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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD CARRERA DE MEDICINA BIOQUÍMICA I
UNIDAD II. EQUILIBRIOS: HÍDRICO, ÁCIDO
BÁSICO Y ELECTROLÍTICO
2.2. Equilibrio Acido Básico 2.2.1. Constante de equilibrio 2.2.2. Ácidos y Bases, Potencial de hidrógeno (pH), Ecuación de Henderson – Hasselbach, Buffers o tampones, Fuerza del ácido y su estructura molecular, Valores de pKa, propiedades del medio 2.2.3. Acidosis y Alcalosis e Interpretación de casos clínicos 2.2. EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE La homeostasis es el mantenimiento de la composición del ambiente interno del organismo. Este sistema de regulación contempla los siguientes aspectos:
- Distribución del agua
- Mantenimiento del pH y equilibrio ácido-base
- Concentración adecuada de electrolitos Diariamente el organismo genera productos de desecho, si no se elimina eficazmente o no se los neutraliza, se acumulan y producen lesiones celulares. Las enzimas en el metabolismo deben trabajar a concentraciones óptimas de H+, por lo que es necesario que el organismo mantenga el pH de los líquidos intra y extra celulares dentro de márgenes estrictos. El sistema de regulación ácido-básica o del pH corporal , resguarda al organismo contra cambios del pH, que se deben especialmente a la formación permanente de varios ácidos productos del metabolismo celular. Los mecanismos de regulación de equilibrio ácido-base son de varios tipos, e incluyen la acción de los amortiguadores, el intercambio iónico, mecanismos respiratorios en el control del CO 2 y mecanismos renales en el control del Bicarbonato HCO 3 -^ y otras sales. Además del trabajo hepático al metabolizar las proteínas liberando iones hidrógeno H+. El pH del líquido extracelular debe permanecer de manera muy constante entre 7.35 y 7.45. (Laguna, Piña, 2007), lo que equivale a una concentración de H+^ de 45 a 35 mmol/l. Alteraciones de 0.05 son imperceptibles y rápidamente corregibles, pero a rangos mayores o menores en la escala resultaría un cambio que marque el umbral entre la vida y la muerte.
CONCEPTOS GENERALES
Un ácido es una sustancia o compuesto que, al disolverse en el agua aumenta la concentración de hidrogeniones (H+), es decir que puede ceder protones y que forma sales al combinarse con las bases. Una base es una sustancia o compuesto que tiene la capacidad de captar hidrogeniones o ceder hidroxilos (OH-) y dar lugar a la formación de sales. https://cuadros-comparativos.com/wp-content/uploads/2019/11/Teor%C3%ADa-de-las-Bases-y-los- Acidos.jpg Se puede determinar si un ácido o base es fuerte o débil a través del valor de la constante de equilibrio; cuanto más fuerte es un ácido más abundante es la donación de protones, así mismo cuanto más fuerte es una base mayor será la absorción de protones. La fortaleza de un ácido o de la base depende de su capacidad para ceder o aceptar protones. Cuanto más fuerte es el ácido más débil es su base conjugada. El agua actúa como solvente natural de las células, por lo cual existe un aporte de H+^ y OH-^ que pueden competir con la reacción de acidez o basicidad que se analice. Esto es debido a la reacción de autoionización del agua: H 2 O(l) H+(ac)+OH−(ac) 2H 2 O(l) H 3 O +(ac)+OH−(ac) El agua actúa como electrolito débil, su constante de equilibrio Keq es: Keq= [H3O+] [OH-] El agua pura, no se considera en la expresión, y la contante de equilibrio depende de los iones formados. Así:
El pH es el logaritmo negativo (- logaritmo) decimal de la concentración de hidrogeniones [H +]. pH = −log10 [H +] El pOH es el logaritmo negativo (- logaritmo) decimal de la concentración de [OH−]. pOH = −log10 [OH−] El pK (constante de equilibrio de cualquier reacción) es: pK = −log10 (K) Si K = [H +] = [OH−] = 1x 10 −^7 H +] [OH−] = 1x 10 −^14 pH + pOH = pKw = 14 Entonces, una solución ácida es aquella cuyo pH es menor que 7 y el pOH mayor a 7. Una solución básica es aquella cuyo pH es mayor a 7 y el pOH por debajo de 7. Una solución neutra es aquella cuyo pH es igual a 7. Escala de estudio del pH - ejemplos https://images.app.goo.gl/3mrHFdyPiLcP3bsU
https://someicca.com.mx/dieta-alcalina/ https://encrypted- tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRtLxoB5qTl8wqfygT5gSaQ_kRou3rFaZiv4A&usqp=CAU El pH que se considera normal en la sangre arterial es entre 7,35 y 7, El pH que se considera normal en la sangre venosa es entre 7,25 y 7,35. Promedio 7, El pH intracelular es ligeramente más bajo: alrededor de 7,2. Es precisamente por estas cifras que se puede afirmar que el pH global es ligeramente alcalino.
