Homeostasis asam–basa
Keseimbangan asam–basa

pH dari cairan ekstraseluler, termasuk plasma darah, biasanya diatur secara ketat pada rentang 7.32 hingga 7.42, oleh larutan penyangga, sistem pernapasan, dan sistem ginjal.
Larutan penyangga akan bereaksi dengan asam kuat atau basa kuat sehingga menyerap kelebihan ion hidrogen H+, atau ion hidroksida OH−. Reaksi tersebut akan menggantikan asam kuat dan basa kuat menjadi asam lemah dan basa lemah. Peristiwa tersebut mengurangi rentang perubahan pH. Akan tetapi, larutan penyangga tidak mengoreksi secara langsung nilai pH yang telah melawati batas pH normal cairan ekstraseluler. Senyawa penyangga biasanya terdiri dari sepasang senyawa dalam larutan, yaitu asam lemah dan basa lemah. Larutan penyangga yang paling banyak ditemukan di CES adalah larutan asam karbonat (H2CO3), dan bikarbonat garam (HCO−3), biasanya, natrium (Na+). Apabila terjadi kelebihan ion-ion OH− di dalam larutan, sebagian asam karbonat menetralkan ion-ion tersebut dengan membentuk H2O dan ion-ion bikarbonat (HCO−3). Demikian pula apabila terjadi kelebihan ion H+, sebagian akan dinetralkan oleh bikarbonat dan membentuk asam karbonat (H2CO3). Asam karbonat adalah asam lemah sehingga sebagian besar masih dalam bentuk terdisosiasi dan melepaskan jauh lebih sedikit ion-ion H+ ke dalam larutan dibandingkan asam kuat yang seharusnya.
Nilai pH suatu larutan penyangga bergantung pada rasio dari konsentrasi molar konsentrasi asam lemah dengan basa lemah. Semakin tinggi konsentrasi asam lemah dalam larutan maka pH larutan penyangga akan semakin rendah. Demikian pula, jika basa lemah lemah mendominasi sehingga menghasilkan pH yang lebih tinggi.
Prinsip tersebut digunakan dalam mengatur pH cairan ekstraselular. Untuk sistem penyangga asam karbonat-bikarbonat, apabila rasio molar dari asam lemah dengan basa lemahnya adalah 1:20 maka nilai pH yang dihasilkan adalah 7,4. Sebaliknya, apabila pH cairan ekstraselular adalah 7.4 maka rasio dari asam karbonat dengan ion bikarbonat dalam cairan adalah 1:20.
Prinsip tersebut dijabarkan secara matematis dalam persamaan Henderson–Hasselbalch. Apabila diterapkan untuk sistem penyangga asam karbonat-bikarbonat dalam cairan ekstraselular dapat dinyatakan sebagai:
pH adalah logaritma negatif dari konsentrasi molar ion hidrogen di dalam CES. Persamaan tersebut menunjukkan derajat keasaman dalam CES diinterpretasikan dengan cara terbalik: semakin rendah nilai pH, maka semakin besar tingkat keasaman pada larutan.
pKa H2CO3 adalah logaritma negatif dari konstanta asam disosiasi asam karbonat. Dalam hal ini sama dengan 6.1.
[HCO−3] adalah konsentrasi molar bikarbonat dalam plasma darah.
[H2CO3] adalah konsentrasi molar asam karbonat dalam CES.
pH adalah logaritma negatif dari konsentrasi molar ion hidrogen dalam CES, seperti sebelumnya.
[HCO−3] adalah konsentrasi molar bikarbonat dalam plasma
PCO2 adalah tekanan parsial dari karbondioksida dalam plasma darah.
Dari modifikasi persamaan Henderson-Hasselbach, dapat dilihat bahwa nilai pH cairan ekstraseluler dapat dikendalikan dengan mengatur tekanan parsial karbon dioksida (yang menentukan konsentrasi asam karbonat), dan konsentrasi ion bikarbonat dalam cairan ekstraselular.
Setidaknya terdapat dua sistem umpan balik negatif sistem dengan mekanisme homeostatis yang bertanggung jawab dalam pengaturan pH plasma. Pertama adalah kontrol homeostatis dari tekanan parsial karbon dioksida di darah, yang menentukan konsentrasi asam karbonat dalam plasma dan dapat mengubah pH arteri plasma dalam beberapa detik. Tekanan parsial karbon dioksida dalam pembuluh arteri dipantau oleh kemoreseptor sentral dari medulla oblongata yang merupakan bagian dari sistem saraf pusat. Kemoreseptor tersebut sensitif terhadap pH dan kadar karbon dioksida di dalam cairan serebrospinal.
Pusat kemoreseptor mengirim informasi ke pusat pernapasan di medulla oblongata dan pons di batang otak. Pusat pernapasan kemudian menentukan laju rata-rata ventilasi alveoli di paru-paru sebagai upaya menjaga tekanan parsial karbon dioksida dalam darah arteri konstan. Pusat pernapasan melakukan pengaturan tersebut melalui sestem neuron motorik yang mengaktifkan otot-otot respirasi (khususnya diafragma). Kenaikan tekanan parsial karbon dioksida dalam darah arteri plasma di atas 5.3 kPa (40 mmHg) menyebabkan peningkatan laju dan kedalaman pernapasan. Pernapasan Normal dilanjutkan ketika tekanan parsial karbon dioksida telah kembali ke 5.3 kPa. Hal yang sebaliknya terjadi jika tekanan parsial karbon dioksida turun di bawah kisaran normal. Pernapasan dapat terhenti sementara, atau melambat untuk memungkinkan karbon dioksida menumpuk sekali lagi di paru-paru dan pembuluh darah arteri.
Sensor untuk konsentrasi plasma HCO−3 dalam tubuh tidak diketahui secara pasti. Sel-sel tubulus ginjal di saluran tubulus distal mungkin sensitif terhadap pH plasma. Metabolisme dari sel-sel tersebut menghasilkan CO2, yang dengan cepat dikonversi menjadi H+ dan HCO−3 oleh enzim karbonat anhidrase. Ketika pH cairan ekstraselular cenderung ke arah keasaman, sel-sel tubulus ginjal mensekresi ion-ion H+ ke cairan tubular yang akan keluar dari tubuh melalui urin. Secara bersamaan, ion-ion HCO−3 disekresikan ke dalam plasma darah, sehingga meningkatkan konsentrasi ion bikarbonat dalam plasma dan menurunkan rasio ion asam karbonat/bikarbonat. Akibatnya adalah peningkatan pH plasma. Hal sebaliknya terjadi ketika pH plasma meningkat di atas normal, ion bikarbonat diekskresikan ke dalam urin, dan ion hidrogen ke dalam plasma. Ion-ion tersebut bergabung dengan ion bikarbonat dalam plasma untuk membentuk asam karbonat (H+ + HCO−3 = H2CO3), sehingga meningkatkan easio asam karbonat:bikarbonat dalam cairan ekstraselular, dan pH kembali normal.
Secara umum metabolisme menghasilkan lebih banyak asam dibandingkan basa. Oleh karena itu, urin umumnya bersifat asam. Keasaman urin dinetralkan dalam batas tertentu dengan amonia (NH3) yang diekskresikan ke dalam urin ketika glutamat dan glutamin dideaminasi oleh sel epiterl tubulus distal ginjal. Dengan demikian, beberapa "kandungan asam" dari urin tersimpan dalam bentuk ion amonium (NH4+) yang terkandung di urin, meskipun mekanisme tersebut tidak mempengaruhi pH homeostasis cairan ekstraselular.