SECCIÓN I GENERALIDADES
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- César Guzmán Rey
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1 SECCIÓN I
2 1 MEDIO INTERNO Ariel Prados COMPOSICIÓN DEL MEDIO INTERNO El agua es el mayor componente del cuerpo humano y el único medio en el que se disuelven las sustancias, llamadas solutos. Si bien constituye cerca del 60% del peso corporal, existe gran variabilidad (del 40 al 80%) de acuerdo con la proporción de tejido graso. El cuerpo de un adulto joven de 70 kilogramos contiene alrededor de 42 litros de agua. El agua corporal total se distribuye en dos compartimientos principales: A. Extracelular (LEC, con 1/2 del total). B. Intracelular (LIC, con 2/3). El agua extracelular es toda el agua fuera de las células e incluye el líquido intersticial (75% del LEC) y el líquido intravascular (25% del LEC). Dentro del líquido intersticial debemos considerar una fracción pequeña llamado líquido transcelular, que incluye los líquidos cefalorraquídeo, sinovial, ocular, peritoneal y pleural (cuadro1-1). La distribución del agua en los distintos compartimientos del cuerpo depende de la permeabilidad de la membrana celular que es la barrera entre ambos compartimientos y de la cantidad de solutos a cada lado de ella. Casi todas las barreras compartimentales son permeables al agua (a excepción del nefrón distal y las glándulas sudoríparas). Se puede afirmar entonces que la distribución del agua es regida por el contenido de solutos en los distintos compartimientos. La distribución de solutos es determinada por fuerzas y mecanismos de transporte en las barreras compartimentales. Así, la concentración de sodio y potasio preponderante en los líquidos extracelular e intracelular requiere el transporte activo por la bomba ATPasa de sodio y potasio, respectivamente. Sin embargo, a esto se le agrega el equilibrio de Gibbs-Donnan, que determina que el agua se mueva del compartimiento donde hay menos partículas en solución al de mayor número, para producir un desplazamiento neto de agua que conduce a que ambos compartimientos difieran en volumen (fig. 1-1). SOLUTOS Y PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES Se denomina solutos a las sustancias disueltas en el líquido corporal. Los solutos más importantes son el sodio, Cuadro 1-1. Agua corporal total 2/3 Líquido intracelular (LIC) 1/3 Líquido extracelular (LEC) 75% líquido intersticial (incluye líquido transcelular) 25% líquido intravascular (50 ml/kg de peso) el potasio y los aniones que los acompañan para mantener la electroneutralidad de los compartimientos que son el cloro y el bicarbonato, las proteínas, la urea y la glucosa (solutos orgánicos). Existen otros cationes con funciones fisiológicas muy importantes como el calcio y el magnesio, y aniones como los fosfatos y los sulfatos, pero no contribuyen al equilibrio osmótico ni a determinar la distribución del agua corporal. Las concentraciones de los iones en los líquidos corporales se cuantifican en miliequivalentes por litro (meq/l) o en milimoles por litro (mmol/l). El sodio es el principal determinante del LEC junto con sus aniones acompañantes cloro y bicarbonato y, junto con las proteínas plasmáticas, representan más del 95% de los solutos en este espacio. El potasio y el magnesio junto con los aniones sulfatos, fosfatos y las proteínas intracelulares constituyen los principales solutos y determinantes del LIC. La osmolaridad es una propiedad de las soluciones de ejercer una fuerza determinada a través de una membrana semipermeable según la concentración de partículas en suspensión a ambos lados de ella. La membrana celular se comporta como una membrana