Le maintien de l’équilibre acido-basique est fondamental pour le bon fonctionnement des cellules et des systèmes biologiques. Cet équilibre repose sur une régulation fine du pH sanguin, généralement maintenu entre 7,35 et 7,45. Toute déviation en dehors de cette plage peut entraîner des troubles appelés acidose (pH sanguin inférieur à 7,35) ou alcalose (pH sanguin supérieur à 7,45). Ces désordres peuvent avoir des causes métaboliques ou respiratoires et affecter gravement les fonctions cellulaires. Cet article explore la biochimie sous-jacente de l’acidose et de l’alcalose, leurs mécanismes physiopathologiques, ainsi que les systèmes tampons impliqués.
Régulation physiologique du pH sanguin
Systèmes tampons
Le système tampon principal du sang est le système bicarbonate/carbonique (HCO3−/H2CO3). Il agit rapidement pour neutraliser les variations du pH par la réaction réversible :
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3−
D’autres tampons incluent les protéines plasmatiques, les phosphates inorganiques, et l’hémoglobine dans les globules rouges.
Rôle des poumons
Les poumons régulent la concentration en dioxyde de carbone (CO2), gaz acide volatile. Par la ventilation, ils modulent la pression partielle du CO2 (pCO2) dans le sang, influençant ainsi l’équilibre acido-basique.
Rôle des reins
Les reins maintiennent l’équilibre en excrétant les ions hydrogène (H+) et en régénérant le bicarbonate. Ils jouent un rôle clé dans la compensation des désordres acido-basiques métaboliques.
Acidose
Acidose respiratoire
Elle résulte d’une accumulation de CO2 due à une hypoventilation (maladies pulmonaires, troubles neurologiques). L’augmentation du CO2 provoque une élévation de H2CO3 et donc une acidification du sang. Le pCO2 est élevé tandis que le bicarbonate peut être compensatoirement augmenté.
Acidose métabolique
Causée par une augmentation de la production d’acides non volatils ou une perte de bicarbonate. Les causes courantes incluent le diabète (acidocétose), l’insuffisance rénale, les diarrhées sévères et l’intoxication aux toxiques (méthanol, salicylates). Le pCO2 est abaissé par hyperventilation compensatoire, le bicarbonate est diminué.
Conséquences biochimiques
L’acidose modifie la charge des protéines, l’activité enzymatique et la stabilité des membranes. Elle peut induire une hyperkaliémie par déplacement du potassium intracellulaire vers l’extracellulaire.
Alcalose
Alcalose respiratoire
Résulte d’une hyperventilation excessive (anxiété, hypoxie, douleur), conduisant à une baisse du CO2 sanguin, avec diminution de H2CO3. Le pH augmente. Le bicarbonate diminue progressivement en compensation rénale.
Alcalose métabolique
Résulte d’une perte excessive d’ions H+ ou d’un gain de bicarbonate. Causes fréquentes : vomissements prolongés, diurétiques, hyperaldostéronisme. Le pCO2 augmente en compensation respiratoire.
Effets biochimiques
L’alcalose peut provoquer une hypokaliémie et modifier la liaison de l’oxygène à l’hémoglobine (effet Bohr inversé).
Systèmes de compensation
Les mécanismes compensatoires respiratoires et rénaux tentent de restaurer un pH normal. La compensation peut être partielle ou complète, selon la durée et la sévérité du trouble.
Diagnostic biochimique
Gaz du sang artériel
Mesure du pH, pCO2 et bicarbonate. Permet de différencier acidose/alcalose respiratoire ou métabolique et d’évaluer la compensation.
Anion gap
Calculé pour identifier les causes d’acidose métabolique. Un anion gap élevé suggère la présence d’acides organiques non mesurés.
Autres paramètres
Dosage des électrolytes, lactate, corps cétoniques, créatinine, et analyse de l’ionogramme urinaire.
Impact clinique et thérapeutique
L’acidose sévère peut entraîner une dépression myocardique, troubles du rythme, et altération neurologique. L’alcalose peut provoquer des crampes musculaires, convulsions et troubles cardiaques. Le traitement cible la cause sous-jacente et la correction du déséquilibre.
Perspectives et innovations
La compréhension des mécanismes moléculaires et des transporteurs ioniques permet de développer des thérapies ciblées. Les techniques modernes de monitoring continu du pH et des gaz sanguins améliorent la gestion clinique.
Conclusion
La biochimie de l’acidose et de l’alcalose est un domaine clé pour comprendre les désordres acido-basiques et leur impact sur la physiologie humaine. Une analyse rigoureuse des paramètres biochimiques et une approche thérapeutique adaptée sont essentielles pour prévenir les complications.