Pourquoi l'estomac, qui produit un acide fort, ne se dissout-il pas lui-même ?
― Son bouclier : une couche visqueuse de 0,2 millimètre
L'estomac est rempli d'un acide si fort qu'il réduit en bouillie un morceau de viande dure en quelques heures. Pourtant, l'organe qui fabrique cet acide n'en souffre pas. Ce n'est pas parce que ses parois sont épaisses. La réponse tient à une mince couche visqueuse qui tapisse son intérieur.
Vous avez faim, et votre ventre gargouille. Il est presque vide, mais l'estomac sécrète déjà de l'acide.
Cet acide est bien plus fort que du jus de citron. S'il restait sur votre doigt, votre peau deviendrait rouge et irritée.
Or l'estomac en déverse plus d'un litre par jour sur ses propres parois. Et pourtant, le lendemain, et le surlendemain, il est intact. Pourquoi ?
Il n'y a que deux raisons
L'intérieur de l'estomac est recouvert d'une couche de mucus visqueux. La paroi elle-même y fait suinter de l'alcalin. En traversant cette couche, l'acide est neutralisé, et quand il arrive aux cellules, il est presque neutre.
La protection n'est pas parfaite. Les cellules de l'intérieur de l'estomac seraient remplacées par de nouvelles en quelques jours. La stratégie n'est pas de tout empêcher, mais de remplacer ce qui est abîmé au fur et à mesure.
Voyons cela dans l'ordre. D'abord, ce que fait ce mucus.
Jusqu'où l'acide s'affaiblit-il dans le mucus ?
Le mucus est comme un filet gorgé d'eau. Son épaisseur est d'environ 0,2 millimètre, soit à peu près deux cheveux. Cela paraît mince, mais ici, ce qui compte n'est pas tant l'épaisseur que l'absence de courant.
Les cellules de la paroi envoient doucement dans ce mucus des ions hydrogénocarbonate, un alcalin qui agit comme le bicarbonate de soude. Comme l'eau du mucus ne bouge pas, l'alcalin reste sur place. Quand l'acide arrive de l'extérieur, il est neutralisé dès qu'il le rencontre.
Regardez la figure 1. À gauche, l'intérieur de l'estomac ; à droite, sa paroi. L'acide tente de s'infiltrer vers la droite, l'alcalin suinte vers la gauche. À l'issue de ce duel, la force de l'acide chute brutalement au sein de la seule couche de mucus. Le pH dans l'estomac est d'environ 1,5, mais à la surface des cellules, on a mesuré environ 7, donc presque neutre.
Malgré tout, il y a des dégâts : on renouvelle chaque jour
La couche de mucus n'est pas parfaite. Les aliments la frottent et l'usent, et les mouvements de l'estomac en arrachent des morceaux. L'estomac en fabrique donc en continu, aussi vite qu'il en perd. Sa défense n'est pas une réserve, mais une gestion au jour le jour.
Il en va de même pour les cellules. Celles qui tapissent l'estomac seraient remplacées par de nouvelles en quelques jours. C'est l'un des endroits du corps où le renouvellement est le plus rapide. Même un peu abîmée, une cellule est bientôt hors service, et la suivante grandit déjà en dessous.
À l'inverse, les problèmes surviennent quand ce renouvellement ne suit plus. Si la production de mucus baisse ou si l'usure augmente, l'acide reste plus longtemps au contact de la paroi. On pense que beaucoup de troubles de l'estomac viennent moins d'un « acide trop fort » que d'une « défense amincie ».
Les enzymes digestives de l'estomac découpent les protéines. Elles pourraient donc aussi découper l'estomac lui-même. Il les envoie donc sous une forme inactive, et elles ne deviennent capables de couper qu'au contact de l'acide fort de la cavité. C'est sans danger là où elles sont fabriquées, et dangereux seulement là où elles servent.
Beaucoup de bactéries qui arrivent avec les aliments ne survivent pas à un acide de cette force. Il ne sert donc pas qu'à digérer : c'est aussi un poste de contrôle qui les arrête avant qu'elles entrent dans le corps. Voilà pourquoi l'estomac emploie un acide fort, quitte à mettre en place un système de protection à part.