semipermeable, que permite el pasaje de agua pero no el de solutos, los que son celosamente mantenidos en su compartimiento por las fuerzas antes mencionadas. Cuando se coloca un soluto no difusible de un lado de la membrana, el agua se mueve a través de ella hacia el sitio de mayor concentración hasta que se igualan las concentraciones a ambos lados de la membrana y desaparece el gradiente. La fuerza que mueve el agua es directamente proporcional al número de partículas disueltas en la solución y es lo que llamamos osmolaridad; se expresa en miliosmoles por kilogramo de agua (mosm/kg). En el líquido extracelular, representado por el líquido plasmático que es donde tiene lugar la mayor parte de las
3 4 Fig Equilibrio y conservación diaria del agua. mediciones clínicas la osmolaridad es de aproximadamente 290 mosm/kg y se calcula con la siguiente fórmula: Osmolaridad plasmática (P osm ): glucosa urea P osm (mosm/kg) = 2 [Na] Cuando se habla de equivalencia osmótica de los líquidos el término utilizado es tonicidad. Esta representa la osmolaridad efectiva, es decir, sin tomar en cuenta las sustancias que atraviesan libremente las membranas celulares. Son solutos difusibles (como la urea), que no determinan ninguna fuerza osmótica. De manera que una solución rica en urea tiene una determinada osmolaridad pero no tiene tonicidad, ya que puede atravesar libremente la membrana e igualar las concentraciones a ambos lados de ella. TONICIDAD PLASMÁTICA glucosa P osm efectiva o tonicidad = 2 [Na] Así, las soluciones que tienen igual tonicidad que el plasma se denominan isotónicas, las que tienen menos, hipotónicas y las que tienen más, hipertónicas. Cuando en el LEC hay menor concentración de solutos (fundamentalmente sodio) se denomina hipotonicidad y hay pasaje de agua hacia el LIC. La hipertonicidad se produce con aumentos del número de solutos en el LEC y produce su expansión de volumen a expensas de la depleción del LIC. Algunos solutos pueden causar hiperosmolaridad con hipertonicidad (por ejemplo manitol, glucosa, sodio), pero otros solo causan hiperosmolaridad sin hipertonicidad (urea, etanol), ya que atraviesan libremente las
4 MEDIO INTERNO 5 membranas y no causan entonces movimientos de líquidos a través de los compartimientos. COMPORTAMIENTO DEL AGUA Y DISTRIBUCIÓN ENTRE LOS ESPACIOS La forma en la que se distribuye el agua entre los compartimientos depende de la cantidad de solutos que hay en cada uno de los espacios. Estas sustancias son en su mayoría iones y proteínas con cargas que funcionan como tales. Dado que las membranas que separan los compartimientos son semipermeables, el agua se mueve libremente entre el LIC y el LEC, lo que permite que a ambos lados los líquidos permanezcan isotónicos. De acuerdo con la característica del líquido infundido será la composición y la osmolaridad final de los líquidos. Esto es importante en la elección de los líquidos en la cirugía y la anestesia. La administración de un gran volumen de agua se distribuye de modo uniforme según la distribución del agua corporal total. Así, dos tercios del agua infundida irán al líquido intracelular y un tercio, al líquido extracelular y ambos compartimientos permanecerán isotónicos aunque con una osmolaridad menor. La administración de una solución isotónica rica en sodio, como la solución salina normal o la de Ringer lactato, se distribuye casi enteramente en el LEC, que es el volumen de distribución del sodio. Así, se expande el volumen del LEC, se mantiene isotonicidad respecto del LIC y no se altera la osmolaridad de ninguno de los compartimientos. La distribución del volumen infundido se realizará de esta forma: un cuarto del