Cátedra de Fisiología Humana CAPÍTULO I CAPITULO III. Equilibrio Acido Base PH. Carrera de Enfermería. Universidad Nacional del Nordeste

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1 CAPÍTULO I Cátedra de Fisiología Humana CAPITULO III Equilibrio Acido Base PH Carrera de Enfermería. Universidad Nacional del Nordeste 37

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3 CAPITULO 3: Cada soluto del organismo, el sodio, el potasio, el Cloro, deben mantenerse dentro de límites considerados normales. Cualquiera de ellos produce situaciones graves y riegosas para el paciente. Los hidrogeniones son un ejemplo pues el mecanismo de control es muy delicado. EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE: Ph III.1 Qué es el ph? Cuando se habla de la regulación del equilibrio ácido-base, se habla en realidad de la regulación de la concentración de iones hidrógenos (H+) en los líquidos corporales. Pero resulta difícil expresar esta concentración en términos de concentraciones reales; en consecuencia se ha introducido el concepto de ph para expresar la concentración de los iones hidrógenos. Pequeños cambios en la concentración de iones hidrógeno pueden producir grandes alteraciones en las reacciones químicas celulares. Por este motivo, la regulación de la concentración de los iones hidrógeno es uno de los aspectos más importante de la homeostasis. Considerando al ph como un subsistema del medio interno, y que merece una tratado aparte por la importancia de su conocimiento, pasamos a describir el concepto de ph, sus aspectos estructurales, funcionales y la forma de evaluar el estado ácido-base del organismo. III.2 Concepto de ph En las personas normales la concentración de H+ es de 40 nanomoles/l de plasma. En comparación con la concentración de otros cationes, es relativamente pequeña. Por ejemplo, por litro de plasma hay aproximadamente 142 millones de nanomoles de Na+ y 4 nanomoles de K+. Por lo tanto la cantidad de H+ en el plasma es más o menos la millonésima parte de la cantidad de cationes. Una proporción igual de H+ existe con relación a los aniones. Debido a que resultaba difícil expresar la concentración de iones H+ en una unidad que sea útil comparar con la concentración de otros iones, Sorensen en 1909, desarrolló el concepto de ph, definiéndolo como el logaritmo negativo de la concentración de iones H III.2.1 Escala de ph Si tomamos la disociación del agua pura, la misma se produce según la siguiente reacción: 39

4 En el momento que se logra el equilibrio en ésta ecuación, la concentración de hidrogenión es igual a la concentración de hidroxilos, y cada uno tiene un valor de Como el logaritmo de 10-7 es igual a 7, el ph neutro del agua pura es igual 7. De esta manera se elabora una escala simple para expresar la concentración de hidrogeniones. Esta escala va desde un valor 0 (que representa la máxima concentración de H+) hasta 14 (que representa una concentración máxima de OH-, sin iones H+ presentes). III.3 Estructura del sistema ph III.2.1 Elementos * Hidrogenión (H+): los líquidos corporales además de contener cationes y aniones, contienen el protón H+ o hidrogenión. En las soluciones acuosas, hay poco o ningún protón H+ en forma de protones simples. Casi todos los protones de H+ de las soluciones acuosas se hallan en reacción con agua formando iones hidratados. * Ácidos: se denominan ácidos a las sustancias que tienden a entregar iones H+ a la solución. * Bases: se denominan bases a las sustancias que tienden a tomar iones H+ de la solución. Así, se denominan ácidos o bases fuertes a aquellas sustancias que entregan o aceptan respectivamente muchos iones H+ de la solución. De la misma manera, se denominan ácidos o bases débiles a aquellas sustancias que entregan o aceptan respectivamente pocos iones H+ de la solución. III.3.2 Límites, reservorios y redes de comunicación Como el ph constituye un subsistema del medio interno, comparte las características estructurales del mismo. Así, los límites estarán formados por las barreras compartimentales y los reservorios estarán constituidos por los compartimentos líquidos del organismo. III.4 Aspectos funcionales del sistema ph El organismo mantiene el ph, o lo que es lo mismo la concentración de H+, dentro de un valor estable a través de un equilibrio homeostático. III.4.1 Sustrato y producto Continuamente ingresan y se eliminan ácidos del cuerpo humano. La fuente de ácidos en nuestro organismo es doble: 1. Carga ácida proveniente de la dieta, representada por ácidos fijos, 40