En résumé
Si l'estomac ne se dissout pas, ce n'est pas parce qu'il est robuste. C'est parce qu'il refait chaque jour une mince couche qui neutralise l'acide avant qu'il arrive. Sa défense repose non sur la dureté, mais sur la rapidité.
Ce qui protège l'estomac, ce n'est pas un mur épais,
c'est une couche visqueuse de 0,2 millimètre, renouvelée chaque jour.
Il existe aussi dans la bouche un endroit qui « se dissout chaque jour et se reconstitue chaque jour ». Lisez aussi Pourquoi les dents, la partie la plus dure du corps, se dissolvent-elles avec les caries ? Côté équilibre entre acide et alcalin, on retrouve les mêmes ions hydrogénocarbonate dans Pourquoi ne peut-on pas retenir sa respiration plus d'une minute ?
- Versez la même quantité d'eau dans deux verres transparents. Dans l'un, délayez une cuillère à café de fécule de pomme de terre et remuez bien pour épaissir.
- Dans chacun, déposez doucement une goutte de colorant alimentaire ou de sauce soja. Ne remuez surtout pas.
- Après 1 minute, 5 minutes et 10 minutes, comparez jusqu'où la couleur s'est étendue.
Dans le verre épaissi, la couleur met longtemps à descendre. La couche de mucus fait la même chose avec l'acide. Dans une eau immobile, les substances ne sont plus emportées par un courant : elles doivent s'infiltrer lentement, ce qui laisse le temps à la neutralisation.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège à l'université
- CollègeCe qui s'apprend en sciences au collège
- LycéeCe qui s'apprend en physique-chimie au lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Matières spécialisées de l'université (physiologie, biochimie), non vues au lycée
- RechercheSujets que même l'université n'enseigne pas comme établis, en cours d'étude
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Acide chlorhydrique : la nature de l'acide sécrété par l'estomac. Il est dissous dans l'eau sous forme d'ions hydrogène et d'ions chlorure.
- Neutralisation : réaction où un acide et un alcalin se rencontrent et annulent mutuellement leurs propriétés. Elle produit de l'eau et un sel.
- Ion hydrogénocarbonate : l'ion alcalin contenu dans le bicarbonate de soude. La paroi de l'estomac l'envoie dans le mucus.
- Diffusion : mouvement par lequel une substance s'étale d'elle-même, sans qu'on remue, des zones concentrées vers les zones diluées.
CollègeLycéeVérifier par le calcul : de combien la concentration d'acide chute-t-elle dans le mucus ?
« Le pH passe de 1,5 à 7 » : difficile d'imaginer l'écart. Le pH est une échelle particulière, où chaque unité multiplie la concentration par 10. Revenons à la formule de départ pour calculer les concentrations réelles.
| En symboles | [H⁺] ＝ 10 puissance (－pH) ／ n ＝ c × V |
| En mots | Concentration en ions hydrogène = 10 puissance (moins pH) ; quantité d'acide = concentration × volume |
| D'où vient cette formule | La première est la définition même du pH : c'est l'opposé du logarithme décimal de la concentration en ions hydrogène. La seconde est la définition de la concentration : le nombre de moles par litre. |
| [H⁺] | Concentration en ions hydrogène. Unité : mole par litre |
| pH | Échelle de la force d'un acide. Plus le nombre est petit, plus l'acide est fort |
| c | Concentration. Unité : mole par litre |
| V | Volume. Unité : litre |
| n | Quantité de matière. Unité : mole |
| pH dans l'estomac (à jeun) | Environ 1,5 |
| pH à la surface de la paroi | Environ 7,0 |
| 10 puissance −1,5 | Environ 0,032 (mole par litre) |
| 10 puissance −7 | 0,0000001 (mole par litre) |
| Volume de suc gastrique par jour | Environ 1,5 litre |
| Masse d'une mole de bicarbonate de sodium | 84 grammes |
| Rapport des concentrations entre l'estomac et la surface de la paroi | 0,032 ÷ 0,0000001 ＝ 320000 |
| Quantité d'acide sécrétée par jour (mole) | 0,032 × 1,5 ＝ 0,048 |
| Masse de bicarbonate qui neutralise cette quantité (gramme) | 0,048 × 84 ＝ 4,032 |
La concentration en acide tombe à 1/320 000 en traversant la couche de 0,2 millimètre. Et l'acide d'une journée peut être annulé par seulement 4 grammes de bicarbonate, soit environ une cuillère à café. Malgré sa force, la quantité d'acide est étonnamment faible.
