Dans le domaine médical, le terme acide désigne une substance capable, selon les définitions chimiques utilisées, de donner des protons (ions H⁺) ou d'accepter une paire d'électrons. Les acides interviennent dans de nombreux processus biologiques, notamment dans le métabolisme cellulaire, la digestion, la structure des molécules biologiques et la régulation de l'équilibre acido-basique.
Le maintien d'un pH compatible avec le fonctionnement des cellules est indispensable à la vie. L'organisme régule en permanence la concentration des ions hydrogène grâce à plusieurs systèmes complémentaires, notamment les tampons chimiques, les poumons et les reins.
Acides et pH
Le pH est une mesure de l'acidité d'une solution. Plus la concentration en ions H⁺ est élevée, plus le pH est faible. À l'inverse, une diminution de la concentration en ions H⁺ entraîne une augmentation du pH.
Le pH varie considérablement selon les compartiments de l'organisme. Le sang artériel est normalement maintenu dans une plage étroite, autour de 7,35 à 7,45, alors que certains milieux sont naturellement beaucoup plus acides. L'estomac, par exemple, contient de l'acide chlorhydrique et possède un pH fortement acide, ce qui contribue à la digestion et à la protection contre de nombreux micro-organismes.
Le maintien du pH sanguin dépend principalement de l'équilibre entre le dioxyde de carbone (CO₂), régulé notamment par la ventilation pulmonaire, et le bicarbonate (HCO₃⁻), dont la concentration est principalement contrôlée par les reins.
Acides et physiologie
De nombreuses molécules indispensables à l'organisme possèdent des propriétés acido-basiques.
Les acides aminés sont les constituants des protéines. Les acides gras constituent des composants importants des lipides, notamment des membranes cellulaires et des réserves énergétiques. Les acides nucléiques, principalement l'ADN et l'ARN, sont essentiels au stockage, à la transmission et à l'expression de l'information génétique.
Plusieurs voies métaboliques produisent également des composés acides. Le métabolisme cellulaire génère notamment du dioxyde de carbone, qui peut conduire à la formation d'acide carbonique dans les liquides biologiques. Dans certaines situations, l'organisme produit également des acides organiques, comme les corps cétoniques et le lactate.
Équilibre acido-basique
L'organisme dispose de plusieurs mécanismes permettant de limiter les variations du pH.
Les systèmes tampons constituent la première ligne de défense. Le principal système tampon du sang repose sur le couple bicarbonate/acide carbonique. D'autres tampons, notamment les protéines et les phosphates, jouent également un rôle important.
Les poumons régulent rapidement l'équilibre acido-basique en modifiant l'élimination du CO₂. Une augmentation de la ventilation favorise l'élimination du CO₂ et tend à diminuer l'acidité sanguine, tandis qu'une diminution de la ventilation produit l'effet inverse.
Les reins interviennent plus lentement mais de manière durable. Ils réabsorbent une grande partie du bicarbonate filtré, produisent du bicarbonate et éliminent des ions H⁺, notamment sous forme d'acidité titrable et d'ammonium.
Acidose et alcalose
Un dérèglement de l'équilibre acido-basique peut entraîner une acidose ou une alcalose.
L'acidose correspond à un processus qui tend à augmenter la concentration en ions H⁺ et à diminuer le pH sanguin. Elle peut être d'origine métabolique ou respiratoire.
Acidose métabolique
L'acidose métabolique résulte généralement d'une diminution du bicarbonate ou d'une accumulation d'acides dans l'organisme. Elle peut notamment être observée lors :
- d'une acidocétose diabétique ;
- d'une acidose lactique ;
- d'une insuffisance rénale avancée ;
- de certaines intoxications ;
- de pertes importantes de bicarbonate, notamment par le tube digestif ou les reins.
La prise en charge dépend de la cause. Le bicarbonate de sodium peut être utilisé dans certaines situations précises, mais il ne constitue pas un traitement universel de l'acidose métabolique.
Acidose respiratoire
L'acidose respiratoire survient lorsque la ventilation pulmonaire est insuffisante pour éliminer correctement le CO₂. Elle peut notamment être associée à certaines maladies pulmonaires, à une dépression respiratoire d'origine médicamenteuse ou à d'autres troubles affectant la ventilation.
Le traitement consiste principalement à corriger la cause et, lorsque cela est nécessaire, à améliorer la ventilation.
Alcalose
L'alcalose correspond à un processus qui tend à augmenter le pH sanguin. Elle peut également être métabolique ou respiratoire. Parmi les causes possibles figurent les vomissements prolongés, certaines anomalies électrolytiques, l'utilisation de diurétiques ou l'hyperventilation.
