REGULACIÓN DEL BALANCE ÁCIDO-BÁSICO:

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1 REGULACIÓN DEL BALANCE ÁCIDO-BÁSICO: - FISIOLOGÍA DE ÁCIDOS Y BASES - EXCRECIÓN RENAL DE H + Miryam Romero R. MSc. PhD. Profesora de Fisiología Departamento de Ciencias Fisiológicas Universidad del Valle 1

2 La [H + ] extracelular = 40 nmol/litro (nanomol = 10-6 mmol) es mantenida dentro de límites muy estrechos. La regulación del ph es crucial en la homeostasis celular: la mayoría de la reacciones bioquímicas y de las funciones celulares dependen de enzimas y de mecanismos que tienen una enorme dependencia del ph. Cada día se ingiere una carga de ácido o de álcali que proviene de la dieta y del metabolismo celular que produce un número de sustancias que tiene impacto sobre el ph de los fluidos corporales. Por ejemplo: R-SH H 2 SO 4 disminución 2 del ph

3 El ph intracelular normal fluctúa entre 6.9 y 7.2 dependiendo del tipo de célula. La célula enfrenta continuamente cargas ácidas de varias fuentes: procesos metabólicos y flujos pasivos de ión hidrógeno impulsados por gradientes electroquímicos. Algunas alteraciones agudas en la carga de ácido o base del cuerpo: La carga ácida aumenta con un aumento de la tasa metabólica como en caso de EJERCICIO y alcanza niveles excesivos durante ejercicio anaeróbico de alta intensidad. Energía para contracción muscular proviene de metabolismo de carbohidrato a ácido láctico. Acumulación en sangre y metabolizado a CO 2 en otros órganos La comida: H + se secreta al estómago y deja en sangre una cantidad igual de álcali. 3

4 Enfermedades asociadas con alteraciones del balance de H + : Vómito: Saca H + del cuerpo. Metabolismo incompleto de grasas y carbohidratos que acumulan productos ácidos intermedios: Acido láctico (en acidosis láctica, por hipoperfusión o shock) Acido B hidroxibutírico y ácido acetoacético (en cetoacidosis diabética) Ingestión de sustancias que tienen metabolitos ácidos: Etilenglicol ácido oxálico. Metanol ácido fórmico. Aspirina ácido acético y salicílico. 4

5 ÁCIDO: cualquier sustancia que añada H + a los fluidos corporales. Dona H +. ÁLCALI O BASE: sustancia que remueve o retira H + de los fluidos corporales. Recibe H +. H 2 CO 3 H + + HCO - 3 HCl H + + Cl - NH + 4 H + + NH3 H 2 PO - 4 H + + HPO 2-4 Acido Base Dos clases de ácidos fisiológicamente importantes: a) Ácido carbónico (H 2 CO 3 ) (CO 2 + H 2 O) b) Ácidos no carbónicos y de vías de excreción (metabolismo de proteínas) CO 2 se excreta por pulmón No carbónicos se excretan por riñón distintas tasas de producción

6 Valores aproximados de ph de varios fluidos corporales

7 Balance ácido-básico. Valores de un sujeto de 70 kg con una dieta típica occidental. 7

8 El rango fisiológico de concentración de H + y el ph correspondiente. 8

9 El sistema buffer HCO 3 - Con una [HCO 3- ] de plasma normal de meq/l y un volumen de 14 L (para un individuo de 70 Kg), el líquido extracelular puede amortiguar potencialmente 350 meq de H +. El sistema buffer HCO 3 - difiere de los otros sistemas amortiguadores del organismo (p. e. fosfato) en que es regulado por riñón y por pulmones. 9

10 Interacción de CO 2 con el agua

11 La ecuación de Henderson-Hasselbalch se usa para cuantificar cómo los cambios en CO 2 y HCO 3 - afectan el ph. 11

12 Poder buffer en un sistema cerrado

13 Poder buffer en un sistema cerrado. En este caso, es una solución que contiene 9 buffers cada uno a una concentración de 1mM y con valores de pk espaciados 0.5 unidades de ph

14 Amortiguación de ácidos y bases fuertes por el sistema buffer CO 2 /HCO 3 - en un sistema abierto

15 Poder buffer del sistema CO 2 /HCO - 3. A ph 7.4 en la curva azul, la solución tiene la misma composición del plasma arterial: PCO 2 de 40 mmhg y [HCO 3 ] de 24 mm.

