ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE Carvajal Ramos M, Sánchez Sánchez M, Cornide Santos I, Panadero Carlavilla FJ El ph refleja la concentración de cationes de hidrógeno presentes en una determinada sustancia, y se define como el logaritmo negativo de base 10 de la cantidad de hidrogeniones presentes en dicha sustancia. Es una medida de la acidez de una sustancia. ph = - log 10 [H + ] El mantenimiento de un ph adecuado es esencial para el correcto funcionamiento de las células. En el cuerpo humano el ph sanguíneo normal se encuentra entre 7,35-7,45, por debajo de 7,35 de ph hablamos de acidosis, y por encima de 7,45 hablamos de alcalosis. De manera habitual, diariamente, el organismo libera una gran cantidad de ácidos producto del metabolismo celular y de los procesos de nutrición y degradación de los sistemas tisulares. A pesar de ello, la concentración de hidrogeniones libres permanece estable, fija, en los diversos compartimentos corporales. Esto ocurre gracias a la acción de sistemas tamponadores, de amortiguación, fisiológicos que actúan con gran inmediatez cada vez que ocurre una alteración significativa en las concentraciones de hidrogeniones. Pero también gracias a la implicación de sistemas excretores de aniones o más bien neutralizadores de aniones localizados en el pulmón y en el riñón, y que en definitiva son los responsables del adecuado mantenimiento del ph. Para llegar a entender el funcionamiento de estos sistemas, así como la regulación del ph, debemos clarificar algunos conceptos: - Ácido.- sustancia capaz de ceder hidrogeniones - Base.- sustancia capaz de aceptar H + - Acidemia.- aumento en plasma de la concentración de H + - Alcalemia.- disminución plasmática de la concentración d e H + - Acidosis.- situación donde se produce un incremento de H + - Alcalosis.- situación en la que se produce una disminución de H + - Anión GAP.- El mantenimiento de la electroneutralidad es básico para el funcionamiento celular, de tal manera que las cargas positivas (cationes) deben igualarse a las cargas negativas (aniones). Cuando esto no ocurre, se produce un fallo en la equivalencia, una falta de unos u otros elementos. Este fallo, este agujero que queda entre las cargas positivas y las negativas es lo que se denomina anión GAP. Se calcula con la formula Na-(CL- +HCO3) y el valor normal oscila entre 8-16 meq 8.- Sistemas de tampón (buffers).- un buffer es un sistema formado por un ácido débil y una sal fuerte de dicho ácido. Se encargan de amortiguar, de neutralizar los cambios de acidez de una solución cuando a ésta se le añade un ácido o una base, de manera que el ph no sufra variaciones. Su acción es inmediata, así como su efecto. La situación ideal es aquella en la que existen en la solución la misma cantidad de ácido que de base para poder tamponar tanto el exceso de ácido como el exceso de base. Hablamos de acidosis o alcalosis respiratoria cuando las concentraciones que se modifican son las de PCO 2 (presion de anhídrido carbónico manejada en primera instancia por la ventilación pulmonar) y de acidosis o alcalosis metabólica cuando lo que se modifica es la concentración de bicarbonato (HCO 3 manejo que corresponde al riñón)
El ph, como ya hemos dicho, se define por la concentración de hidrogeniones H +, y se regula mediante la siguiente ecuación: H2O + CO2? H + + HCO3 - De tal manera que en el mantenimiento del equilibrio del ph, interviene el bicarbonato (H - CO 3 ), generando o eliminando agua (H 2 O) y dióxido de carbono (CO 2 ), en función del equilibrio de la ecuación. Valores en sangre arterial ph? 7,35 7,45 PCO 2? 35 45 mmhg Bicarbonato? 21 30 meq/l Para el mantenimiento de este equilibrio hay dos sistemas cuya participación es fundamental. El sistema respiratorio es el sistema rápido que tarda aproximadamente 1 hora en actuar; lo que hace es eliminar más o menos CO 2, en función de los requerimientos metabólicos (dibujo 1). El sistema renal es un sistema más lento, tarda entre 24-48h en iniciarse, pero su duración es más larga. Actúa regulando el tampón bicarbonato, principalmente a nivel de la reabsorción del bicarbonato filtrado en orina, y la excreción de amoniaco (dibujo 2). Habitualmente la concentración de H+ en el liquido extracelular es baja (aprox. 