Régulation acido-basique et respiration

Processus de la Respiration et Équilibre Acido-Basique

La respiration couvre deux aspects : le processus biochimique intracellulaire (respiration cellulaire) et le transfert de gaz entre l'organisme et les cellules.

La respiration cellulaire synthétise l'ATP par dégradation du glucose et élimine le .

Régulation du pH

Le pH () du corps humain doit rester dans des limites étroites (7,36 - 7,42) pour être compatible avec la vie (variations maximales : 6,90 - 7,70). L'organisme fait face à un afflux constant d'acides (alimentation, respiration cellulaire).

Les mécanismes de lutte contre l'acidose (plus fréquents) ou l'alcalose sont :

• Systèmes tampons : action quasi instantanée mais rapidement débordés.

• Poumons et reins : plus lents mais très efficaces.

Systèmes Tampons

Les systèmes tampons sont des mélanges en équilibre chimique qui s'opposent aux variations de pH. Leur efficacité est proportionnelle à leur concentration.

• Un système tampon comprend un acide faible et son sel de base forte, ou une base faible et son sel d'acide fort.

• Le pouvoir tampon est <mark>maximal lorsque .

Le tampon le plus important quantitativement est le système bicarbonate de sodium ()/acide carbonique ().

La réaction clé catalysée par l'anhydrase carbonique :

• En cas d'introduction d'un acide fort, la base du tampon intervient : (élimination du par les poumons).

• En cas d'introduction d'une base forte, l'acide du tampon réagit : (élimination du par les reins).

L'équation d'Henderson-Hasselbalch décrit la relation entre pH, pK, et :

Les systèmes tampons sanguins principaux sont :

• Système bicarbonate/acide carbonique : Quantité la plus importante (25-30 mmol/L), très puissant contre l'acidose.

• Protéines plasmatiques : Leur pouvoir tampon est dû aux groupements d'acides aminés. Elles luttent contre l'acidose en fixant des protons et contre l'alcalose en en libérant.

• Phosphates inorganiques : Rôle mineur dans le plasma mais capable de fixer ou céder des protons.

• Tampons liés à l'hémoglobine : Très importants (150 g/L de sang).

  • Fixation du (carbaminohémoglobine) :

  • Réactivité du groupement imidazole de l'histidine pour ions.

  • L'oxyhémoglobine () est plus acide () que la désoxyhémoglobine () ().

  • Effet Bohr : Au niveau des tissus, l'acidité et le favorisent la libération d'oxygène par l'oxyhémoglobine.

Régulation Pulmonaire

La régulation pulmonaire est la deuxième ligne de défense après les systèmes tampons.

• Rapidité d'action et grande sensibilité aux variations de pH.

• Un pH diminué (acidose) entraîne une augmentation du rythme respiratoire pour éliminer le .

• Un pH augmenté (alcalose) réduit le rythme respiratoire.

• Les poumons n'agissent que sur la composante acide du système bicarbonate/acide carbonique (le ).

• L'efficacité de l'hyperventilation est limitée.

Transport du et de l'

Le CO₂ tissulaire pénètre dans les globules rouges et se transforme en acide carbonique puis

en bicarbonates () et (via l'anhydrase carbonique).

• Les sont tamponnés par l'hémoglobine.

• Les sortent du globule rouge en échange de chlorures () (effet Hamburger).

• Le est transporté par le plasma sous forme de bicarbonates vers les poumons/reins.

Au niveau pulmonaire, l' se fixe sur l'hémoglobine, libérant des . Ces se combinent avec les bicarbonates pour former du qui est éliminé.

Régulation Rénale

La régulation rénale est la troisième ligne de défense, plus lente mais très efficace et durable contre l'acidose et l'alcalose.

Le rein a un double rôle :

1. Réabsorption des bicarbonates : Plus de 90% des bicarbonates filtrés sont réabsorbés au niveau du tubule proximal. La réabsorption dépend de la .

2. Élimination des ions : Se déroule dans le tube contourné distal.

   • Les sont échangés contre des .

   • Les peuvent se fixer sur des phosphates monoacides (acidité titrable) ou sur l'ammoniac () pour former de l'ammonium (), qui est ensuite éliminé.