5 que es de 1 meq/kg de peso/día. Depende de la ingestión de proteínas (aminoácidos) principalmente. Esta carga de ácidos fijos es manejada y eliminada por los riñones. 2. Carga ácida constituida por dióxido de carbono (CO2), generado metabólicamente a nivel celular. Diariamente se producen unos a nmol/día de CO2. Esta producción metabólica de CO2 es manejada y eliminada por los pulmones. III.4.2 Regulación del ph: Equilibrio ácido-base El organismo posee tres mecanismos o líneas de defensa para mantener el ph en valores compatibles con la vida: 1. amortiguadores. 2. regulación pulmonar de la pco2. 3. resorción y eliminación renal de bicarbonato y la excreción de ácidos. 1. El manejo instantáneo de la carga ácida es realizado por las sustancias llamadas amortiguadoras, tampones o buffer. Las sustancias amortiguadoras desarrollan rápidamente su acción (fracción de segundos) previniendo de esta forma cambios excesivos en la concentración de iones hidrógenos. 2. Cuando la concentración de iones H+, aumenta en forma manifiesta se produce una estimulación del centro respiratorio. En consecuencia aumenta la ventilación pulmonar, y puede ser eliminada una mayor cantidad de CO2, provocando un descenso en la concentración de iones H+ que estaba aumentada (dicha acción se cumple en aproximadamente 3 minutos). 3. Cuando la concentración de H+ se modifica significativamente, los riñones producen una orina ácida o alcalina, ayudando también al reajuste del equilibrio. El riñón manejará la carga de ácidos como órgano más poderoso, pero requiriendo horas o días para reajustar las alteraciones en los valores de ph. Por ejemplo, si se añade ácido clorhídrico (ClH) a una solución de agua pura, el ph caerá a 1. Sin embargo, si hay un buen amortiguador el ClH se combinará con él y variará muy poco el ph. Podemos utilizar, para ilustrar este ejemplo, la reacción de amortiguación que ocurre con el sistema tampón de bicarbonato de sodio (CO3Na)/ ácido carbónico (CO3H2). El CO3H2 es un ácido débil porque su disociación en CO3H- y H+ es muy pobre en comparación con otros 41

6 ácidos (999 partes de cada 1000 de CO3H2 se disocian en CO2 y H2O, dando una elevada concentración de CO2 y muy poco de ácido). Veamos ahora lo que ocurriría si a una solución que contenga este amortiguador se agrega: III.4.3 Sistemas amortiguadores del organismo Hay que recordar que el agua total del organismo está distribuida en compartimentos de tal forma que en alguno de ellos (como la sangre) es fácil medir las concentraciones de protones y de amortiguador; sin embargo es difícil hacerlo en el líquido intracelular que representa el mayor compartimento líquido del organismo. Debemos recordar entonces cuando se producen cambios agudos en la concentración de hidrogeniones que la masa total del amortiguador no está igualmente accesible para la amortiguación en todo el organismo, como el fosfato y el carbonato almacenado en el hueso. La acción de un amortiguador está en directa relación con: 1.- su concentración 2.- su pk en relación con el ph de la solución en la cual está colocado III.4.4 Sistema buffer bicarbonato/ácido carbónico: La característica predominante de este sistema amortiguador, es su volatilidad. En tanto que el equilibrio amortiguador importante ocurre entre el bicarbonato y el ácido carbónico: el nivel de éste último se refleja en la presión parcial de dióxido de carbono (pco2). Así los cambios de la pco2 cambiarán la concentración de ácido carbónico. Este equilibrio entre el dióxido de carbono y el ácido carbónico es importante porque el CO2 es muy permeable en todo el organismo y no existen barreras celulares importantes conocidas para este elemento. En consecuencia, los cambios en la pco2 inducidos por las variaciones respiratorias se reflejan simultáneamente por alteraciones en los sistemas extra e intracelular. En contraste, cabría esperar que la infusión aguda de bicarbonato tuviera un impacto mucho más lento en el compartimento intracelular, porque el bicarbonato en sí no es libremente permeable a través de las membranas celulares. Un segundo aspecto muy importante se este sistema es que el bicarbonato puede ser generado y reabsorbido por los riñones. 42