45 neq/l) aunque bien es cierto que pequeñas variaciones en esta concentración pueden suponer alteraciones muy importantes en el funcionamiento celular, por tanto existen unos valores de concentración de H+ en los que es posible vivir, mientras que cifras por exceso o por defecto de esos valores son incompatibles con la vida. Estos valores oscilan entre 16-160 neq/l, lo que equivale a un ph comprendido entre 6,80 y 7,80 En el catabolismo celular, el principal producto de degradación es el CO 2, ya que supone un 98% de la carga total de ácidos. Realmente no es un ácido en sí mismo ya que no contiene H +, pero en la reacción de hidratación catalizada por la anhidrasa carbonica genera ácido carbónico (H 2 CO 3) que ya sí contiene hidrogeniones CO 2 +H 2 O =H 2 CO 3 >< H + + HCO 3 - El CO 2 es un elemento gaseoso que será eliminado por el pulmón, sin que se produzca una retención neta de ácidos. Es un ácido volátil. Pero existe un pequeño porcentaje de ácidos producidos en nuestros sistemas, que no son volátiles, que no pueden ser eliminados vía
ventilación. Hasta un 2% del total de la carga ácida. Estos ácidos, ácidos fijos, provienen básicamente de la degradación de los aminoácidos sulfurados, y deben ser eliminados vía renal. FISIOLOGÍA Como ya hemos comentado, en el organismo se producen diariamente una cantidad importante de ácidos (50-100 meq/día) provenientes en su mayoría de la degradación de los aminoácidos sulfurados (metionina, cisterna) y de los cationicos (lisina, arginina). Los hidratos de carbono y las grasas se metabolizan como productos neutros, aunque en determinadas circunstancias (hipoxia, déficit de insulina, etc.) pueden incrementar la carga ácida total. Estos ácidos deben ser eliminados necesariamente del organismo. Los sistemas de evacuación de los acidos fijos son lentos; sin embargo disponemos de mecanismos para eliminar la acidez o el aumento de la concentración de H +, que actúan de manera coordinada. Una primera barrera, los sistemas tamponadores, una segunda barrera, la regulación respiratoria y finalmente una tercera barrera, la regulación renal. En el compartimento extracelular, contamos con sistemas tampón formados por el bicarbonato CO 2 en plasma y líquido intersticial, la Hb en los hematíes, y por último las proteínas plasmáticas y el fosfato tanto en plasma como en hematíes y en el líquido intersticial En el compartimento intracelular los tampones más importantes son el sistema fosfato disódico/monosódico, las proteínas intracelulares y la Hb. El sistema del bicarbonato supone el 75% de la capacidad tamponadora del organismo, y es un complejo muy eficaz ya que su componente ácido, el CO 2, es un gas muy difusible, lo que nos ofrece una modificación casi instantánea de sus niveles mediante la regulación ventilatoria. En cuanto a los sistemas intracelulares, los H+ son integrados dentro de la célula, intercambiándose por Na +, K + y lactato, siendo de este modo neutralizados. Este proceso es más lento, pudiendo durar hasta 4-6 horas La segunda línea, es la respiración, que retiene o elimina CO 2 según sea necesario. El CO 2 resultante del catabolismo tisular, se moviliza al plasma donde puede o bien disolverse, o bien hidratarse formando bicarbonato; aunque en su mayor parte pasa al interior del hematíe, donde una gran cantidad se hidrata para formar bicarbonato gracias a las elevadas concentraciones de anhidrasa carbonica existentes en el hematíe. Otra porción se une a la Hb, formando compuestos carbamino. En estos procesos se liberan H + que son captados por los fosfatos intraeritrocitarios y sobre todo por la Hb. La Hb se comporta como una base, en condiciones normales con predominio de cargas negativas, siendo por tanto capaz de aceptar H +.Cuando ésta se desoxigena, aumenta su carácter básico, y por tanto es capaz de aceptar aún una mayor concentración de H + ; además esto sucede en los tejidos donde suelta el O 2 y recoge el CO 2, aumentando su concentración de H +. En el interior del hematíe se forma, entonces