TEMA 28. REGULACIÓN DEL PH

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1 TEMA 28. REGULACIÓN DEL PH MECANISMOS DE COMPENSACIÓN ANTE VARIACIONES DEL PH El equilibrio ácido-base (también denominado homeostasis del ph) es una de las funciones esenciales del cuerpo. El ph de una solución es una medida de su concentración del ion H +. Como la concentración de H + del cuerpo es tan baja, se expresa comúnmente en una escala de ph logarítmica de 0-14 (ph = -log [H + ]), en la cual un ph de 7,0 es neutro (ni ácido ni básico). Si el ph de una solución está por debajo de 7,0, la solución tiene una concentración de H + mayor y se la considera ácida. Si el ph está por encima de 7,0, la solución tiene una concentración de H + inferior y se la considera alcalina (básica). El ph normal de la sangre es 7,4 (7,35-7,45) se mantiene en un estrecho rango ya que pequeños cambios de ph suponen grandes cambios de las reacciones químicas de las células que producirían trastornos incompatibles con la vida. Los cambios en la concentración de H + alteran: La estructura terciaria de proteínas al interactuar con los puentes de hidrógeno. Actividad de las células excitables: - Sistema nervioso, alterando la excitabilidad de las neuronas. - Músculos esqueléticos - Corazón BALANCE DE H + EN EL ORGANISMO En el funcionamiento cotidiano, el cuerpo debe enfrentar la ingestión y la producción de ácidos más que de bases. Los hidrogeniones provienen tanto de los alimentos como del metabolismo interno. El mantenimiento del equilibrio de masas requiere que el ingreso y la producción de ácidos estén equilibrados con la excreción de ácidos. Ingreso de ácidos. El cuerpo humano produce ácido de forma continua. Cada día, un individuo adulto normal produce aproximadamente nmol de ácido volátil y unos 80 nmoles de ácido no volátil. Muchos intermediarios metabólicos y alimentos son ácidos orgánicos que se ionizan y contribuyen con el H + a los líquidos corporales. Ejemplos de ácidos orgánicos son los aminoácidos, los ácidos grasos, los intermediarios en el ciclo del ácido cítrico y el ácido láctico producido por el metabolismo anaerobio. La producción metabólica de ácidos orgánicos crea cada día una cantidad importante de H + que deben ser excretados para mantener el equilibrio de masas. La fuente más grande de ácido volátil es la producción de CO2 durante la respiración aerobia. El dióxido de carbono no es un ácido porque no contiene ningún átomo de hidrógeno. Sin embargo, el CO2 de la respiración se combina con agua para formar ácido carbónico (H2CO3), que se disocia en H + y HCO3 -. 1

2 Ingreso de bases. Nuestra dieta y metabolismo tiene muy pocas fuentes importantes de bases. A medida que se producen los iones hidrógeno (H + ) son neutralizados por sistemas de tampón circulantes, que los preparan para su excreción final del organismo. La capacidad tamponadora total de los diferentes sistemas que son capaces de realizar esta función es aproximadamente de 15 nmol/kg de peso corporal. La producción normal de ácido no volátil sólo, agotaría esa capacidad tamponadora de los sistemas tampón en pocos días, pero ello no es así porque los riñones excretan iones H +, restableciendo los depósitos de bicarbonato y el aparato respiratorio elimina CO 2. De esta forma, el ion H +, como otros iones, está sometido a un estricto control que logra mantener su concentración en los líquidos extracelulares dentro de unos límites. Mediante la aplicación de la ecuación de Henderson-Hasselbalch podemos deducir que en un individuo normal, con un ph de 7,4, la relación existente entre el bicarbonato y el ácido carbónico es de 20:1, y el organismo tratará de corregir cualquier alteración de esta relación para mantener la estabilidad de este equilibrio. ph=pk+log HCO 3 - =6,1+log 24 H 2 CO 3 1,2 =7,4 Para mantener el ph se necesita 20 veces más de HCO3 - El CO2 y, consiguientemente el ácido carbónico, cuya concentración es controlada por los pulmones, se denominan