https://www.youtube.com/watch?v=mV0chnPalIU https://c8.alamy.com/compes/b2de1w/el-papel-de-tornasol-en-utilizar-el-azul-tornasol-se-vuelve-rojo- en-medio-acido-condiciona-y-rojo-el-tornasol-se-vuelve-azul-en-condiciones-alcalinas-b2de1w.jpg https://www.cromtek.cl/2021/02/04/medidor-de-ph-asi-funcionan-los-indicadores-de-papel/ https://www.mdsaude.com/es/pruebas-complementarias/analisis-de-orina/
Soluciones indicadoras ➢ Método fácil, económico. ➢ Sustancias orgánicas disueltas en solución ➢ Permiten evidencias si el medio es ácido o alcalino ➢ El viraje de color de las soluciones se da dentro de un rango de pH específico ➢ Soluciones en solución incoloras que al entrar en contacto con otras producen cambio de color. https://quimins.wordpress.com/2018/11/23/agitar-vuelve-azul-reposar-incoloro/ https://farbe.com.mx/preguntas-frecuentes-los-indicadores-de-ph/ https://quimins.wordpress.com/2018/11/23/agitar-vuelve-azul-reposar-incoloro/
pHmetros o potenciómetros/ lectores digitales de pH ➢ Método más complejo, medianamente más costoso que los antes citados dependiendo del tipo de equipo. ➢ Emplean métodos potenciométricos o electroquímicos de diferencia de potencial eléctrico de un electrodo generalmente de vidrio, sensible a los H+^ y un electrodo de referencia, comúnmente de plata o cloruro de plata ➢ Reporte exacto de pH con mayor sensibilidad y precición. https://imgflip.com/gif/1al6lz https://equipamientocientifico.com/en/shop/product/potenciometro-phmetro-digital-de-mesa-serie- 2100 - ohaus-ef18582- 1532
REGULACIÓN DEL pH CORPORAL 1.- REGULACIÓN DEL pH POR EL SISTEMA DE AMORTIGUADORES, BUFFERS O TAMPONES Los amortiguadores, buffers o tampones son todas las sustancias capaces de fijar o liberar H+. Se forman de la mezcla de un ácido débil y la sal de este ácido. “Un buffer, amortiguador o tampón químico, está constituido por un ácido débil y su base conjugada, o por una base y su ácido conjugado que tiene capacidad tamponante, es decir, que puede oponerse a grandes cambios de pH (en un margen concreto) en una disolución acuosa” Muchas sustancias degradadas en el organismo como producto del metabolismo celular dan lugar a CO 2 , el cual constituye el principal producto final del metabolismo intermediario, el cual se combina con el agua y forma ácido carbónico, H 2 CO 3 , en grandes cantidades que son de 20 mM al día o más, lo que equivale a 2 litros de HCl concentrado. El ácido carbónico puede eliminarse fácilmente en forma de CO 2 , a través de la respiración, lo que contribuye a mantener el equilibrio ácido-base. Existen otros ácidos fijos, no volátiles, que son producidos en el metabolismo, tales como el ácido úrico, el ácido fosfórico y el ácido β-hidroxibutírico; los H+^ provenientes de estos ácidos son neutralizados por el bicarbonato HCO 3 - , formándose ácido carbónico y degradándose finalmente en CO 2 y H 2 O. Esta reacción causa una disminución de la cantidad de HCO 3 -^ disponible. Como consecuencia disminuye la capacidad de amortiguación de la célula; esta capacidad amortiguadora es de 15 mEq por kilogramo de peso corporal. La “reserva alcalina” se refiere a la cantidad de bicarbonato disponible. (Laguna, Piña, 2007). Para comprender el sistema de regulación de pH corporal a través de amortiguadores, es importante señalar que en los líquidos extracelulares el catión dominante es el Na+, el cual se equilibra desde el punto de vista eléctrico con los aniones Cl-^ y HCO 3 -. El resto de aniones y cationes no tienen influencia significativa. Como ya se ha mencionado, incluso los H+^ y de la misma manera los OH-, son rápidamente neutralizados, en función de la necesidad que existe de mantenerlos a una concentración constante, para mantener el equilibrio ácido-base. (Laguna, Piña, 2007). Entre los amortiguadores de interés clínico son los de plasma y eritrocitos. A excepción de amortiguador de hemoglobina y de proteínas del suero, todos están presentes en plasma y hematíes, aunque la distribución cuantitativa es diferente. Los tampones del líquido extra e intra celular proporcionan menos de la mitad de la capacidad de amortiguación sistémica y son:
