [HCO3-] 

sont affectés par le pouvoir tampon des érythrocytes (donc Hb) 

⇒ droite traduit le pouvoir tampon du plasma associé aux érythrocytes 

(sang total, plasma vrai) 

Savineau - 2008-2009 

plasma 

érythrocytes 

b) Puis on sépare (centrifugation) le plasma des cellules sanguines (érythrocytes (Hb)) 

Plasma vrai : plasma séparé du sang en présence des érythrocytes


• Le pouvoir tampon du sang 

(Notion de plasma vrai et plasma séparé) 

Expérience n°2 : 

a) On prélève des échantillons de sang et on sépare directement le plasma 

Plasma séparé : plasma séparé du sang avant toute modification de pCO2 

b) On expose le plasma séparé à diverses pCO2 

plasma 

érythrocytes 

⇒ on mesure le pH ⇒ diagramme pH-bicarbonates 

la droite traduit le pouvoir tampon du plasma seul 

⇒ Pente peu incliné le pouvoir tampon du plasma séparé est faible 

⇒ importance des érythrocytes donc de l’hémoglobine 

Savineau - 2008-2009 

40 60 20 pCO 2 

Plasma séparé

[HCO3-] 

48 

36 

24 

12 


• Relation bicarbonates – pH (Diagramme de Davenport) 

 

B 

A 

 

 

 

 

7,2 7,3 7,4 7,5 

20g Hb / 100 ml 

pH 

7,6 

pH = pK + log 

 

C 

Savineau - 2008-2009 

pCO 2 = 60 

 

[HCO3- ] 

a . pCO2 

plasma séparé 

pCO2 = 20 

plasma vrai 

15g Hb / 100 ml 

⇒ 

isobare de 

pCO2 = 40 mmHg

pH = pK + log 

[HCO3- ] 

a . pCO2 

[HCO3-] = a.pCO2.10 pH-pK 

⇒ [HCO3-] = A.pH+B Droite d’équilibration du sang 

A = pente de la droite 

[HCO3-] / pH = 21,6 mM HCO3- / unité pH 

Valeur physiologique ≅ 22-30 

Le pouvoir tampon du sang dépend de la concentration en hémoglobine 

Savineau - 2008-2009 

⇒


III. LA RÉGULATION PULMONAIRE DE L’ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE 

A. INTRODUCTION 

B. EXEMPLE D’UNE COMPENSATION PULMONAIRE À L’ACIDOSE 

PROVOQUÉE 

C. COMPENSATIONS RESPIRATOIRES DE L’ACIDOSE ET DE 

L’ALCALOSE MÉTABOLIQUES 

1. Acidose métabolique 

2. Alcalose métabolique 


RÉGULATION PULMONAIRE DE L’ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE 

• Les poumons agissent de deux façons : 

1) Ils permettent l’évacuation de grandes quantités de CO 2 formées 

chaque jour par le métabolisme 

300l de CO 2 / 24h ≅ 15l d’HCl N 

2) Ils adaptent la valeur de la pCO 2 plasmatique aux variations éventuelles 

de [HCO 3 - ] afin de conserver le rapport [HCO3 - ] = 20 

[H 2 CO 3 ] 


[H2CO3 ] 

mEq/l 


• Exemple d’une compensation pulmonaire à l’acidose provoquée 

0 

24 

[HCO - 

3 ] 

mEq/l 

Injection I/V de 

12 mEq/l HCl 

1,2 

7,4 

24 

État normal 

13,4 

6,06 

12 

Action du 

tampon chimique 

Savineau - 2008-2009 

1,2 

7,1 

12 

7,34 

12 

Action du 

tampon physiologique 

(HYPERVENTILATION)


• Exemple d’une compensation pulmonaire à l’acidose provoquée 

1) A l’état normal, 1 litre de liquide extracellulaire contient 

24 mEq de HCO 3 - et 1,2 mEq de H 2 C0 3 

acide 

Le rapport : = 20 ⇒ pH = 6,1 + 0,3 = 7,4 

base 

2) Expérience : on injecte par voie IV, 12 mEq/l d’HCl 

12 mEq/l de HCO 3 - vont tamponner les 12 mEq d’HCl 

(HCO 3 - + HCl H2 C0 3 + Cl - ) 

[HCO 3 - ] = 24 – 12 = 12 

[H 2 CO 3 ] = 1,2 + 12 = 13,4 

⇒ pH = 6,1 – 0, 04 = 6, 06 = valeur de pH incompatible avec la vie 

⇒ Régulation pulmonaire 

= 0,9 log 0,9 = - 0,04 


3) L’augmentation de H 2 CO 3 déplace la réaction suivante 

vers la formation de CO 2 

H 2 CO 3 

CO 2 + H20 

⇒ tout l’excédent d’acide (12 mEq/l) est converti en C0 2 

qui est rejeté par les poumons 

Base 12 

Acide 1,2 

= = 10 ⇒ log 10 = 1 ⇒ pH = 6,1 + 1 = 7,1 

4) Hyperventilation permet une élimination supplémentaire 

de 0,5 meq/l de CO2 Base 12 

= = 17, 15 ⇒ log 17,15 = 1,23 ⇒ 

pH = 6,1 =1,23 = 7,34 

Acide 1,2 – 0,5 



• Compensations respiratoires de l’acidose et de l’alcalose métaboliques 

[HCO3-] 

mM 

1) Compensation d’une acidose 

pCO2 = 60 mm Hg 

24 

M 1 

 