de forma genérica componente respiratorio, mientras que el bicarbonato, que es controlado por los riñones, recibe el nombre genérico de componente metabólico o renal. En condiciones normales, tanto los pulmones como los riñones son capaces de aumentar o disminuir el nivel de sus respectivos constituyentes tampón para alcanzar el objetivo primario; es decir, la relación 20:1, que es esencial para mantener el ph normal de la sangre MECANISMOS DE REGULACIÓN DEL PH Cómo maneja el cuerpo los cambios minuto a minuto en el ph? Existen tres mecanismos: 1) La primera línea de defensa la forman los sistemas tampón, amortiguadores o buffers químicos de los compartimentos intra y extracelular que actúan en segundos. - Proteínas plasmáticas. - Tampón bicarbonato, en el plasma y líquido intersticial. - Tampón fosfato, en plasma, hematíes y líquido intersticial. 2) La segunda línea de defensa, la regulación respiratoria (actúa en minutos), actúa amortiguando la acidez o alcalinidad a base de eliminar o retener CO2, lo que disminuye o aumenta el ácido carbónico, y en consecuencia la [H + ]. En condiciones normales todos los ácidos volátiles producidos han de ser eliminados por el pulmón en su práctica totalidad. El CO2 es un gas soluble en los líquidos corporales y se difunde unas 20 veces más que el O2, por lo que tiende a moverse muy rápidamente desde donde hay más a donde hay menos. Cambios en la frecuencia y/o profundidad de la respiración o la [CO2] en la sangre, por tanto, o la [H + ]. 3) La tercera línea de defensa, la regulación renal (actúa en horas o días y es el mecanismo más potente). El riñón contribuye al balance ácido-base regulando la excreción de H +, haciendo que la concentración de HCO3 - permanezca dentro de unos límites apropiados. Estos mecanismos se verán más en detalle. 2

3 28.4. REGULACIÓN RENAL DEL PH El túbulo proximal reabsorbe la mayoría del HCO3 - filtrado por métodos indirectos ya que no hay transportadores específicos del HCO3 -. El HCO3 - se reabsorbe en el túbulo proximal y en el túbulo distal mediante un cotransportador antiporte Na + /H + y la anhidrasa carbónica. El resultado es la excreción de H + y reabsorción de Na + y HCO3 -. En el túbulo distal, se usa el tampón fosfato exactamente igual y con el mismo resultado: excreción de H + y reabsorción de Na + y HCO3 -. Además, en el túbulo distal se usa la glutamina para obtener NH3. El NH3 difunde fácilmente fuera de la célula tubular donde se une con el H + excretado para formar amonio (NH4 + ) que no puede difundir y queda atrapado en la luz tubular excretándose con la orina combinado con el cloro. El ion NH4 + necesitaría de un transportador para salir de la célula. Del metabolismo de la glutamina se obtiene también HCO3 - que se reabsorberá junto al Na +. De nuevo, el resultado es la excreción de H + y reabsorción de Na + y HCO3 -. En el Túbulo colector se realiza la regulación fina del equilibrio ácido base. Allí existen dos tipos celulares en los cuales hay bombas de protones o H + -ATPasa y H + /K + -ATPasa. Estas células se llaman células intercaladas y tienen concentraciones elevadas de anhidrasa carbónica (AC). DURANTE LA ACIDOSIS FUNCIONAN LAS CÉLULAS INTERCALADAS DE TIPO A En esta situación las células eliminan (secretan) una considerable cantidad de H + mediante la H + -ATPasa y H + /K + -ATPasa. Gracias a la acción de la anhidrasa carbónica también se reabsorbe HCO3 -. Debido a que H + /K + -ATPasa intercambia los H + por K +, se produce un aumento de la reabsorción de K + que puede, si es grave, producir una hiperpotasemia o hipercaliemia. Durante la hiperpotasemia el potencial de la membrana (Vm) en reposo de las células excitables se acerca al umbral e inicialmente las células se despolarizan fácilmente. Progresivamente hay más y más despolarización, volviéndose casi permanente. Además, con el Vm reposo tan positivo los canales de Na + se cierran y a largo plazo da lugar a que no se generen nuevos estímulos. Por