Fisiología de los trastornos del desequilibrio ácido-básico
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Fisiología de los trastornos del desequilibrio ácido-básico. En el organismo existe una producción continua de ácidos. Los ácidos fijos proceden básicamente de los aminoácidos que contienen sulfuros (metionina y cisteína) y de los aminoácidos catiónicos (lisina y arginina). También los hidratos de carbono y las grasas en condiciones normales son metabolizados a productos neutros, pero en condiciones anormales como la hipoxia o el déficit de insulina pueden producir una carga de ácidos.
Sumario
Introducción
El desequilibrio ácido-básico requiere de la integración de 3 sistemas orgánicos: el hígado, el pulmón y el riñón. El hígado metaboliza las proteínas produciendo iones hidrógenos, el pulmón elimina el dióxido de carbono y los riñones generan bicarbonato.
Un ion hidrógeno es un simple protón liberado a partir de un átomo de hidrógeno. Las moléculas que contienen átomos de hidrógeno y que pueden liberar iones en una solución reciben el nombre de ácidos.
Tipos de acidos
Existen ácidos fuertes y débiles; un ejemplo de ácido fuerte es el ácido clorhídrico (HCl), el cual se disocia rápidamente y libera grandes cantidades de iones hidrógenos (H) e iones de cloro (Cl). Los ácidos débiles tienen menor tendencia a disociar sus iones, por lo que liberan H con menos intensidad.
Una base fuerte es la que reacciona de forma rápida y potente con un hidrógeno, por lo que lo elimina con rapidez de la solución, un ejemplo es el hidroxilo (OH), que reacciona con hidrógeno para formar agua. Una base débil es el bicarbonato (HCO 3), ya que capta hidrógeno (H) de manera más débil que el hidroxilo.
El pH
En resumen, un ácido es una sustancia capaz de donar iones hidrógenos y una base capaz de aceptarlos. En el plasma normal la concentración de hidrogeniones es de 40 mmol/L. Para no utilizar estas unidades tan pequeñas Sorensen propuso el concepto de pH.
pH = al logaritmo negativo de la concentración de hidrogeniones expresada en mmol/L.
El pH del plasma normal es – log 0,0000004=7,3979 (aproximadamente 7,40) y expresa la relación entre las concentraciones de bicarbonato y ácido carbónico.
El dióxido de carbono (CO2) en presencia de anhidrasa carbónica (AC) se hidrata de la forma que se muestra en la figura 1.
En el plasma, como no existe anhidrasa carbónica, casi todo el ácido carbónico (H2CO3) está disociado en CO2 y H2O, por lo que la concentración de ácido carbónico es muy baja, sin embargo, esta pequeña cantidad del ácido se disocia en HCO3 y H, lo cual explica porqué aumenta la acidez cuando aumenta el CO2. La concentración normal de bicarbonato en el plasma es de 24 mmol/L. A la fórmula de Henderson-Hasselbach se le hacen modificaciones en la variable del ácido carbónico debido a su baja concentración en el plasma, ya que sustituye la concentración de dióxido de carbono por su coeficiente de solubilidad en el agua, que a 37 oC tiene un valor de 0,003 expresado en mmHg. Figura 2.
Debido a que el valor de pk (constante de disociación) del sistema bicarbonato/dióxido de carbono a 37 oC es de 6,1, la concentración de bicarbonato en el plasma arterial es de 24 mmol/L y la presión de [[dióxido de carbono]] es de 40 mmHg, el pH de la sangre arterial normal es: pH= 6,1+log (24/1,2) =6,1 +1,3 =7,4
Se considera que el pH de la sangre venosa es de 7,35 así como el de los líquidos intersticiales por el contenido extra de CO2 en estos líquidos, sin embargo, el pH intracelular varía entre 6,0 y 7,4 según el tipo de célula. Grandes variaciones del pH por debajo de 6,8 o por encima de 7,8 ponen en riesgo la vida del enfermo.
Mecanismos de eliminación de ácidos en el organismo
El organismo dispone de mecanismos de eliminación de ácidos de forma inmediata a través de los buffers o tampones; mediata, por la regulación respiratoria y tardía, por la compensación renal.
Los buffers (regulación inmediata) están formados por un ácido débil y una sal fuerte y se clasifican en:
- Extracelulares:
- Bicarbonato/dióxido de carbono. Se encuentra en el plasma y en el líquido intersticial. - Hemoglobina. Se encuentra en los hematíes. - Proteínas plasmáticas. Se encuentran en el plasma. - Fosfato disódico/fosfato monosódico. Se encuentra en el plasma, hematíes y líquido intersticial.
- Intracelulares:
- Sistema de la hemoglobina. - Fosfato disódico/fosfato monosódico. - Proteínas intracelulares.
Estos dos últimos son los más importantes. La regulación del equilibrio ácido-básico de forma mediata es a través del aparato respiratorio (Figura 3).
La respuesta respiratoria ocurre en el 50 % de los afectados en 6 h y en el 100 % entre las 14 y 16 h.