volumen infundido permanecerá en el líquido intravascular y los tres cuartos restantes se mantendrán en el líquido intersticial (cuadro 1-2). La administración de soluciones hipertónicas (como sodio o manitol) produce expansión del LEC pero también aumento de su osmolaridad, de manera que genera un movimiento de agua desde el LIC hacia el LEC, con la consiguiente expansión del último y la contracción del primero. Este efecto es deseable en algunas circunstancias (edema cerebral). La pérdida de agua pura produce incremento de la osmolaridad de estos líquidos, con disminución del volumen de ambos en la proporción correspondiente. La pérdida de soluciones ricas en sodio produce pérdida de líquido exclusivamente del LEC, con contracción de su volumen y disminución de su osmolaridad, con el consiguiente movimiento del agua desde el LEC hacia el LIC. Esto genera mayor contracción del LEC y expansión del LIC, con consecuencias hemodinámicas. Se deduce por consiguiente que la concentración de sodio en el plasma solo define la relación del sodio y el agua y no implica nada sobre el estado del contenido en sodio del organismo ni del volumen del LEC. Puesto que el sodio es el soluto más importante, la hipotonicidad requiere necesariamente que exista hiponatremia. Sin embargo, dado que algunos osmoles efectivos como la glucosa o el manitol pueden acumularse en el LEC y causan hipertonicidad, ésta no es equivalente a la hipernatremia, no obstante la hipernatremia siempre indica que existe hipertonicidad (cuadro 1-2). CONSERVACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AGUA La tonicidad de los líquidos corporales se mantiene dentro de límites muy concretos, con un rango de 285 a 295 mosm/kg. En condiciones fisiológicas los seres humanos mantienen la tonicidad del suero en forma constante gracias a varios mecanismos de regulación: A. Conservación renal: el riñón puede concentrar o diluir la orina según la necesidad de agua del organismo merced a estímulos hormonales. El volumen urinario puede ser tan pequeño como de 500 ml por día con una concentración de mosm/kg o un volumen máximo de varios litros con una concentración de 40 mosm/kg. B. El tenor de hormona antidiurética (ADH): esta hormona se segrega por la hipófisis en respuesta a cambios de la osmolaridad y del volumen plasmático. El aumento de la osmolaridad plasmática por pérdida de agua libre o ganancia de osmoles efectivos es un estímulo para su secreción, al igual que la estimulación no osmótica, mediada por barorreceptores en el arco aórtico, la aurícula izquierda y los senos carotídeos. La ADH actúa a nivel de los túbulos colectores renales induciendo la reabsorción de agua libre, para producir una orina concentrada. C. La sed: en respuesta a aumentos de la osmolaridad, con la consiguiente ingesta de agua y su distribución que logran disminuir el estímulo. La sed se estimula con aumentos de la osmolaridad y es un mecanismo universal que a veces se encuentra alterado en los ancianos, por lo que son más lábiles a los cambios del medio interno. BALANCE DE AGUA Y SALES. REQUERIMIENTOS El sodio corporal total es de aproximadamente 60 meq/kg de peso y en un adulto promedio de 70 kilogramos es de alrededor de a meq. De esta cantidad, el 10% es intracelular, el 40% está ligado a sales en los huesos y el 50% restante es extracelular. Las necesidades diarias de sodio son de alrededor de 50 a 200 meq/día, al igual que su excreción. En situaciones de baja ingesta la excreción urinaria luego de unos días disminuye y sucede a la inversa en situaciones de alta ingesta de sodio. Las necesidades diarias de agua varían de acuerdo con las pérdidas sensibles e insensibles.