16 Cuando sólo el sistema CO 2 /HCO 3 es el único buffer. Si se dobla PCO 2 el ph cae 0.3 y no hay mucho cambio en la concentración de HCO 3. Si se dobla la HCO 3 el ph sube 0.3.

17 Para mantener el balance ácido-base, el riñón no sólo debe reabsorber prácticamente todo el HCO 3 - filtrado sino que también debe secretar hacia la orina la producción diaria de ácidos no volátiles. Así, los componentes de la excreción de ácido en orina serán: H + excretado unido a fosfato (H 2 PO 4- ), creatinina y ácido úrico. 2. H + excretado unido a NH 3 (como NH 4+ ). 3. Excreción de HCO 3 - filtrado. El riñón debe generar nuevo HCO 3 - y esto lo hace a través de la excreción de ácidos titulables y de la excreción de sales de NH

18 Los procesos de reabsorción de HCO - 3 y de excreción de ácidos titulables y de sales de NH + 4 comparten todos la secreción de H + desde la sangre hacia la luz tubular. 18

19 Factores que regulan la secreción de H + (reabsorción de HCO 3- ) por el nefrón 19

20 Titulación de amortiguadores o buffers luminales por el H + secretado. Modelo genérico de secreción de H + en varios sitios del nefrón. 20

21 Titulación de amortiguadores o buffers luminales por H + secretado. Modelo genérico de secreción de H + en varios sitios del nefrón. 21

22 Titulación de amortiguadores o buffers luminales por H + secretado. Manejo del ión amonio por túbulo proximal 22

23 Manejo ácido-básico a lo largo del nefrón 23

24 Transporte ácido-base a nivel celular y molecular Tres componentes en la secreción de ácido desde la sangre hacia el lumen: 1. Transporte de H + desde la célula tubular hacia el lúmen que resulta en producción de OH - intracelular. 2. Conversión de OH - intracelular a HCO 3-, catalizado por la anhidrasa carbónica. 3. Transporte del HCO 3 - nuevo formado desde la célula tubular a la sangre. 24

25 A - El H + atraviesa la membrana apical de la célula tubular utilizando tres mecanismos: 1. El intercambiador Na + -H + 2. La bomba electrogénica de H La bomba electroneutra de intercambio H + -K + B - Las anhidrasas carbónicas en la luz tubular y en el citoplasma estimulan la secreción de H + al acelerar la interconversión de CO 2 y HCO 3-. Las AC pueden actuar en tres sitios distintos de las células secretoras de ácido: 1. La fase extracelular de la membrana apical. 2. El citoplasma. 3. La fase extracelular de la membrana basolateral. 25

26 C - El paso de HCO 3 - a través de la membrana basolateral utiliza dos mecanismos de transporte: 1. Un cotransporte electrogénico Na/HCO 3 : tres HCO 3 - por cada Na Un intercambiador Cl-HCO 3. Por consiguiente, estos mecanismos son responsables de la regulación del ph intracelular de las células secretoras de ácido en la medida en que ajustan, en forma precisa, la secreción de H + a través de la membrana apical con la recaptura de HCO 3 - a través de la membrana basolateral. 26

27 Modelos celulares de secreción de H + 27

28 Modelos celulares de secreción de H + 28

29 Modelos celulares de secreción de H + 29

30 Modelos celulares de secreción de H + 30

31 Generación de nuevo HCO 3 - a través de excreción urinaria de Sales de Amonio El amonio (NH 4+ ) se sintetiza a partir de la glutamina en el túbulo proximal, se reabsorbe parcialmente en el Asa de Henle y se secreta pasivamente hacia los túbulos colectores papilares. 31

32 Manejo del ión Amonio (NH 4 + ) 32

33 Manejo del ión Amonio (NH 4 + ) 33

34 Manejo del ión Amonio (NH 4 + ) 34

35 Manejo del ión Amonio (NH 4 + ). El destino que toma en médula. 35

36 La cooperación entre Hígado y Riñón en la excreción de nitrógeno proveniente del rompimiento de aminoácidos. En el ejemplo se asume una liberación de 940 mmoles/día de grupos amino que resultan en la excreción urinaria de 450 mmoles/día de urea (900 mmoles/día de nitrógeno amino) y 40 mmoles/día de NH