bicarbonato capta hidrogeniones), el cual se degrada en agua y CO 2 , siendo este último excretado por los pulmones; si se agrega OH-, se disocia el gas carbónico y los H+^ se unen al OH-, formándose agua y bicarbonato. (Laguna, Piña, 2007). https://www.youtube.com/watch?v=Xmqvaqokt1U&t=1301s https://www.youtube.com/watch?v=Xmqvaqokt1U&t=1301s
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[HCO 3 - ] concentración de bicarbonato [H 2 CO 3 ] concentración de ácido carbónico. En la clínica se puede medir pH y pCO 2 , bicarbonato a partir del CO 2 total. pH = 6.10 + log [HCO 3 - ]_____ 0.0301 pCO 2 (DuBose, 2012) donde:
- 0.0301 es el coeficiente de solubilidad del CO 2
- La relación entre el numerador y el denominador es 20. Los aniones totales de las sales amortiguadoras combinables con H+, son el primer nivel de protección contra una alteración por exceso de acidez. Para calcular la suma de todos los amortiguadores corporales intra y extracelulares y hasta de los huesos, se lo realiza en base al pH de la sangre, el valor de CO 2 total de la sangre completa o del plasma, y el hematocrito. (Laguna, Piña, 2007). Como ya se conoce, los hidrogeniones (H+) se originan del metabolismo. Los ácidos se disocian (PO 4 H-, PO 42 - , SO 4 H-, SO 42 - ) y los hidrogeniones son rápidamente neutralizados y excretados por los riñones. Existen ácidos que se acumulan como el ácido pirúvico y el ácido láctico, produciendo alteraciones fisiológicas. Las sales acidificantes como el cloruro de amonio (NH 4 Cl) o el CaCl 2 adicionan HCl al organismo disminuyendo el pH (Laguna, Piña, 2007). Las frutas suministran sales, que dan aniones (bases débiles) que absorben protones y dan como resultado NaHCO 3 , KHCO 3 y CO 2. Los pulmones excretan CO 2 Si se agrega un ácido fuerte a una solución que contienen el tampón bicarbonato /ácido carbónico el H+ reaccionará con el bicarnonatoHCO 3 - , para formar H 2 CO 3 , que al ser un ácido débil solo causará un ligero aumento de la concentración de H+. H+^ + HCO 3 -^ H 2 CO 3 Si se agrega un base a la solución el tampón bicarbonato /ácido carbónico el OH-^ reaccionará con el H+ del ácido carbónico para formar bicarbonato y agua, el cambio de pH en este caso también es mínimo H 2 CO 3 + OH-^ HCO 3 -^ + H 2 O El tampón bicarbonato/ácido carbónico es altamente eficaz porque el CO 2 fácilmente puede ser eliminado vía respiratoria y el HCO 3 -^ eliminado o preservado por el mecanismo de compensación renal. Así sistema renal y respiratorio aumentan la eficacia del tampón a medida de las necesidades. El sistema amortiguador de Hemoglobina (Hb) constituye el segundo tampón sanguíneo en importancia por la alta concentración 15 g/dl promedio, cada molécula Hb contiene 38 residuos de histidina que pueden captar H+. La Hb puede actuar como ácido o como sal, se da la REGULACIÓN EN EL ERITROCITO. Hb O 2 - /H Hb O 2 y Hb-/H Hb Hb O 2 + H 2 CO 3 H Hb + O 2 + HCO 3 -
El sistema amortiguador proteínas plasmáticas , actúa como tampón porque sus grupos amino y carboxilo pueden unirse al H+, se da la REGULACIÓN EN EL PLASMA principalmente actúa la albúmina. H 2 CO 3 + proteína Hproteína O 3 -^ + HCO 3 - https://www.youtube.com/watch?v=Xmqvaqokt1U&t=1301s El sistema amortiguador fosfatos , actúa como tampón como fosfatos orgánicos e inorgánicos, de menor importancia HPO 42 - + H+^ H 2 PO 4 - H 2 PO 4 -^ + OH-^ HPO 42 -^ + H 2 O