5 6 Cuadro 1-2. Distribución de líquido infundido según su composición Cambios de volumen (en ml) Solución infundida (1 litro) Volumen de distribución LIC Intersticio Plasma Dextrosa al 5% en agua Agua corporal total Solución normal de ClNa Líquido extracelular Ringer lactato Líquido extracelular Sol. salina 1/2 normal 1/2 en ACT y 1/2 en LEC Albúmina al 5% Volumen plasmático* Solución de poligelina Volumen plasmático** * Luego de algunas horas pasa al intersticio y se distribuye al igual que la albúmina nativa. ** Con el correr de las horas se distribuye al intersticio y se metaboliza. LEC, líquido extracelular; LIC, líquido intracelular; ACT, agua corporal total. La excreción diaria obligada de solutos requiere un mínimo de 500 ml de agua. En situaciones de concentración urinaria máxima, se pierden menos de 200 ml de agua por vía fecal y el resto, entre 500 y ml por la piel y la respiración en forma de vapor (pérdidas insensibles). El metabolismo endógeno produce alrededor de 300 ml de agua endógena. Lo usual es administrar a un paciente que no puede ingerir líquidos por boca alrededor de a ml diarios en forma de hidratación parenteral, para obtener una diuresis de ml (la disminución del volumen urinario no aporta ventajas). Toda pérdida ulterior que no esté prevista (diarrea, sonda nasogástrica, vómitos, heridas rezumantes, quemaduras, hiperventilación, fiebre, fístulas, tercer espacio, etc.) debe ser adicionada de acuerdo con cada situación. Las pérdidas de agua se reponen como solución de dextrosa al 5% en agua. Sin embargo, todo líquido rico en sales o electrólitos debe ser repuesto convenientemente para evitar desequilibrios del medio interno y de la osmolaridad. Dado que las sales de sodio y potasio se aportan como cloruros las necesidades diarias están cubiertas. Luego de una semana de tratamiento parenteral se deben tener en cuenta reposiciones de calcio, magnesio, fósforo, vitaminas y aporte de nutrientes. La composición iónica de los distintos compartimientos del organismo se muestra en el cuadro 1-3. METABOLISMO DEL POTASIO El potasio es el catión intracelular prevaleciente y se encuentra fundamentalmente en el músculo esquelético (> 60%) y en el hueso (18%). Un adulto de aproximadamente 70 kilogramos tiene alrededor de meq, es decir, cerca de 40 meq/kg. Aunque varía entre los tejidos, la concentración intracelular es de aproximadamente 150 meq/l. La distribución del potasio entre los compartimientos es firmemente determinada por la bomba Na + K + ATPasa, la cual ingresa el potasio a la célula en forma activa y lo cambia por sodio. Esto determina que la concentración plasmática de potasio sea de 4-5 meq/l e indica que solo el 1 al 2% del potasio corporal total (cerca de 70 meq) es extracelular. Todo cambio en la relación del potasio extracelular e intracelular repercute en el potencial de transmembrana, ya que éste es determinado por aquella estrecha relación. Estos cambios de potencial son la base de muchas de las manifestaciones cardíacas y neuromusculares de los trastornos del metabolismo del potasio. Las necesidades diarias de potasio son de aproximadamente 40 a 120 meq/l en condiciones fisiológicas. Toda pérdida extraordinaria por vía gastrointestinal o renal debe ser tenida en cuenta a la hora de formular un plan. La concentración plasmática de potasio revela el contenido corporal total, ya que siempre las modificaciones del K + extracelular e intracelular van en igual dirección. Los principales determinantes de esta relación son el equilibrio de Gibbs-Donnan, la regulación renal del ion, el tenor de aldosterona y el estado ácido-base. EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE El equilibrio ácido-base requiere la integración de tres sistemas orgánicos, el hígado, los pulmones y el riñón. En resumen, el hígado metaboliza las proteínas y produce iones hidrógeno (H + ), el pulmón elimina el dióxido de carbono ( ) y el riñón genera nuevo bicarbonato (H 2 ). De acuerdo con el concepto de Brönsted-Lowry un ácido es una sustancia capaz de donar un H + y una base una sustancia capaz de aceptarlo. Por lo tanto, la acidez de una solución depende de su concentración de hidrogeniones [H + ]. En el plasma normal la concentración de [H + ] es de 40 nmol/l. Para no utilizar estas unidades tan pequeñas Sorensen propuso el concepto de ph, que es el logaritmo negativo de la concentración de [H+] expresada en mmol/l. Por ende, la acidez se mide como ph. El ph plasmático se refiere habitualmente a la relación entre las concentraciones de bicarbonato/ácido carbónico. El, en presencia de anhidrasa carbónica (AC), se hidrata de la siguiente forma: + H 2 O < > H 2 < > H + + H
6 MEDIO INTERNO 7 Cuadro 1-3. Composición iónica de los distintos compartimientos del organismo Ion Plasma Líquido intersticial LIC* (meq/l) (meq/l) (meq/l) Cationes Na K + 4,3 4,5 150 Ca2 + 2,5 2,4 4 Mg2 + 1,1 1,1 34 Aniones Cl ,4 4 HCO ,1 12 Fosfatos 2 2,3 40 Proteínas Otros 5,9 6,2 90 *Célula muscular esquelética. En el plasma, donde no existe anhidrasa carbónica, casi todo el ácido carbónico está disociado en y H 2 O, y la concentración del ácido carbónico es muy escasa ( 0,003 mmol/l). Sin embargo, esta pequeña cantidad se encuentra disociada en H y H +, el bicarbonato entra en el glóbulo rojo y el hidrogenión queda en el plasma, lo que explica el aumento de la acidez cuando aumenta el en el plasma. La fuerza de un ácido depende del grado de disociación de éste en agua. Su tendencia a disociarse puede cuantificarse aplicando la ecuación de Henderson- Hasselbach al sistema bicarbonato/ácido carbónico: HCO 3 (base) ph = pk + log H 2 (ácido) el pk a 37ºC tiene un valor de 3,5, luego: ph = 3,5 + log (24/0,003) = 3,5 + log = 3,5 + 3,9 = 7,4 que es el ph normal del plasma arterial. La concentración normal de bicarbonato en el plasma es 24 mmol/l. Como la concentración de H 2 es tan pequeña y es difícil de medir, habitualmente se recurrre a incluir en la fórmula el, aprovechando que su concentración es proporcional a la de H 2. Por lo tanto la ecuación sería: H (mmol/l) ph = pk + log disuelto(mmol/l) + H 2 La concentración real de ácido carbónico en el plasma es tan pequeña que la podemos ignorar. La concentración de disuelto en el plasma es proporcional a su presión parcial por la constante de solubilidad del en el agua, que a 37ºC tiene un valor de 0,03, expresándola en mmhg; por consiguiente: H ph = pk + log p 0,03 Dado que el valor del pk del sistema bicarbonato/ a 37ºC es de 6,1, el bicarbonato normal del plasma arterial es de 24 mmol/l y la p arterial normal es de 40 mmhg, el ph de la sangre arterial normal será: ph = 6,1 + log (24/1,2) = 6,1 + 1,3 = 7,4 En condiciones normales las concentraciones de bicarbonato y el disuelto están en proporción 20/1 y siempre que esta proporción se mantenga, el ph será de 7,4. Si se quiere expresar la acidez de los líquidos corporales en términos de [H + ], en nmol/l o neq/l, a partir del bicarbonato y la p, se emplea la siguiente fórmula: p (mm Hg) [H+] ( nmol/l o neq/l ) = 24 = = 40 H (meq/l) 24 La relación entre el ph y [H + ] es la siguiente: ph 6,7 6,8 6,9 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 [H+] Es decir, a medida que aumenta la [H + ] el ph diminuye, por lo que tienen una relación inversa: a mayor ph, menor concentración de hidrogeniones. El medio interno ha de mantener un ph dentro de límites fisiológicos de 7,35 y 7,45. En el organismo existe una producción continua de ácidos: meq/día de ácidos fijos, procedentes básicamente del metabolismo de los aminoácidos que contienen sulfuro (metionina, cisteína) y aminoácidos catiónicos (lisina y arginina) meq/día de ácido volátil en forma de. Estos ácidos serán eliminados del organismo, pero los procesos de eliminación de los ácidos fijos son lentos. Sin embargo, el organismo dispone de medios para de-