LycéeLycée+Pourquoi une « couche mince » suffit-elle ?
LycéeQuand un acide et un alcalin se rencontrent au même endroit, il y a neutralisation. Le point essentiel est que l'eau du mucus ne bouge pas. S'il y avait un courant, l'alcalin serait vite emporté et la zone près de la paroi ne resterait pas neutre. Le mucus fixe sur place le lieu de la neutralisation.
Lycée+L'équilibre entre la « vitesse d'infiltration » et la « vitesse de neutralisation » détermine le profil du pH dans la couche. L'infiltration relève de la diffusion, l'annulation de la réaction de neutralisation ; selon la plus rapide des deux, la zone où le pH monte se déplace vers l'intérieur ou l'extérieur de la couche. Si le pointillé de la figure 1 se redresse au milieu de la couche, c'est le résultat de ce jeu.
Univ.La barrière mucus-bicarbonate et l'équation tampon
Le mécanisme qui vient d'être décrit s'appelle en physiologie la barrière mucus-bicarbonate. Les ions hydrogénocarbonate sont produits par une enzyme, l'anhydrase carbonique, qui les prépare instantanément à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. Le pH dans la couche étant fixé par l'équilibre entre acide carbonique et ions hydrogénocarbonate, on le traite classiquement par l'équation de Henderson-Hasselbalch. Du côté de la sécrétion d'acide, un transporteur appelé pompe à protons est la cible de la plupart des médicaments contre les maux d'estomac.
📖 Démonstration de la formule et suite : Anhydrase carbonique (Wikipédia japonais) ／ Équation de Henderson-Hasselbalch (Wikipédia japonais)
RechercheCe que l'on ne sait pas encore bien
- La difficulté de mesurer l'épaisseur Le mucus est mou ; il se rétracte ou s'écoule pendant la préparation des échantillons. On rapporte que l'épaisseur réelle sur le vivant varie beaucoup selon la méthode de mesure.
- Le passage des bactéries Certaines bactéries survivent dans cet acide fort et colonisent l'estomac. Comment elles traversent le filet de mucus reste à l'étude, notamment l'hypothèse selon laquelle elles le rendraient plus fluide.
- Comment certains médicaments amincissent la défense On sait que certains antidouleurs irritent l'estomac, mais on n'a pas encore tranché entre la quantité de mucus, la quantité d'alcalin ou le flux sanguin comme facteur décisif.
Le contenu de cet article est donc lui aussi une « explication dans l'état actuel des connaissances ». Si vos troubles d'estomac persistent, ne vous fiez pas à votre seul jugement et consultez un médecin.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : acides et bases, neutralisation | L'acide annulé par l'alcalin |
| Lycée | Chimie : pH et neutralisation, vitesse de réaction | L'ensemble du calcul « Vérifier par le calcul » |
| Lycée+ | Chimie : solutions tampon ; biologie : digestion et enzymes | Où le pH monte dans la couche |
| Univ. | Physiologie, biochimie (barrière mucus-bicarbonate, transporteurs) | Section sur l'anhydrase carbonique et la pompe à protons |
| Recherche | Gastro-entérologie, microbiologie | L'épaisseur de la couche et le passage des bactéries |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Ne pas juger les troubles de l'estomac à la seule « force de l'acide » |
- The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2005 (Fondation Nobel : découverte des bactéries de l'estomac et de la gastrite)
- Allen, A. & Flemström, G., Gastroduodenal mucus bicarbonate barrier: protection against acid and pepsin, American Journal of Physiology - Cell Physiology（2005）
- Toshinori Hongo et al. (dir.), 『標準生理学』 (Hyōjun seirigaku, « Physiologie standard »), Igaku-Shoin (chapitre sur l'appareil digestif : sécrétion du suc gastrique et défense de la muqueuse gastrique)
- Anhydrase carbonique (Wikipédia japonais)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur, destinés à comprendre le mécanisme. Pour toute décision concernant votre santé ou un traitement, suivez les indications d'un professionnel de santé.