bicarbonato, de manera que superados unos límites es vertido a plasma, lo que hace que la sangre venosa sea más rica en concentración de bicarbonato que la sangre arterial. En el pulmón, aumenta la PCO 2 en el eritrocito, que a partir de ciertas concentraciones es vertido al plasma, el CO 2 difunde con gran facilidad y atraviesa la barrera alveolo-capilar siendo eliminado con el aire espirado. De modo que cuando la PCO 2 aumenta, aumenta la ventilación alveolar, se elimina el exceso de CO 2 y en condiciones normales con un pulmón normofuncionante no aparecen ni hipercapnia ni acidosis respiratoria. Si el pulmón no responde o existen alteraciones en la ventilación, el CO 2 se acumula y cuando se saturan los buffers se produce acidosis respiratoria por aumento de pco 2 y de ácido carbónico. El riñón regula la excrecion de H +, siempre y cuando existan unos niveles adecuados de bicarbonato. Esto implica que la reabsorción tubular del bicarbonato que se ha filtrado en el glomerulo debe ser adecuada. Se realiza en el tubo colector y en el tubo proximal y depende
básicamente de la cantidad de bicarbonato presente en el túbulo, (por debajo de ciertas concentraciones se absorbe todo el bicarbonato que llega), del nivel de PCO2, del grado de replección del volumen extracelular, del nivel de potasio plasmatico y del nivel de mineralocorticoides. Pero también es necesario que el bicarbonato que se ha utilizado en la neutralización de los ácidos fijos sea repuesta. Ello se consigue mediante la eliminación de H+, tanto en el túbulo proximal mediante un sistema de cotransporte con Na, y en el tubo colector mediante un sistema de transporte activo primario. CLASIFICACIÓN En las alteraciones del equilibrio ácido-base, se produce primero el trastorno inicial que da lugar a la alteración, y a continuación se ponen en marcha los mecanismos de compensación iniciales, y tardíos. Esto es muy importante, porque en ocasiones nos encontramos con un ph normal (puesto que los mecanismos de compensación ya se han puesto en marcha) y son las alteraciones del CO 2 y bicarbonato las que nos ayudan a orientar el trastorno. La compensación metabólica de los trastornos respiratorios tarda entre 6 y 12 horas en comenzar y lega a ser de máxima eficacia en días o semanas tras el inicio. La compensación respiratoria de los problemas metabólicos se pone en marcha de manera inmediata, aunque su efecto máximo se obtiene en las siguientes 12-24 horas(tabla 1) ACIDOSIS METABOLICA ALCALOSIS METABOLICA ACIDOSIS RESPIRATORIA ALCALOSIS RESPIRATORIA ALTERACIÓN INICIAL RESPUESTA COMPENSADORA RELACIÓN FINAL? H - CO 3? PaCO 2? H - CO 3?PaCO 2?pH? H - CO 3? PaCO 2? H - CO 3? PaCO 2? ph? PaCO 2? H - CO 3? H - CO 3? PaCO 2? ph? PaCO 2? H - CO 3? H - CO 3? PaCO 2? ph Tabla 1. Mecanismos iniciales y compensadores en los distintos síndromes ácido-base. ACIDOSIS METABÓLICA Es la situación que se da con mayor frecuencia. Se produce por un descenso del bicarbonato (alteración inicial), que produce como respuesta compensadora una hiperventilación (al aumentar la frecuencia respiratoria se elimina más rápidamente el exceso de CO 2 generado). En la acidosis metabólica, el riñón no es capaz de eliminar el exceso de hidrogeniones y no recupera una cantidad suficiente de bicarbonato El descenso inicial del bicarbonato puede deberse a dos grandes causas: por aumento de las pérdidas, o por consumo elevado, en las situaciones de aumento de producción de ácidos endógenos (recordemos que el bicarbonato se consume en los sistemas de tampón buffer). Las pérdidas se producen principalmente a nivel del tubo digestivo, o renal. En cuanto a las pérdidas renales el grupo de patologías más frecuentes lo constituyen las acidosis tubulares renales. De las patologías digestivas que causan pérdida de bicarbonato la más frecuente es la diarrea, aunque también se da en fístulas a distintos niveles, o con algunos tratamientos. Otras causas de pérdida son minoritarias. Las situaciones de aumento de producción de ácidos endógenos son cinco principalmente: cetoacidosis diabética, acidosis láctica, intoxicaciones, rabdomiolisis e insuficiencia renal.