37 Balance Ácido-Básico: ácidos volátiles y no volátiles Los mayores constituyentes de la dieta son carbohidratos y grasas. Si la perfusión es adecuada, (el O 2 está disponible para los tejidos) y la insulina está presenta en cantidades normales, los carbohidratos y las grasas se metabolizan para dar CO 2 y H 2 O. De moles de CO 2 se generan a través de este proceso. Esta cantidad normalmente se elimina por los pulmones. No representa impacto al balance ácido-básico. Este CO 2 se denomina ácido no volátil porque tiene el potencial de generar H + después de la hidratación con H 37 2 O.

38 Balance Ácido-Básico: ácidos volátiles y no volátiles El ácido no derivado directamente de la hidratación del CO 2 se llama ácido no volátil (por ejemplo ácido láctico). Metabolismo de aminoácidos que contienen sulfuro (cisteína y metionina ) llevan a producción de ácido sulfúrico. Metabolismo de lisina, arginina e histidina llevan a la producción de ácido clorhídrico. Una porción de la carga de ácido no volátil se contrarresta con la producción de HCO 3 - a través del metabolismo de los aminoácidos aspartato y glutamato. 38

39 Balance Ácido-Básico: ácidos volátiles y no volátiles Los ácidos no volátiles no circulan a través del cuerpo porque son neutralizados inmediatamente por el HCO 3 - del líquido extracelular. La producción de ácido de los individuos con dieta rica en carne, excede la producción de HCO

40 Características de los desórdenes ácido-básico simples ICF: fluido intracelular, ECF: fluido extracelular, NAE: excreción neta de ácido 40

41 En la clínica: Cuando el ácido no volátil aumenta como en el caso de cetoacidosis diabética, la [H + ] aumenta (ph disminuye) y [HCO 3- ] disminuye. La concentración de aniones asociados con el ácido no volátil aumenta. Este cambio de concentración de aniones proporciona una forma práctica de analizar la causa de la acidosis metabólica por lo que se conoce como la Brecha Aniónica («anion gap»): representa la diferencia entre la concentración del principal catión (Na + ) del fluido extracelular y los principales aniones (Cl - y HCO 3- ) del fluido extracelular: (Es normal entre 8-16 meq/l) 41

42 Una aproximación para el análisis de los desórdenes acido-básico simples *Si la respuesta compensatoria no es apropiada se debe sospechar un desorden ácido-basico mixto 42

43 En la clínica: Para lograr calcular la excreción urinaria de NH 4 + se hace indirectamente. Por ejemplo: en situación de acidosis metabólica, la respuesta apropiada renal es la excreción neta de ácido. Poco o nada de HCO 3 - en orina. La orina será ácida y la excreción de NH 4 + se aumentará y los cationes urinarios son Na +, K +, y NH 4+. Si sólo se calculan los valores de Na +, K + y Cl - : Por consiguiente, la brecha aniónica urinaria debe ser negativa si hay cantidades adecuadas de NH 4 + excretado. 43

44 Una forma de identificar las causas de una acidosis metabólica: La brecha aniónica ( anion gap ) 44

45 Regulación de la secreción renal de ácido La acidosis respiratoria estimula la secreción renal de H +. La acidosis metabólica estimula la secreción proximal de H + y la producción de NH 3. La alcalosis metabólica reduce la secreción proximal de H + y en túbulo colector cortical puede producir secreción de HCO 3-45

46 EXCRECIÓN NETA DE ÁCIDO POR LOS RIÑONES 50 a 100 m Eq/L de H+ se excretan por la orina, equivalente a la cantidad de ácido no volátil producida. Se secretan en el día aprox meq de H+. La mayoría sirve para reabsorción de HCO3- filtrado ( 4320 meq/día). La orina es ácida pero no más ácida que ph 4.0 a 4.5. Es decir, la concentración máxima de H+ es solamente de 0.1 meq/l. El resto del H+ secretado se excreta unido a amortiguadores urinarios de los cuales el principal es el fosfato (Pi). Estos buffers se llaman ácidos titulables. La síntesis y excreción de NH4+ también implica mantenimiento del balance ácido básico a través de la formación de un nuevo HCO3- por cada NH4+ excretado. 46

47 Excreción renal de ácido 47

48 Excreción renal de ácido 48