M 4 

A 

 

 

M 2 

7,3 7,4 7,5 

Savineau - 2008-2009 

2) Compensation d’une alcalose 

 


M 3 

pCO2 = 20 mmHg 

pH


IV. LA REGULATION RÉNALE DE L’ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE 

A. INTRODUCTION 

B. RÉABSORPTION DES BICARBONATES FILTRÉS 

C. COMPENSATIONS RÉNALES DE L’ACIDOSE ET DE 

L’ALCALOSE RESPIRATOIRES 

D. RÉAPPROVIONNEMENT DES STOCKS DE BICARBONATES : 

RÔLE DES TAMPONS URINAIRES. 


LA REGULATION RÉNALE DE L’ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE 

• Réabsorption des bicarbonates 

• Débit de filtration glomérulaire : 180l/24h 

• [HCO3-] sang = 24 mmoles/L ⇒ 4.320 mmoles de HCO 3 - passent 

du sang dans les urines par jour 

• Les bicarbonates doivent être réabsorbés 

glomérule 

TCP 

Anse de Henlé 

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Le tube rénal 

TCD 

Tube collecteur


• Réabsorption des bicarbonates 

Réaction générale 

A.C. 

CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H + 

Cellule rénale 

Savineau - 2008-2009 

Sang 

CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H + 

Lumière du tube

RÉACTION DU CO 2 AVEC L’EAU 

•CO 2 réagit spontanément avec l’eau pour formé de l’acide carbonique qui 

se dissocie pour former un proton et un bicarbonate 

CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 

Savineau - 2008-2009 

H + + HCO 3 - 

• Réaction très accélérée en présence d’anhydrase carbonique ⇒ 

pratiquement pas de formation d’acide carbonique 

CO 2 + H + + OH - HCO 3 - + H + 

L’ion hydroxyle OH - se combine directement avec CO2


Lumière du tube 

(urine) 

HCO 3 - 

H 2 CO 3 

H 2 O + CO 2 

Na + 

H+ 

• Réabsorption des bicarbonates filtrés 


(cellule épithéliale) 

Na + 

H + 

H 2 CO 3 

- 70 mV 

A.C 

A.C = anhydrase carbonique 

HCO 3 - 

Na + 

CO 2 + H 2 O 

Savineau - 2008-2009 

- 

Liquide 

interstitiel 

K + 

CO 2 

Na + 

HCO 3 - 

acétazolamide 

sang


• Compensations rénales de l’acidose et de l’alcalose respiratoires 

[HCO3-] 

mM 

36 

1) Compensation d’une acidose 

60 mm Hg 

24 

12 

R1 

 

R2 

 

 

R4 

A 

7,3 7,4 7,5 

Savineau - 2008-2009 

2) Compensation d’une alcalose 


R3 

20 mmHg 

pH

RESPIRATION 

METABOLISME 

LA REGULATION DE L’ÉQUILIBRE ACIDO-BASIQUE 

ACIDOSE ALCALOSE 

Acidose respiratoire 

Acidose métabolique 

Savineau - 2008-2009 

Alcalose respiratoire 

Alcalose métabolique


(urine) 

Na + Na + 

Na + H 2 PO 4 - 


HPO 4 -- 

H + 

• Sécrétion d’H+ - excrétion de l’acidité titrable 



Na + 

H + 

H 2 CO 3 

- 70 mV 

A.C 

HCO 3 - 

Na + 

CO 2 + H 2 O 

K + 

donne naissance Savineau à du - 2008-2009 bicarbonate néo formé 

- 


interstitiel 

pCO 2 

Na + 

HCO 3 - 

Le tampon phosphate fixe des ions H +, réduit l’acidité de l’urine et 



(urine) 

Cl- 

Cl - 


H + 

Na + 

H NH3 + + 

NH 4 + 

• Excrétion de l’amoniaque 



Na + 

H + 

H 2 CO 3 

urine acide 

Savineau - 2008-2009 


interstitiel 

Na + 

- 70 mV Na + 

HCO 3 - 

CO 2 + H 2 O 

A.C - 

NH3 

Glutamine 

urine alcaline 

K + 

NH 3 

HCO 3 - 


Grandeur 

perturbatrice 

Métabolisme 

cellulaire 

BOUCLE DE RÉGULATION 

Système réglé 

Système réglant 

pH sanguin 

Systèmes tampons 

poumons reins 

Savineau - 2008-2009 


réglée 

Écart lu par 

des capteurs 


réglée 

Écart lu par 

des capteurs 

Valeur de 

consigne 

Valeur de 

consigne 

7,4


Références bibliographiques : 

• Physiologie Humaine de Lauralee SHERWOOD (version française) 

Editeur : DeBoeck université - Pages 407- 415; 599-605 

• Précis de Physiologie médicale- Guyton & Hall 

(deuxième édition française, 2003) 

Editeur : PICCIN –chapitre 30, pages 372-389

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