Tabla 2. Clasificación Acidosis Metabólica ACIDOSIS METABOLICA? Por pérdida de bicarbonato? Por aumento de producción de ácidos endógenos Renales Digestivas ATR (acidosis tubular renal tipos 1,2,3 y 4) Diarrea Fístulas entéricas Cetoacidosis diabética Intoxicaciones (pancreáticas, biliares, Insuficiencia Renal. intestinales) Ostomías intestinales La clínica que presenta un paciente con acidosis metabólica es bastante inespecífica, pudiendo presentar taquicardia, taquipnea, hiperventilación (respiración de Kussmaul) sudoración, y en casos más graves hipotensión, arritmias, disminución del nivel de conciencia y coma. Son todos ellos síntomas muy inespecíficos, por lo que para el diagnóstico será necesaria, aparte de una correcta anamnesis y exploración física, un análisis de sangre, que incluya gasometría (para valorar la concentración de CO 2 ), ph y bicarbonato, así como otros parámetros bioquímicos. El tratamiento varía en función de la situación clínica, aunque es básico iniciarlo con una correcta hidratación. Debe tratarse la patología desencadenante de la acidosis (por ejemplo, en caso de cetoacidosis diabética, empezaremos tratando la descompensación hiperglucémica). Normalmente la administración intravenosa de bicarbonato se reserva para acidosis graves (ph < 7,20), o en casos en los que no se puede tratar la causa subyacente, por lo que en la mayoría de las situaciones no suele ser necesario. ACIDOSIS RESPIRATORIA En la acidosis respiratoria el problema inicial es la retención, ya sea aguda o crónica, de CO2 que se produce como consecuencia de un descenso en la ventilación respiratoria. En situaciones agudas, en las que el riñón no tiene tiempo de compensar dicha retención de CO2, se produce un descenso del ph. En situaciones crónicas, como ocurre en enfermos de bronquitis crónica, por ejemplo, el riñón sí tiene tiempo de compensar, y se mantiene el ph en límites normales, a costa de un aumento crónico de bicarbonato. La situación aguda más frecuente es la crisis asmática, en la que se produce una disminución brusca de la ventilación. Como el riñón no tiene tiempo de poner en marcha sus mecanismos compensadores, el ph desciende bruscamente, por acumulación de hidrogeniones (acidosis). Puede aparecer disnea, taquipnea y sudoración, llegando a ser muy grave si no se trata con celeridad. También puede producirse hipoventilación en TCE severos, traumatismos torácicos, o con algunos fármacos (sedantes del SNC principalmente) Los pacientes broncópatas crónicos, en los que como hemos dicho, se pone en marcha el mecanismo de compensación renal, habitualmente no presentan síntomas (sólo podríamos verlo en un análisis de sangre, que incluya PaCO2 y bicarbonato). Pero en caso de reagudizaciones de su patología (por ejemplo en caso de infecciones respiratorias, o broncoespasmo asociado), se produce una retención brusca de CO2, que el riñón difícilmente puede compensar, puesto que los niveles de bicarbonato se encuentran ya descendidos, y la
situación clínica puede ser grave, con somnolencia e incluso disminución del nivel de conciencia. Tabla 3. Clinica y mecanismos de compensación en las Acidosis Respiratorias Paciente broncópata crónico Paciente asmático Situación crónica Descompensación aguda Sin patología broncoespasmo Clínica NO SI NO SI CO 2????? NORMAL? Bicarbonato?? NORMAL? ph NORMAL ACIDOSIS NORMAL ACIDOSIS Lo vemos claramente en la tabla 3. Un paciente broncópata crónico, no presenta síntomas, y mantiene ph equilibrado a pesar de retener crónicamente CO2, porque el riñón compensa la situación elevando el bicarbonato. En una descompensación aguda, sin embargo, no puede compensar, por lo que sube rápidamente el CO2, y se instaura la situación de acidosis. Sin embargo un paciente asmático, clínicamente controlado, sus parámetros bioquímicos se mantienen equilibrados en situación de salud, pero cuando presenta broncoespamo, se produce retención brusca de co2 que el riñón no puede compensar, por ser demasiado rápido, por lo que se produce acidosis sin elevarse el bicarbonato. ALCALOSIS METABÓLICA El mecanismo inicial en este caso es la pérdida, ya sea renal o digestiva, de ácidos, o bien (aunque mucho menos frecuente) el aporte externo de álcalis. Para que se instaure la alcalosis es además necesario