tanto, más tarde hay debilidad muscular generalizada y disminución de la actividad nerviosa. DURANTE LA ALCALOSIS FUNCIONAN LAS CÉLULAS INTERCALADAS DE TIPO B En estas células los transportadores la H + -ATPasa y H + /K + -ATPasa se encuentran al otro lado de la membrana celular o membrana basolateral y funcionan de forma opuesta. Se reabsorbe H + mediante la H + -ATPasa y H + /K + -ATPasa y en el extremo opuesto se excreta HCO3 -, de nuevo gracias a la acción de la anhidrasa carbónica. En este caso la acción de la H + /K + -ATPasa produce un aumento de la secreción de K + que puede, si es grave, producir una hipopotasemia o hipocaliemia. 3

4 Durante la hipopotasemia el Vm en reposo de las células excitables se aleja más del umbral (se hace más negativo) y eso dificulta que se desarrollen los potenciales de acción en las células excitables. Por tanto, al igual que ocurría antes habrá también una debilidad muscular generalizada, (corazón, aparato gastrointestinal) y una disminución de la actividad nerviosa. Es posible que si se llegan a producir potenciales de acción den lugar a contracciones más potentes, dando lugar a espasmos y tétanos que si afectan a los músculos respiratorios produciría una parálisis respiratoria ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE Trastorno Acidosis metabólica Alcalosis Metabólica Acidosis respiratoria Alcalosis respiratoria Causas cetoacidosis diabética, la intoxicación por ácido acetilsalicílico, diarreas graves, acidosis láctica por sobrecarga muscular, etc. Vómitos persistentes, el lavado gástrico, el exceso de medicación diurética, la ingestión desordenada de sustancias alcalinas, etc. enfermedad broncopulmonar, intoxicación por barbitúricos, respiración asistida mal estimada y asfixia, etc. ansiedad, fiebre alta, intoxicación por ciertos fármacos, etc. En la acidosis metabólica el riñón no elimina el exceso de iones hidrógeno y no recupera una cantidad suficiente de bicarbonato. Un nivel disminuido de bicarbonato en presencia de una pco2 normal produce una disminución de la relación entre el bicarbonato y el ácido carbónico (menos de 20:1), por lo que ocasiona una reducción del ph. Algunas causas de esta alteración son la cetoacidosis diabética, la intoxicación ácida (por ejemplo, el ácido acetilsalicílico) y la acidosis láctica por sobrecarga muscular. En todas estas situaciones el organismo tiende a reponer la relación normal de 20:1 entre el bicarbonato y el ácido carbónico. A este proceso lo conocemos como compensación. En la acidosis metabólica los pulmones tienden a compensar eliminando cantidades mayores de CO2, hiperventilando (la acidosis estimula el centro de control respiratorio del SNC). Al reducir la pco2, como el bicarbonato está bajo por la alteración primaria, se tiende a restablecer la relación 20:1 entre el bicarbonato y el ácido carbónico y, en 4

5 consecuencia, el ph se desplaza hacia la normalidad. Fisiológicamente, la compensación nunca es completa. La alcalosis metabólica se caracteriza por la presencia de bicarbonato en exceso y puede producirse como consecuencia del agotamiento del ácido en el organismo o de la ingestión de un exceso de base. En estas condiciones, un nivel aumentado de bicarbonato se asocia a una pco2 normal y el resultado es un aumento en la relación bicarbonato / ácido carbónico, lógicamente con la elevación del ph sistémico. Algunas causas de este trastorno son los vómitos persistentes, el lavado gástrico, el exceso de medicación diurética y la ingestión desordenada de sustancias alcalinas. En todos estos casos el sistema reaccionará para restablecer el equilibrio entre bases y ácidos y normalizar el ph. El centro de control respiratorio inducirá una hipoventilación con retención de CO2 y, por tanto, de nuevo se compensa el aumento del bicarbonato con aumento de la pco2. La acidosis respiratoria se caracteriza por la incapacidad de los pulmones para eliminar todo el CO2 producido por el organismo, por