3.- MECANISMOS RESPIRATORIOS DE REGULACIÓN DEL pH En la regulación del pH a partir de la respiración, participan factores fisiológicos como son los volúmenes y frecuencia de la respiración, lo que influye en el transporte de oxígeno en la sangre, el efecto amortiguador de la hemoglobina y la excreción de ácido carbónico, en forma de CO 2 , a través de los pulmones. Siendo estos mecanismos de regulación interdependientes, la regulación respiratoria del pH está ligada al par amortiguador [HCO 3 - / H 2 CO 3 ] en el plasma y eritrocitos. Mientras la concentración de HCO 3 -^ es más estable, la concentración de H 2 CO 3 depende de la presión parcial de CO 2 (pCO 2 ), originado en el metabolismo celular y de la cantidad de CO 2 que se expulse en los pulmones. El pH y la pCO 2 de la sangre afectan la amplitud y frecuencia de la respiración; cuando estas últimas aumentan influyen en la cantidad de CO 2 eliminado del plasma en los pulmones. Una mayor concentración de H 2 CO 3 en sangre, refleja un aumento de la pCO 2 , y una disminución del pH sanguíneo; estos dos elementos estimulan el sistema nervioso central, lo que aumenta la respiración en su frecuencia y volumen, expulsando más cantidad de CO2. Así se eleva el pH, disminuye la PCO 2 y al desaparecer el estímulo, disminuye la frecuencia y movimientos respiratorios. El objetivo es mantener el pH en límites permisibles y restablecer la relación [HCO 3 - / H 2 CO 3 ], que como ya se ha mencionado debe ser 20 a 1 mM o su relación lógica 26 a 1.2 mM Por el contrario, si se eleva el pH plasmático por acúmulo de HCO 3 - , disminuirán la frecuencia y volumen respiratorio, limitando la expulsión de CO 2 , lo que conlleva a la elevación de la pCO 2 en el plasma y aumenta la concentración de H 2 CO 3. Con esto se corrige el pH original, se mantiene la relación en el sistema, pero sin reducir la concentración de HCO 3 -. Este arreglo es temporal y depende de la disponibilidad de CO 2 capturado como H 2 CO 3. En conclusión, ambos elementos del par [HCO 3 - / H 2 CO 3 ], se elevan lo que permite conservar la relación de 20 a 1 mM, pero sus valores normales se deben restablecer mediante mecanismos renales. (Laguna, Piña, 2007).
https://www.webfisio.es/sistema-respiratorio/regulacion-del-sistema-respiratorio/ 4.- MECANISMOS RENALES DE REGULACIÓN DEL pH Los ácidos fijos, es decir los H+^ que se producen en el metabolismo son cerca de 100 mEq diarios; el riñón los elimina al mismo tiempo que reabsorbe HCO 3 - , recobrando la reserva alcalina para preservar la capacidad amortiguadora del organismo. (Laguna, Piña, 2007) Es decir que los riñones regulan la concentración de HCO 3 -^ plasmático mediante tres acciones:
- Reabsorción de HCO 3 -^ filtrado,
- formación de ácido valorable y
- eliminación de NH 4 +^ por la orina. Los riñones excretan 4000 mmol de HCO3-^ diariamente, para recuperarlo, los túbulos renales deben secretar, por tanto, 4000 mmol de H+. El 80 a 90% del HCO 3 -^ se reabsorbe en el túbulo proximal. La nefrona distal reabsorbe el porcentaje restante, secretando H+^ para mantener el pH del organismo. Los hidrogeniones excretados evitan que se produzca una acumulación de H+, así como la reducción del pH (acidosis). En la orina esta cantidad de protones se refleja como ácido valorable (orina ácida) y NH 4 +^ (DuBose, 2012). En estos casos, se excreta fosfato monovalente alcalino (HPO 42 - ), perdiéndose solo un Na+^ para mantener el equilibrio eléctrico. Se eliminan así los H+, sin pérdidas excesivas de Na+^ extracelular y con disminución muy discreta del HCO 3 -. (Laguna, Piña, 2007 ).