7 III.5 Evaluación del equilibrio ácido-base III.5.1 Cálculo del ph Decíamos que en condiciones normales el ph de los líquidos corporales se mantienen en un valor estable. La carga de ácidos modifica en forma inmediata la proporción de ácidos y bases contenidos en los mismos, de manera que analizando la relación entre estos dos componentes se consigue determinar el valor real del ph. Hendersson y Hasselbach tomaron como determinantes de ph la relación existente entre el ácido y la base existente en el buffer bicarbonato/ ácido carbónico. El desarrollo de la ecuación nos permitirá conocer el ph de una solución a través de una relación logarítmica de sus componentes. El numerador de la fórmula (CO3H-) es el componente metabólico y está manejado por el sistema renal, mientras que el denominador (CO2) es el componente respiratorio y está manejado por el sistema repiratorio. Si el CO3H- y CO2 disueltos son iguales, el logaritmo de 1 es 0 y por lo tanto el ph será de 6.1. Se deduce así que un aumento del CO3H- o una disminución del CO2 aumentará el ph, y un aumento del CO2 o una disminución del CO3H- desplazará el equilibrio hacia el lado ácido, es decir que descenderá el ph. Habíamos visto que cerca del 80% de la capacidad buffer del líquido extracelular lo constituye el sistema bicarbonato/ ácido carbónico. El valor normal promedio de bicarbonato en plasma es de 24 meq/l y la concentración promedio de ácido carbónico es 1.2 meq/l (el valor de CO3H2 puede ser calculado multiplicando la pco2 por 0.03). Así la razón bicarbonato/ ácido carbónico es normalmente 20:1. Como el logaritmo de 20 es 1.3, y sumando el pk (6.1) el resultado es 7.4, que es el valor normal del ph en sangre arterial (ver tabla 3-I) 3.6 Enfoque clínico de los trastornos ácido-base Habíamos dicho que en el hombre la homeostasis de los ácidos y bases 43

8 logra conservar el ph arterial sistémico dentro de un límite estrecho a pesar de las cargas de ácidos y álcalis que se originan por ingestión y degradación diaria de alimentos. Tengamos bien presente que el ph está determinado por la proporción de CO3H- y pco2, y no por la cantidad absoluta de cada uno de ellos. En consecuencia, una concentración normal de CO3H- o de pco2 no necesariamente significa que el ph es normal. A la inversa, un ph normal no implica que el CO3H- o la pco2 sean normales. Hay dos grandes tipos de trastornos ácido-base: 1.- respiratorio y 2.- metabólico. Así Tenemos cuatro patentes clásicas de trastornos ácido-base: 1.- acidosis metabólica 2.- alcalosis metabólica 3.- acidosis respiratoria 4.- alcalosis respiratoria Hay que tener en cuenta que los trastornos metabólicos primarios pueden originar una respuesta respiratoria secundaria, y los trastornos respiratorios primarios originan una respuesta metabólica secundaria. Esta respuesta recibe el nombre de compensación o anormalidad secundaria (ver tabla 3-II) Es muy importante reconocer que las respuestas compensadoras tienen límites (ver tabla 3-III). Por ello, siempre que las respuestas compensadoras estén comprendidas dentro de esos límites, es que hablamos de un trastorno simple. Cuando sucede lo contrario, estamos en presencia de un trastorno mixto. Ilustremos con un ejemplo: Un individuo presenta una acidosis metabólica por aumento de ácidos endógenos (por ejemplo, cetoacidosis diabética). Esta carga de ácidos endógenos, trae aparejado una disminución de bicarbonato en el líquido extracelular (efecto amortiguador); es decir que disminuye el numerador de la ecuación, y por lo tanto disminuirá el ph de la sangre. Como resultado de esta acidemia, se estimulan quimiorreceptores bulbares e inducen un aumento de la ventilación. Este aumento de la ventilación trae aparejado una respuesta hipocápnica (disminución de la pco2). De esta manera, por disminución de la pco2, la proporción CO3H- / pco2 y, por consiguiente, el ph regresarán, pero no por completo, a valores normales. El grado de compensación esperada en una forma sen- 44

9 cilla de acidosis metabólica puede predecirse por la relación siguiente: En consecuencia, en un paciente con acidosis metabólica por cetoacidosis cuya concetración de bicarbonato en plasma es de 12 meq/l, cabría esperar una pco2 entre 24 y 28 mmhg. Los valores de pco2 menores de 24 o mayores de 28 mmhg indicarán un tratorno mixto (acidosis metabólica y alcalosis respiratoria o acidosis metabólica y acidosis respiratoria respectivamente). Anion gap o brecha aniónica El anión gap representa los aniones no medidos que se encuentran normalmente en el plasma. Tiene un valor normal de 10 a 12 meq/l. Los aniones no medibles normalmente incluyen proteínas aniónicas, fosfato, sulfato y aniones orgánicos. Los trastornos que producen acidosis metabólica pueden ser clasificados de acuerdo al valor del anion gap. Por ejmplo, cuando se acumulan en el líquido extracelular aniones ácidos, como el acetocacetato o el lactato, el anión gap aumenta por arriba del valor normal. Esto constituye una acidosis metabólica con anión gap aumentado. 45

