Biochimie 2024-2025 - Chapitre 2 (PDF)

Chapitre 2 - Acides, bases, pH et équilibre - acido-basique de l’organisme STAUDT C. 114 Objectifs spécifiques 2. Acides, bases, pH et équilibre acido-basique Au terme de ce chapitre, l’étudiant sera capable de : Expliquer et utiliser à bon escient les termes...

Chapitre 2 - Acides, bases, pH et équilibre - acido-basique de l’organisme STAUDT C. 114 Objectifs spécifiques 2. Acides, bases, pH et équilibre acido-basique Au terme de ce chapitre, l’étudiant sera capable de : Expliquer et utiliser à bon escient les termes suivants : acide, base, pH, mélange tampon; Expliquer le concept de pH et indiquer les valeurs de pH d’une solution acide, neutre ou basique/alcaline; Citer les valeurs normales du pH du sang ; Nommer les principaux acides et bases rencontrés dans l’organisme ainsi que leur origine; Citer et expliquer les trois mécanismes permettant de maintenir l'équilibre acido-basique de l’organisme; Citer les paramètres plasmatiques qui caractérisent une alcalose/acidose métabolique/respiratoire Au départ d’un énoncé, de prédire l’évolution du pH plasmatique et de sélectionner, parmi des propositions, les mécanismes qui permettraient de rétablir le pH. STAUDT C. 115 Chapitre 2 – Acides, bases, pH et équilibre acido-basique 1. Introduction 2. Ionisation de l’eau 3. Le pH 4. Acides et bases 5. Réaction acido-basique 6. Équilibre acido-basique de l’organisme STAUDT C. 116 1. Introduction STAUDT C. 117 1. Introduction L’équilibre acido-basique = équilibre entre les concentrations de substances acides et basiques de l’organisme essentiel à l’homéostasie Paramètres : ? pH PaCO2/PaO2 [HCO3-] ? è Gazométrie artérielle STAUDT C. 118 2. Ionisation de l’eau STAUDT C. 119 2. Ionisation de l’eau L’eau pure : ni acide, ni basique O O H H H H H2O H2O STAUDT C. 120 2. Ionisation de l’eau L’eau pure : ni acide, ni basique H + O O H H H - H3O+ OH- Ion hydronium Ion hydroxyde STAUDT C. 121 2. Ionisation de l’eau L’eau pure : ni acide, ni basique H + O + O O + O H H H H H H H - H2 O H2 O H 3 O+ OH- Ion hydronium Ion hydroxyde Dans l’eau pure : [H3O+] = [OH-] Produit ionique de l’eau : 10-14 10-7 M 10-7 M STAUDT C. è neutre 122 3. Acides et bases STAUDT C. 123 3. Acides et bases ACIDE = espèce chimique capable de libérer un ion H+ Quelques acides importants dans l’organisme : Acide chlorhydrique (suc gastrique) HCl à H+ + Cl- Acide carbonique H2CO3 (tampon bicarbonate) H2CO3 H+ + HCO3- Corps cétoniques Ion ammonium NH4+ STAUDT C. 124 3. Acides et bases L’ajout d’un acide dans l’eau augmente la [H3O+] STAUDT C. 125 3. Acides et bases BASE = espèce chimique capable de capter un ion H+ Quelques bases importantes : Ion bicarbonate HCO3- (tampon bicarbonate): H+ + HCO3- H2CO3 Ammoniac : NH3 + H+ à NH4+ STAUDT C. 126 3. Acides et bases L’ajout d’une base dans l’eau augmente la [OH-] STAUDT C. 127 3. Acides et bases Solution : STAUDT C. 128 4. Le pH STAUDT C. 129 4. Le pH pH (potentiel Hydrogène) Mesure la concentration relative en ions H3O+ (H+) d’une solution Échelle de 0 à 14 Caractérise une solution : Solution pH Acide < 7,0 Neutre = 7,0 Basique > 7,0 STAUDT C. 130 3. Le pH BASIQUE Alcalin Sang: pH 7,4 Salive: pH 6,5 STAUDT C. ACIDE 131 3. Le pH pH: 4,6 – 8 1ères urines du matin plus acides pH élevé en cas d’IR, vomissements, infection du tractus urinaire mais aussi : régime végétarien, médicaments alcalinisants pH bas en cas de malnutrition, diarrhée, acidose diabétique, déshydratation mais aussi : régime riche en viande, en canneberge, certains médicaments STAUDT C. 132 5. Réaction acido-basique STAUDT C. 133 5. Réaction acido-basique 1. Antiacides Réaction acido-basique = réaction d’échange entre un acide et une base Al(OH)3 Al(OH)3 H+ Mg(OH)2 H+ Mg(OH)2 H+ H+ L’hydroxyde d’aluminium et l’hydroxyde de magnésium contenus dans le Maalox® sont des composés acides/basiques. Leur prise induit une augmentation/diminution du pH gastrique. STAUDT C. 134 5. Réaction acido-basique Autre mode de fonctionnement : Cavité gastrique Les inhibiteurs de la pompe à H+ (IPP) H+ H+ H+ H+ = pompe à H+ H+ H+ H+ = inhibiteurs de la H+ H+ H+ H+ pompe à H+ (IPP) H+ H+ H+ H+ H+ H+ Cellule gastrique H+ STAUDT C. H+ 135 5. Réaction acido-basique Autre mode de fonctionnement : Cavité gastrique Les inhibiteurs de la pompe à H+ (IPP) Suite à la prise d’IPP, le pH gastrique sera augmenté/diminué/inchangé = pompe à H+ H+ H+ = inhibiteurs de la H+ pompe à H+ (IPP) H+ H+ H+ H+ H+ Cellule gastrique H+ STAUDT C. H+ 136 En résumé pH = mesure de la [H+] ou [H3O+] d’une solution Solution pH Acide < 7,0 Neutre = 7,0 Basique > 7,0 Un acide génère des ions [H+] / [H3O+] en solution Une base capte les ions [H+] / [H3O+] en solution Réaction acido-basique = réaction entre un acide et une base (ex. antiacides) Inhibiteurs de la pompe à protons (IPP) : bloquent la sécrétion d’H+ STAUDT C. 137 Un peu d’entrainement … Parmi les propositions suivantes, sélectionnez LA ou LES proposition(s) correcte(s) : a. L’ajout d’un acide dans une solution fait augmenter sont pH b. Un pH de 6,5 est acide c. Le sang est une solution à pH neutre d. Les acides font augmenter la concentration en ions H3O+ dans une solution e. Une espèce chimique acide est susceptible de réagir avec une espèce chimique acide STAUDT C. 138 Un peu d’entrainement … La prise de sang de Diane révèle que son pH sanguin était de 7.28. Le plasma de Diane est acide/neutre/basique Par rapport au normes, le plasma de Diane est trop acide/basique : la concentration en H3O+ (H+) du sang de Diane est anormalement élevée / basse STAUDT C. 139 Un peu d’entrainement … Parmi les propositions suivantes, sélectionnez LA proposition correcte : Si on verse de l’acide dans l’eau (pH 7), le pH de la solution : a. Augmente b. Diminue c. Augmente puis diminue d. Aucune de ces propositions STAUDT C. 140 Un peu d’entrainement … Parmi les propositions suivantes, sélectionnez LA proposition correcte : Le pH urinaire de Madame G. a été mesuré à deux reprises sur la journée. Echantillon 1 : récolté sur les 2ème urines de la journée : pH = 5 Echantillon 2 : récolté le soir à 19h : pH = 6 a. L’urine du matin est plus basique que l’urine du soir b. La [H3O+] est plus élevée dans les urines du matin que dans celles du soir c. L’urine du soir est plus acide que celle du matin d. L’urine du soir est basique e. Aucune de ces propositions STAUDT C. 141 6. Equilibre acido-basique de l’organisme STAUDT C. 142 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Exemple : La pepsine intervient dans la digestion gastrique des protéines Pepsine protéine pH 2 (pH optimal d’action) peptides -> HCl STAUDT C. 143 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Exemple : La trypsine intervient dans la digestion intestinale des protéines Suc pancréatique : contient HCO3- STAUDT C. 144 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Les cellules vivantes sont extrêmement sensibles aux variations de pH Valeurs de pH sanguin 7,0 7,35 7,45 7,8 Mort Acidose Normal Alcalose Mort Effets de l’alcalose ou de l’acidose Limites de pH compatibles avec la vie: 7,0 et 7,8 Si pH < 7,0: diminution de l’activité du SNC, coma, mort Si pH > 7,8: surexcitation du SN, tétanie, nervosité extrême, convulsions, arrêt respiratoire, mort STAUDT C. 145 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Le métabolisme produit continuellement des composés acides Respiration Métabolisme des acides cellulaire Métabolisme Comment Jeûne réagit notre organisme aminés contenant du soufre CO2 anaérobie face à ces variations? Entrée d’H +/H O+ Acide sulfurique 3 Acide carbonique Lactate + H+ Corps cétoniques Alimentation Métabolisme Élimination des excès d’acides è maintien de l’équilibre acido-basique de l’organisme STAUDT C. 146 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Systèmes de régulation de l’équilibre acido-basique : Tampons chimiques Régulation respiratoire Mécanismes rénaux 1 2 3 STAUDT C. 147 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 1. Les tampons chimiques STAUDT C. 148 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 1. Les tampons chimiques Tampons chimiques = mélange d’un couple acide/base - Acceptent les ions H+ quand il y en a trop - Libèrent des ions H+ quand il n’y en a pas assez Rôle : amortir les variations de pH de l’organisme suite à l’addition d’un acide fort ou d’une base forte Quels systèmes tampons régulent le pH dans notre organisme ? 