que exista alguna patología que impida al riñón eliminar correctamente el exceso de bicarbonato que se genera al intentar mantener el ph correcto. Esto ocurre en situaciones de depleción de volumen y potasio. Para diagnosticar alcalosis metabólica debemos tener un ph > 7,45, y un bicarbonato > 26 meq/l. La causa más frecuente de esta situación, por otro lado infrecuente, es la que se deriva de la pérdida simultánea de cloro e hidrogeniones, ya sea a través de pérdidas digestivas (vómitos persistentes, lavado gástrico, diarrea, laxantes) o renales (diuréticos). Otras causas menos frecuentes son el hiperaldosteronismo primario, el síndrome de Cushing y el hipotiroidismo. Clínicamente la alcalosis metabólica se caracteriza por respiraciones lentas y superficiales, esto es por hipoventilación para tratar de retener CO2 y compensar el déficit de ácidos Los síntomas son bastante inespecíficos y estan en relación con la depleción de volumen, la hipopotasemia (debilidad, íleo paralítico) y la hipocalcemia (taquiarritmias, tetania), llegando en casos graves a la disminución del nivel de conciencia. El tratamiento se basa en la reposición de volumen, con suero salino fisiológico, y potasio. Y en su caso, el tratamiento de la causa subyacente. En alcalosis graves ó que no respondan al tratamiento puede ser necesario recurrir a la hemodiálisis. ALCALOSIS RESPIRATORIA La alcalosis respiratoria se produce, al contrario que en el caso anterior, en situaciones de hiperventilación pulmonar. En situaciones agudas, en las que el riñón no tiene tiempo de compensar, se pueden producir parestesias, calambres musculares, taquicardia, y en casos graves tetania y alteración del nivel de conciencia. La causa mas frecuente es la crisis de ansiedad, en la que se produce un aumento de la frecuencia e intensidad de la respiración. Por eso en las crisis de ansiedad pueden aparecer calambres, e incluso sincopes (perdida momentánea del conocimiento). El tratamiento puede ser respirar el propio aire expelido en una bolsa, porque al inhalar de nuevo el CO 2 recién
exhalado, se evita la hipocapnia (niveles de CO 2 por debajo del límite normal) y sus posteriores consecuencias. Otras causas menos frecuentes son las enfermedades del SNC, la intoxicación por salicilatos, la hipoxia o hipotensión, y también en algunas enfermedades de los pulmones, como infecciones, edema o embolismo pulmonar. CONCLUSIONES 1.- Los trastornos del equilibrio ácido-base son poco frecuentes, pero pueden llegar a ser muy graves si no se diagnostican y se tratan adecuadamente. 2.- El ph en sangre debe esta en condiciones normales entre 7,35 7,45. 3.- En el cuerpo humano, dicho equilibrio se mantiene gracias a dos mecanismos, uno de inicio rápido, del que se encarga el pulmón, regulando la ventilación y con ello la eliminación de CO 2, y otro de inicio lento, renal, a través de la eliminación urinaria de bicarbonato. De cualquier modo, el mecanismo más importante y eficaz para mantener un adecuado equilibrio es el buen funcionamiento de los sistemas intra y extracelulares de tamponamiento (buffers). 4.- Para su correcta valoración no es sólo necesario saber el ph sanguíneo sino también los niveles de CO 2 y bicarbonato en sangre. 5.- Las situaciones clínicas más frecuentes son las acidosis. Cetoacidosis diabética en el grupo de las acidosis metabólicas, y bronquitis crónica y broncoespasmo en el grupo de las acidosis respiratorias. REFERENCIAS.- 1. M.T León Martín, R. Salcedo Martínez, J.G Sentenac Merchán Manual de Protocolos y Actuaciones en Urgencias del Complejo Hospitalario de Toledo, Cap 97. Trastornos del equilibrio ácido-base.. Manual muy útil de consulta rápida. Fácil y accesible. 2. Harrison et al. Manual de Medicina Interna. Adecuado para ampliar información, aunque excesivamente farragoso si se desconoce el tema. Útil para ampliar el tema. 3. Lennhinger, Nelson, Cox. Principios de Bioquímica. Manual extenso de bioquímica. Muy útil para comprender la estructura de las biomoléculas y el metabolismo a nivel bioquímico. Especialmente interesante es el capítulo 4, donde se explica con detalle el mecanismo de los tampones ácido-base. 4. Rozman C. Compendio de Medicina Interna. Es un pequeño manual de consulta. Muy sencillo y de fácil manejo, aunque no muy extenso.