10 Resumen Se ha destacado en este capitulo conceptos claves en cuanto a ph y equilibrio acido-base a fin de que el alumno comprenda la importancia en manterner una armonía en todo este juego de ascensos y descensos, con el propósito de poder reconocer con una simple toma de sangre arterial las patentes clásicas de los trastornos ácido-base y las simples pero importantes modificaciones clínicas que puede tener un paciente al estar alterado todo su sistema de amortiguadores y ph. Trabajo práctico: Regulación del ph como Sistema Objetivo: Evitar que se acumulen H+ (deforman las proteínas en las células y la función). Léalo para conocer cómo se razona frente a un desequilibrio ácidobase. Ud. debe conocer los valores normales, en Fisiología. Un señor de 70kg, diabético insulina dependiente, no se realizó la inyección de insulina, por que no había comido debido a un dolor gástrico. 46

11 Se tomó una muestra de plasma y se encontraron los siguientes valores: H+ 60nm ph: 7.22 Pa CO2 25 mmhg Anion Gap: 27 meq/l CO3H 10mmol/l Los valores en orina fueron: a) NH4: 200 mmol/día b) HCO3: 0mmol/día c) Cetoácidos: positivo Preguntas 1) Qué trastorno ácido base tiene? Tiene academia 2) Fueron agregados ácidos? Sí. Cayó el HCO3, y aumentó el Anión Gap. Los responsables son los cetoácidos presentes en orina. 3) Los ácidos se unieron a los buffers? Sí, por el CO3H que cayó y por el aumento del anión gap. Podemos calcular cuántos H fueron buffered: Sabemos que el CO3H cayó 15 mmol/l. El LEC de éste Señor es de 15 litros, por lo tanto 15 *15= 225 mmoles. Corresponde a la carga de Hidrogeniones que consumieron el CO3H del LEC. Por otra parte, se asume que el 40% de los H+ son neutralizados (buffered) en el LEC. Si 225 es el 40% el 100% es: 563 mmol. 4) Respondieron bien los pulmones? Si. Por que la PCO2 cayó a 25mmHg. 5) Respondieron bien los riñones? Si. Pues aumentó el NH4 de 40 mmol a 200 mmol. 6) Por qué se debe tratar? La capacidad de los buffer es de 500mmoles. En este caso, casi la mitad se ha consumido. En la cetoacidosis, la producción de H+ es de 1mmol/ min, y son metabolizados por oxidación. Si el señor de este caso, tuviese la función renal disminuída, no se puede generar ATP suficiente para reabsorber Na; si desarrolla un coma, también puede reducirse la capacidad del cerebro para generar ATP. Laboratorio de Estado Acido Base - LAB de EAB: En la práctica se le solicitará que se haga un Ácido base o estado ácido-base. 47

12 En general se toma una muestra de sangre arterial, teniendo mucho cuidado al sacar la aguja que no entre aire. Le informarán: a) ph b) pco2 c) PO2 d) Exceso de base: es una determinación basada en un normograma. Además se solicita un Ionograma ( le informan el estado de iones Na, K, y Cl). 1) Seleccione la respuesta correcta con respecto al ph normal en la sangre arterial : a) 7.30 b) 7.40 c) 7.10 d) ) Cuando Ud. observa un estudio Ácido Base, con un Bicarbonato elevado, con ph elevado, y los otros parámetros normales, piensa en uno de los siguientes disturbios: a) acidemia b) alcalemia c) alcalosis metabólica d) acidosis metabólica e) Complete la oración con la opción correcta. La concentración de H (protones) es y se originan de en condiciones fisiológicas f) alta y se originan en los músculos g) baja y se originan en el metabolismo principalmente de los aminoácidos ácidos. h) Baja y se originan en el metabolismo de la creatina i) Alta y se originan en el tubo digestivo Ud. acaba de recibir un informe del estado ácido-base de un individuo, que informa: ph de 7,37; HCO3 de 25 meq/l; pco2 de 39 mmhg; po2 de 90 mmhg. Le piden que saque una conclusión sobre el equilibrio ácido base del individuo: (marque la opción CORRECTA) a). tiene acidosis metabólica b). tiene acidosis respiratoria c). los valores están dentro de los rangos normales d). no se puede sacar una conclusión por falta de datos Con respecto a los mecanismos reguladores del equilibrio ácido-base: (marque la opción INCORRECTA): 48

13 a). los buffers o amortiguadores actúan espontáneamente para minimizar los cambios bruscos en la concentración de H+ b). el aparato respiratorio actúa en minutos u horas modificando la ventilación c). el riñón es el primero que actúa, en fracciones de segundos, modificando la pco2. d). a y b son correctas Sistema de Regulación de ph Objetivo: mantener constante la concentración de H+. Importancia: las modificaciones del ph, modifican las funciones de las enzimas, y las estructuras de las proteínas. Ingresa: H+ con la dieta, producción por el metabolismo Egreso: orina Regulación: por buffers, CO2 que se expele por los pulones, fosfatos, refulados por los rinones, proteinatos intracelulares. 49

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