1. Le tampon bicarbonate (H2CO3 / HCO3-) 2. Les protéines 3. Le tampon phosphate Acide/base Acide/base STAUDT C. 149 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Tampons chimiques Régulation respiratoire Mécanismes rénaux (centre respiratoire du tronc cérébral) 1 2 3 STAUDT C. 150 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire CO2 Rappel – contexte général Poumons 1. Libération tissulaire de CO2 (déchet 3 métabolique), qui doit être évacué au niveau des poumons 2. Transport sanguin du CO2 aux poumons principalement sous forme d’ion bicarbonate (HCO3-) dans le plasma 2 3. Au niveau des capillaires des poumons, le HCO3- HCO3- est retransformé en CO2. Ce CO2 est éliminé lors de l’expiration HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O 1 CO2 Tissus STAUDT C. 151 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Les variations de la ventilation impactent le pH plasmatique Si [H+]plasmatique diminue (pH trop basique) - Centre respiratoire Ventilation diminue HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 152 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Les variations de la ventilation impactent le pH plasmatique Si [H+]plasmatique diminue (pH trop basique) - Centre respiratoire Ventilation diminue HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H O 2 STAUDT C. 153 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Les variations de la ventilation impactent le pH plasmatique Si [H+]plasmatique diminue (pH trop basique) - Centre respiratoire Ventilation diminue Acidification HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 154 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Les variations de la ventilation impactent le pH plasmatique Si [H+]plasmatique augmente (pH trop acide) + Centre respiratoire Ventilation augmente HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 155 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Les variations de la ventilation impactent le pH plasmatique Si [H+]plasmatique augmente (pH trop acide) + Centre respiratoire Ventilation augmente HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2 O STAUDT C. 156 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Les variations de la ventilation impactent le pH plasmatique Si [H+]plasmatique augmente (pH trop acide) + Centre respiratoire Ventilation augmente Alcalinisation HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 157 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Ø En résumé : Pour faire face à une acidification du plasma (ex. suite à la production de corps cétoniques), une augmentation de la ventilation permet de rétablir le pH à une valeur normale Pour faire face à une alcalinisation du plasma, une diminution de la ventilation permet de de rétablir le pH STAUDT C. 158 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Le dysfonctionnement du système respiratoire peut perturber l’équilibre acido-basique Pneumonie Mucoviscidose Obésité extrême Hypoventilation HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 159 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Le dysfonctionnement du système respiratoire peut perturber l’équilibre acido-basique Pneumonie Mucoviscidose Obésité extrême Hypoventilation HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 160 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Le dysfonctionnement du système respiratoire peut perturber l’équilibre acido-basique Pneumonie Mucoviscidose Obésité extrême Hypoventilation Acidose respiratoire HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O PCO2 anormalement élevée pH < 7,35 STAUDT C. 161 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Le dysfonctionnement du système respiratoire peut perturber l’équilibre acido-basique stress douleur altitude Hyperventilation HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O STAUDT C. 162 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Le dysfonctionnement du système respiratoire peut perturber l’équilibre acido-basique stress douleur altitude Hyperventilation HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2 O STAUDT C. 163 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 2. Régulation respiratoire Le dysfonctionnement du système respiratoire peut perturber l’équilibre acido-basique stress douleur altitude Hyperventilation Alcalose respiratoire HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O PCO2 anormalement basse pH > 7,45 STAUDT C. 164 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Tampons chimiques Régulation respiratoire Mécanismes rénaux 1 2 3 STAUDT C. 165 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 3. Mécanisme rénaux Action lente mais très importante Maintien des réserves d’ion bicarbonate (HCO3- = base faible) Débarrasse l’organisme des composés acides non volatiles filtrat Cellule du rein Capillaire HCO3- HCO3- H+ ou NH4+ STAUDT C. 166 * Pour des raisons didactiques, ce schéma est simplifié à l’extrême 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 3. Mécanismes rénaux Une variation de la fonction rénale a un impact sur le pH plasmatique : Ø En résumé : Pour faire face à une acidification du plasma, une augmentation des réserves de HCO3- de la sécrétion d’H+ permet de rétablir le pH à une valeur normale Pour faire face à une alcalinisation du plasma, une diminution des réserves de HCO3- de la sécrétion d’H+ permet de rétablir le pH à une valeur normale STAUDT C. 167 6. Equilibre acido-basique de l’organisme 3. Mécanismes rénaux Déséquilibre acido-basique : Si les perturbations sont dues à une modification initiale des [HCO3-], l’alcalose ou l’acidose est métabolique. [HCO3- Acidose métabolique Alcalose métabolique pH < 7,35 pH > 7,45 [HCO3-] anormalement basse [HCO3-] anormalement élevée STAUDT C. Peu fréquente 168 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Nouveau-né Vitesse du métabolisme élevée Reins fonctionnellement immatures Systèmes tampons pas pleinement efficaces è Tendance à l’acidose STAUDT C. 169 En résumé pHsanguin : 7,35-7,45 mécanismes de régulation de l’équilibre acido-basique : - Tampons chimiques H2CO3/HCO3-, protéines, tampon phosphate - Régulation respiratoire ↑ ventilation à ↑ pH ↓ ventilation à ↓ pH En conditions pathologiques : hypoventilation à ↓ pH < 7,35 à Acidose respiratoire hyperventilation à ↑ pH > 7,45 à Alcalose respiratoire - Mécanismes rénaux ↓ réserves HCO3- ou ↓ excrétion acide à ↓ pH ↑ réserves HCO3- ou ↑ excrétion acide à ↑ pH En conditions pathologiques SANS déficit/excès en CO2 : ↓ pH < 7,35 à Acidose métabolique ↑ pH > 7,45 à Alcalose STAUDT C. métabolique 170 En résumé STAUDT C. 171 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Un peu d’entrainement … Murielle est stressée par ses examens. Elle attend son tour pour passer son oral. Soudain, elle hyperventile. Elle se plaint d’avoir des fourmillements dans les mains et autour des lèvres. Une amie demande à Murielle de respirer lentement avec un sac en papier autour de son nez et sa bouche. Au bout de 20 minutes, les symptômes disparaissent. HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O 1. Comment va varier le pH sanguin de Murielle suite à cet épisode d’hyperventilation ? a. Il va s’alcaliniser b. Il va s’acidifier c. Il va monter au-delà de 7,4 d. Il va descendre en dessous deC. 7,4 STAUDT 172 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Un peu d’entrainement … Murielle est stressée par ses examens. Elle attend son tour pour passer son oral. Soudain, elle hyperventile. Elle se plaint d’avoir des fourmillements dans les mains et autour des lèvres. Une amie demande à Murielle de respirer lentement avec un sac en papier autour de son nez et sa bouche. Au bout de 20 minutes, les symptômes disparaissent. HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O 2. Comment va varier la quantité d’ions H+/H3O+ dans le sang de Murielle suite à cet épisode d’hyperventilation ? a. Sa quantité d’ions H+/H3O+ va augmenter b. Sa quantité d’ions H+/H3O+ va diminuer STAUDT C. 173 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Un peu d’entrainement … Murielle est stressée par ses examens. Elle attend son tour pour passer son oral. Soudain, elle hyperventile. Elle se plaint d’avoir des fourmillements dans les mains et autour des lèvres. Une amie demande à Murielle de respirer lentement avec un sac en papier autour de son nez et sa bouche. Au bout de 20 minutes, les symptômes disparaissent. HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O 3. De quel type de déséquilibre acido-basique risque de souffrir Murielle ? a. Acidose respiratoire b. Acidose métabolique c. Alcalose respiratoire d. Alcalose métabolique STAUDT C. 174 6. Equilibre acido-basique de l’organisme Un peu d’entrainement … Murielle est stressée par ses examens. Elle attend son tour pour passer son oral. Soudain, elle hyperventile. Elle se plaint d’avoir des fourmillements dans les mains et autour des lèvres. Une amie demande à Murielle de respirer lentement avec un sac en papier autour de son nez et sa bouche. Au bout de 20 minutes, les symptômes disparaissent. HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O 4. Comment le fait de placer un sac en papier autour des voies respiratoires de Murielle peut-il aider à la disparition des symptômes provoqués par l’hyperventilation? STAUDT C. 175