lo que la pco2 aumenta y la existencia de un nivel normal de bicarbonato produce una disminución en la relación bicarbonato / ácido carbónico. Algunas causas de esta alteración son la enfermedad broncopulmonar, intoxicación por barbitúricos, respiración asistida mal estimada y asfixia. La compensación, en este caso, se producirá porque el riñón eliminará una mayor cantidad de H + causando, de este modo, un incremento del bicarbonato reabsorbido. Por último, la alcalosis respiratoria se caracteriza por una eliminación excesiva de CO2 a través de los pulmones. De nuevo, la reducción de la pco2 con niveles normales de bicarbonato aumenta la relación entre bases y ácidos, por lo que se eleva el ph. Las causas más frecuentes de este trastorno son los estados de ansiedad, fiebre alta e intoxicación por ciertos fármacos. En este caso, la compensación la establecen los riñones, reduciendo la producción de bicarbonato. Hemos de recordar que, en términos generales, cuando el trastorno primario es metabólico (renal), la compensación es respiratoria y se produce inmediatamente. Por el contrario, cuando la alteración primaria es de origen respiratorio, la compensación es metabólica y los mecanismos renales que se ponen en marcha requieren varios días para llevar a cabo dicha compensación COMPENSACIONES DE LAS ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE Trastorno Cambio primario ph Respuesta compensadora Acidosis metabólica HCO3 - pco2 Alcalosis Metabólica HCO3 - pco2 Acidosis respiratoria pco2 HCO3 - Alcalosis respiratoria pco2 HCO3 - Cuando los amortiguadores (1ª línea) no son eficaces dejan al organismo con las otras 2 líneas de defensa, la respiratoria (2ª línea) y la renal (3ª línea) para compensar el desequilibrio del ph producido. Como se observa en la tabla: Una Acidosis metabólica se compensa con una Alcalosis respiratoria. Una Alcalosis metabólica se compensa con una Acidosis respiratoria. Una Acidosis respiratoria se compensa con una Alcalosis metabólica. Una Alcalosis respiratoria se compensa con una Acidosis metabólica. 5

6 28.7. PRINCIPALES DIURÉTICOS Los diuréticos se usan ampliamente en clínica para tratar la hipertensión arterial y en patologías que cursan con grandes edemas. Sus acciones básicas son impedir la reabsorción de Na + (la mayoría) y/o la reabsorción de agua en diferentes segmentos de la nefrona. Osmóticos. Urea, manitol, sacarosa, podría ser la glucosa en diabéticos. Aumentan la osmolaridad en el túbulo proximal e impiden reabsorción de agua. Inhibidores de la anhidrasa carbónica. Acetazolamida, vorzolamida, cetoconazol. Impiden la reabsorción de Na + que se realiza con el bicarbonato en el túbulo proximal. Producen un cierto grado de acidosis debido a la excesiva pérdida de bicarbonato por la orina. Diuréticos de asa. Furosemida, ácido etacrínico, bumetanida. Bloquean el cotransporte activo de Na +, 2Cl - y K + en el segmento grueso del asa de Henle. Aumentan la cantidad de solutos al segmento distal de la nefrona y rompen el sistema multiplicador contracorriente basado principalmente en la reabsorción de estos solutos en el asa de Henle ascendente. Son los más potentes. Tiazídicos (derivados de la tiazida). Hidroclorotiazida, clortalidona. Inhiben el cotransporte Na/Cl - en el túbulo distal. Ahorradores de potasio: - Inhibidores de los canales de sodio. Triamtereno, amiloride. Bloquean las bombas de Na + /K + no dependientes de la Aldosterona en el túbulo colector, de modo parecido a la espironolactona. - Antagonistas de la aldosterona. Espironolactona, eplerenona canrenoato. Bloquean la acción de la aldosterona en el final de túbulo distal e inicio de túbulo colector. Antagonistas de la ADH. Los vaptanes (mozavaptan, lixivaptan, satavaptan y tolvaptan) son antagonistas del receptor de la ADH en el riñón. Las características generales más importantes de todos ellos son su efecto sobre la eliminación únicamente de agua libre sin afectar la excreción de electrolitos. 6