Acides et système digestif
L'acide chlorhydrique produit par les cellules pariétales de l'estomac joue un rôle important dans la digestion. Il contribue notamment à la dénaturation des protéines et permet l'activation du pepsinogène en pepsine, enzyme participant à la digestion des protéines.
L'acidité gastrique constitue également une importante barrière contre de nombreux micro-organismes ingérés avec les aliments.
Une production excessive d'acide gastrique peut contribuer à certaines affections, notamment le reflux gastro-œsophagien et certaines formes d'ulcère gastroduodénal. À l'inverse, une diminution importante de l'acidité, appelée hypochlorhydrie, ou son absence, appelée achlorhydrie, peut modifier la digestion et l'absorption de certains nutriments et favoriser certaines infections digestives.
Utilisation thérapeutique
Certaines substances acides, basiques ou tampons sont utilisées en médecine en fonction de leurs propriétés chimiques.
Les antiacides sont des médicaments qui neutralisent ou réduisent l'acidité gastrique. Ils peuvent être utilisés pour soulager rapidement certains symptômes liés à l'hyperacidité, notamment les brûlures d'estomac.
D'autres médicaments agissent plutôt en diminuant la production d'acide gastrique. Les inhibiteurs de la pompe à protons (IPP), par exemple, inhibent fortement la sécrétion d'acide par les cellules pariétales de l'estomac.
Des solutions tampons, dont le bicarbonate de sodium, peuvent également être utilisées dans certaines situations médicales particulières. Leur utilisation doit cependant tenir compte de la cause du trouble, du statut hydrique et électrolytique du patient ainsi que du risque de complications liées à une correction excessive.
Acides et pharmacologie
Les propriétés acido-basiques des médicaments influencent leur absorption, leur distribution et leur élimination. De nombreux médicaments sont des acides faibles ou des bases faibles, et leur degré d'ionisation dépend notamment du pH du milieu.
Le pH peut ainsi modifier la solubilité d'un médicament et sa capacité à traverser certaines membranes biologiques. Les différences de pH entre l'estomac, l'intestin, le sang et les urines peuvent donc avoir une influence sur la pharmacocinétique de certaines substances.
Acides et maladies
Les perturbations de l'équilibre acido-basique peuvent être une conséquence ou un facteur aggravant de nombreuses maladies. Les troubles rénaux, respiratoires, métaboliques et certaines intoxications peuvent notamment provoquer des anomalies importantes du pH.
Une acidose ou une alcalose sévère peut perturber le fonctionnement des enzymes, du système cardiovasculaire, du système nerveux et des cellules en général. Les anomalies importantes nécessitent donc une évaluation médicale et biologique rapide.
L'interprétation de l'équilibre acido-basique repose généralement sur plusieurs paramètres, notamment le pH sanguin, la pression partielle de CO₂ et la concentration en bicarbonate. Selon le contexte, d'autres analyses, comme les électrolytes et le calcul du trou anionique, peuvent être nécessaires pour déterminer l'origine du trouble.
Recherche médicale
Les propriétés des acides et des systèmes acido-basiques constituent également un domaine important de la recherche biomédicale. Les chercheurs étudient notamment le rôle du pH dans le fonctionnement cellulaire, le métabolisme tumoral, l'activité enzymatique, les interactions entre les médicaments et leurs cibles ainsi que les mécanismes de certaines maladies.
La compréhension des acides nucléiques a par ailleurs permis le développement de nombreuses technologies médicales et thérapeutiques fondées sur l'ADN et l'ARN, notamment certaines thérapies géniques et thérapies à base d'acides nucléiques.
Conclusion
Les acides sont présents à de nombreux niveaux de la médecine, depuis les réactions biochimiques intracellulaires jusqu'à la digestion et à la pharmacologie. L'organisme doit maintenir un équilibre acido-basique extrêmement précis afin de préserver le fonctionnement normal des cellules et des organes.
Les poumons, les reins et les systèmes tampons agissent conjointement pour contrôler cet équilibre. Lorsque ces mécanismes sont dépassés ou perturbés, une acidose ou une alcalose peut apparaître. L'identification précise de la cause du trouble est essentielle, car le traitement vise avant tout à corriger le mécanisme responsable plutôt qu'à simplement modifier le pH.
Sources
- Boron, W. F., & Boulpaep, E. L. Medical Physiology: A Cellular and Molecular Approach. Elsevier.
- Kellum, J. A. (2000). Disorders of acid-base balance. Critical Care Medicine, 28(6), 2034–2042.
- McArthur, K. E. (2008). Review article: the treatment of achlorhydria should depend on its cause. Alimentary Pharmacology & Therapeutics, 27(8), 725–732.
- Hall, J. E. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Elsevier.