7 8 fenderse rápidamente de la acidez y que actúan en forma coordinada. La primera línea de defensa: los buffers; la segunda línea: la regulación respiratoria y la tercera línea: la regulación renal. Un buffer es un sistema formado por un ácido débil y una sal fuerte de ese ácido, que funciona como base. En los líquidos corporales, tanto extracelulares como intracelulares, existen buffers cuya misión es amortiguar o disminuir los cambios de acidez de una solución cuando a ésta se le añade un ácido o un álcali y conseguir, por lo tanto, que el ph de la solución cambie lo menos posible. Su efecto es prácticamente inmediato. Lo ideal es que el buffer tenga la misma cantidad de sus dos componentes (ácido y base), para amortiguar tanto un ácido como una base. Los buffers del compartimiento extracelular son los siguientes: A. Bicarbonato/, en el plasma y líquido intersticial. B. Hemoglobina, en los hematíes. C. Proteínas plasmáticas. D. Fosfato disódico/fosfato monosódico, en plasma, hematíes y líquido intersticial. En condiciones normales el sistema bicarbonato/ representa el 75% de la capacidad buffer total de la sangre. Es un buffer excelente a pesar de hallarse en relación 20/1, ya que su componente ácido ( ) es gaseoso y además muy difusible, lo que permite una modificación muy rápida de sus niveles mediante la respiración. Los buffers del compartimiento intracelular son más importantes desde el punto de vista cuantitativo, pero no bien conocidos. Aparte del sistema de la hemoglobina, los más importantes son el del fosfato disódico/fosfato monosódico y el de las proteínas intracelulares. Los H + penetran en las células intercambiándose por Na +, K + y lactato, y son neutralizados por ellos; este proceso tarda de 2 a 4 horas. La segunda línea de defensa actúa amortiguando la acidez o la alcalinidad sobre la base de eliminar o retener, lo que disminuye o aumenta el ácido carbónico y, en consecuencia, la [H + ]. En condiciones normales todos los ácidos volátiles producidos son eliminados por el pulmón practicamente en su totalidad. Esta compensación se realiza en pocas horas. La tercera línea, la regulación renal: normalmente se producen H + de entre 50 y 100 meq/día. En condiciones patológicas pueden producirse hasta 500 meq/día, que se neutralizan con los buffers extracelulares e intracelulares pero que son eliminados por el riñón, ya que el pulmón no excreta H +. El riñón contribuye al balance ácido-base regulando la excreción de H + en tanto que la concentración de H permanezca dentro de límites apropiados. Esto involucra dos pasos básicos: A. La reabsorción tubular del bicarbonato filtrado en el glomérulo. B. La regeneración del bicarbonato gastado en la neutralización del ácido fijo, mediante la eliminación de H +. ANION GAP También conocido como anión restante o hiatoaniónico, es el resultado de la diferencia entre los cationes y los aniones del LEC medidos en el suero. Como la suma de las cargas positivas y negativas debe ser igual, el anión restante representa las proteínas plasmáticas con carga negativa y otras sustancias inorgánicas de carga negativa (fosfatos, sulfatos, lactato). GAP = Na + (Cl + H ) El valor normal es de 12 ± 2 meq/l y se utiliza para el diagnóstico y el tratamiento de las alteraciones ácido-base metabólicas. BIBLIOGRAFÍA Adrogué HJ, Madias NE. Hypernatremia. NEJM 2000; 342: Adrogué HJ, Madias NE. Hyponatremia. NEJM 2000; 342: Kairiyama O, Caputo D, Bazerque F. Síndromes hiperosmolares. Hiperpotasemia. Diagnóstico inicial del estado ácido-base. En: Terapia Intensiva. SATI 3ª ed. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana; Kokko J, Tannen R: Fluids and Electrolytes, 3 rd ed. Philadelphia: WB. Saunders; Manual Washington de Terapéutica Médica. 10ª ed. Barcelona: Masson; Maxwell & Kleeman s. Narins R (ed): Fluid and electrolyte metabolism, 5 th ed. New York: McGraw-Hill; Stein J.H. Disorders of electrolyte and acid-base balance. Internal Medicine. 5 th ed. Mosby; p. 805.
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