Systèmes tampons et équation de Henderson-Hasselbalch

Un tampon est une solution qui s'oppose aux variations de pH lors de l'ajout d'un acide ou d'une base, en liant ou en libérant réversiblement des ions hydrogène. Les fluides corporels contiennent plusieurs de ces systèmes, et la relation entre une paire tampon et le pH résultant est décrite par l'équation de Henderson-Hasselbalch, qui sous-tend la description standard de l'état acido-basique.

Definition

Un tampon physiologique est une paire acide faible-base faible conjuguée qui minimise les variations de la concentration en ions hydrogène ; l'équation de Henderson-Hasselbalch exprime le pH d'un tel système en fonction du rapport de la forme basique à la forme acide et de la constante de dissociation du système.

Scope

Ce sujet aborde le principe chimique du tamponnement, les principaux systèmes tampons physiologiques (bicarbonate, phosphate, protéines et hémoglobine), l'équation de Henderson-Hasselbalch appliquée au système bicarbonate, et la raison pour laquelle le système ouvert bicarbonate-dioxyde de carbone est le tampon le plus important de l'organisme. Il est présenté comme une physiologie fondamentale plutôt que comme une directive clinique.

Core questions

• Qu'est-ce qui fait qu'une solution agit comme un tampon, et qu'est-ce qui détermine sa capacité ?
• Pourquoi la paire bicarbonate-dioxyde de carbone est-elle le tampon extracellulaire dominant malgré une constante de dissociation défavorable ?
• Comment l'équation de Henderson-Hasselbalch relie-t-elle le pH au bicarbonate et à la pression partielle de dioxyde de carbone ?
• Quels rôles jouent les tampons phosphate, protéine et hémoglobine ?

Key concepts

• Paire acide-base conjuguée
• Capacité tampon
• Constante de dissociation (pKa)
• Systèmes tampons ouverts versus fermés
• Tampon bicarbonate-dioxyde de carbone
• Tampons phosphate et protéine
• Principe isohydrique

Key theories

Relation de Henderson-Hasselbalch

Exprime le pH comme la constante de dissociation du tampon plus le logarithme du rapport de la base conjuguée à l'acide ; appliquée au système bicarbonate, elle relie le pH artériel au rapport de la concentration en bicarbonate à la pression partielle de dioxyde de carbone.

Mechanisms

Une paire tampon s'oppose aux variations de pH car les ions hydrogène ajoutés sont captés par la forme basique et éliminés par combinaison avec la forme acide, avec la plus grande capacité près de la constante de dissociation. Bien que la constante de dissociation du système bicarbonate soit bien inférieure au pH sanguin normal, il domine physiologiquement car c'est un système ouvert : les poumons éliminent continuellement le dioxyde de carbone produit et les reins régénèrent le bicarbonate, de sorte que les deux composants sont régulés indépendamment et le système n'est pas épuisé. Le tamponnement par les phosphates est plus important à l'intérieur des cellules et dans le liquide tubulaire, tandis que les protéines plasmatiques et l'hémoglobine assurent un tamponnement intracellulaire et sanguin substantiel ; selon le principe isohydrique, tous les tampons d'un compartiment partagent la même concentration en ions hydrogène, de sorte que la mesure d'une paire reflète l'ensemble.

Clinical relevance

La relation de Henderson-Hasselbalch est la base de l'interprétation des résultats des gaz du sang artériel, et la compréhension du tamponnement explique pourquoi le pH peut être maintenu malgré d'importantes charges acides ou basiques. Cette entrée décrit la chimie et la physiologie sous-jacentes et ne constitue pas une base pour les décisions cliniques.

Evidence & guidelines

Les principes de tamponnement et l'équation de Henderson-Hasselbalch sont une physiologie standard, bien établie et décrite de manière cohérente dans les revues et les manuels (Hamm et coll., 2015 ; Berend et coll., 2014) ; le cadre physico-chimique de Stewart offre une explication alternative, basée sur les ions forts, de ce qui détermine la concentration en ions hydrogène (Story, 2016).

History

Lawrence Henderson a décrit l'équilibre de l'acide carbonique dans le sang au début du XXe siècle, et Karl Hasselbalch l'a reformulé sous forme logarithmique (pH), donnant ainsi son nom conjoint à l'équation. Le modèle tampon centré sur le bicarbonate est devenu l'explication standard ; Peter Stewart a ensuite soutenu que la concentration en ions hydrogène est mieux comprise comme une variable dépendante déterminée par les ions forts, les acides faibles et le dioxyde de carbone.

Debates

Le bicarbonate est-il un déterminant indépendant du pH ou une variable dépendante ?

La vision traditionnelle considère le bicarbonate comme un tampon régulé qui aide à établir le pH, tandis que le cadre de Stewart traite le bicarbonate (comme le pH) comme dépendant de la différence d'ions forts, de l'acide faible total et de la pression partielle de dioxyde de carbone ; les deux décrivent les mêmes mesures différemment.

Key figures

• Lawrence J. Henderson
• Karl Albert Hasselbalch
• Peter A. Stewart

Seminal works

• hamm-2015
• berend-2014

Frequently asked questions

Pourquoi le tampon bicarbonate est-il si important si son pKa est éloigné du pH sanguin ?

Parce que c'est un système ouvert : les poumons éliminent continuellement le dioxyde de carbone et les reins régénèrent le bicarbonate, de sorte que ses deux composants sont contrôlés indépendamment et il est bien plus efficace dans l'organisme que sa seule constante de dissociation ne le suggérerait.

Que nous dit l'équation de Henderson-Hasselbalch ?

Elle relie le pH au rapport de la forme basique d'un tampon à sa forme acide ; pour le sang, le pH dépend du rapport de la concentration en bicarbonate à la pression partielle de dioxyde de carbone.