Il existe une compétition entre et dans l'échange de :

• Acidose : Hyperkaliémie (élimination préférentielle de , le reste ou sort des cellules).

• Alcalose : Hypokaliémie (élimination préférentielle de , le sort des cellules).

Transport des Gaz Respiratoires

Pression Partielle

La pression partielle (P) est le moteur du transport gazeux. Un gaz diffuse d'une zone de haute pression partielle vers une zone de basse pression partielle.

L'air alvéolaire diffère de l'air atmosphérique : il est saturé en vapeur d'eau (47 mmHg à 37°C) et un échange constant d' et s'y produit.

Tableau comparatif des gaz (en %)

Un énorme gradient de pression partielle d' est maintenu entre l'extérieur et les mitochondries, où la est très basse (environ 1 mmHg).

Transport de l'Oxygène ()

L' est transporté sous deux formes :

1. Combinée à l'hémoglobine (97%) : Forme principale, dans les globules rouges.

2. Dissoute dans le plasma et le cytoplasme des GR (3%) : Forme transitoire pour la diffusion.

Le contenu en dissous est de sang artériel pour une de . La consommation d' est d'environ .

• 1 gramme d'hémoglobine (Hb) fixe environ 1,34 ml d' (théoriquement 1,39 ml).

• La concentration normale d'Hb est de 15 g/100 ml de sang.

• Le contenu maximal en $\mathrm{</mark></p></li></ul><p></p><p>O}_{2}<span data-latex=" est de " data-type="inline-math"></span>\approx 21,15\ \mathrm{ml\ \mathrm{O}_{2}}/100\ \mathrm{ml}$ de sang.

  La saturation de l'hémoglobine () est la proportion d'Hb sous forme oxygénée, exprimée en pourcentage.

  • Cyanose : Couleur bleuâtre de la peau visible lorsque la quantité d'Hb désoxygénée est élevée (30 à 50 g/L).

  • L'Hb peut fixer d'autres ligands (, , ATP, 2,3-DPG) qui modifient son affinité pour l'.

  • Facteurs modifiant l'affinité de l'Hb pour l' : pH, , température tissulaire, concentration de 2,3-DPG.

  La Pression critique d'oxygène (Pcr) est la minimale sous laquelle le fonctionnement d'un organe est compromis. Elle varie selon les tissus (ex: cerveau 16-20 mmHg, myocarde 5-7 mmHg).

  Les causes d'hypoxie (diminution de l' aux tissus) :

  • Hypoxémie : baisse de la sanguine.

  • Anémique : baisse de l'Hb fonctionnelle.

  • Stagnante : diminution du débit sanguin.

  • Histotoxique : incapacité des tissus à utiliser l'.

  En dessous d'une critique (point de Pasteur, vers 1-2 mmHg mitochondriale), le métabolisme passe en anaérobiose, produisant de l'acide lactique (2 ATP/glucose vs 38 ATP/glucose en aérobiose), incompatible avec une survie cellulaire prolongée. Le cerveau est particulièrement sensible à l'hypoxie.

  Transport du Dioxyde de Carbone ()

  Le est transporté sous plusieurs formes :

  • Dissoute : dans le plasma et le cytoplasme des GR (faible fraction mais cruciale pour les échanges par diffusion).

  • Combinée après réaction chimique :

    • Bicarbonates () : 60-65% dans le plasma, abondants grâce à l'anhydrase carbonique dans les GR.

    • Carbaminohémoglobine : 30%, le se fixe sur l'Hb au niveau des tissus.

  Réaction de combinaison du avec l'eau :

  • Cette réaction est rapide dans les GR grâce à l'anhydrase carbonique.

  • Les sortent des GR en échange de (effet Hamburger).

  • Les sont tamponnés par l'hémoglobine.

  Interactions entre et

  • Effet Bohr : La influence la fixation de l' sur l'Hb. Une basse (capillaires pulmonaires) favorise la fixation d'.

  • Effet Haldane : La influence la fixation du sur l'Hb. Une basse (capillaires tissulaires) favorise la fixation de