El dióxido de carbono (CO2)
El dióxido de carbono (CO2) es un gas soluble en los líquidos orgánicos y 20 veces más difusible que el oxígeno (O2).
El CO2 hístico que procede del metabolismo se mueve hacia el plasma, donde tiene diferentes posibilidades como:
- Disolverse en el plasma según la PCO2.
- Hidratarse a bicarbonato en una mínima cantidad debido a que en el plasma no hay anhidrasa carbónica.
- Pasan en su mayor parte al hematíe, donde una vez dentro de él una parte se disuelve, otra se hidrata a bicarbonato, ya que en el hematíe hay abundante
anhidrasa carbónica, y por último se une a la hemoglobina (Hb) para formar el compuesto carbamino. El ácido carbónico (CO3H2) formado se disocia en CO3H y H+. La unión del CO2 a la hemoglobina libera también un hidrógeno (H2).
Estos hidrógenos han de ser neutralizados para evitar el descenso brusco del pH por los fosfatos intraeritrocitarios y la hemoglobina.
El carácter básico de la hemoglobina aumenta cuando se desoxigena, cada gramo puede aceptar 0,043 mmol de H y por cada mmol de Hb que se desoxigena se cede a los tejidos 1 mmol de oxígeno (O2).
En el pulmón aumenta la PCO2 del eritrocito y difunde hacia el plasma. Por su gran capacidad de difusión, el CO2 atraviesa la membrana alvéolo-capilar y se elimina por el aire espirado.
Cuando la producción de CO2 aumenta y la ventilación alveolar puede responder adecuadamente, no se desarrolla ningún trastorno respiratorio (acidosis, alcalosis).
En resumen, en la fisiopatogenia de los mecanismos de transferencia del CO2 de la sangre al aire espirado debe considerarse:
- El tránsito de la sangre a través de las posiciones ventiladas del pulmón permite la liberación de CO2.
- La liberación y difusión de CO2 de los eritrocitos y del plasma a través del endotelio de los capilares hacia el espacio alveolar.
- La ventilación alveolar que determina la composición de los gases alveolares.
- La resultante de la mezcla de los gases inhalados y exhalados con retención de estos en el espacio muerto y en el fisiológico.
Regulación renal
La regulación renal es un mecanismo más lento; la excreción de bases por el riñón se realiza en el 50 % a las 8 h y el 100 % a las 72 h. Es un mecanismo tardío que garantiza el balance del equilibrio ácido-básico y regula la excreción de hidrogeniones (H+), mientras que la concentración de bicarbonato permanece dentro de límites normales a través de:
La producción normal de H+ es entre 50 y 100 mEq/día, aunque en condiciones patológicas pueden producirse hasta 500 mEq/día, que son neutralizados por los buffers extra e intracelulares, pero han de ser eliminados por el riñón, ya que el pulmón no excreta H+.
El riñón contribuye al balance ácido-base regulando la excreción de H+, mientras que la concentración de CO 3H - permanezca dentro de límites normales y se produce a través de:
- La reabsorción tubular de bicarbonato filtrado en el glomérulo (Figura 4):
todo el bicarbonato plasmático (4,500–5,000 mEq/día) se filtra en el glomérulo. Si el pH de la orina es menor que 6,2, no hay nada de bicarbonato en la orina, lo que indica que se ha reabsorbido todo en el túbulo.
Cuando el pH urinario es mayor que 6,2 aparece el bicarbonato en la orina. La reabsorción tubular de bicarbonato, aproximadamente el 90 %, se realiza en el túbulo proximal en los primeros milímetros de este segmento. Parece estar mediada por el incremento en el número de cotransportadores Na+/H+, el 10 % restante se reabsorbe en segmentos más distales, en los túbulos colectores medulares más externos.
Niveles
La reabsorción de bicarbonato por el túbulo depende de varios factores: De la cantidad de bicarbonato presente en el túbulo que es prácticamente lineal hasta un nivel de 24 a 25 mEq/L, si es inferior a este nivel el bicarbonato plasmático se reabsorbe todo en el túbulo. A partir de dicho nivel, el que se reabsorba más o menos depende de los factores siguientes: Nivel de pCO2, si aumenta en el plasma y como consecuencia en la célula tubular, aumenta la concentración de H+, aumentando su eliminación por los mecanismos que se describirán más adelante, por consiguiente, se reabsorbe más bicarbonato y si disminuye, se reabsorbe menos.
Grado de repleción del volumen extracelular, su expansión disminuye la reabsorción proximal de bicarbonato y su contracción aumenta la reabsorción de bicarbonato.
Nivel de mineralcorticoides (y en menor medida de glucocorticoides), si está aumentado, aumenta la reabsorción de bicarbonato y si está disminuido, disminuye.
Nivel de K+ plasmático, si está bajo, aumenta ligeramente la reabsorción de bicarbonato probablemente por estímulo de la producción de renina-aldosterona. La hipopotasemia genera alcalosis metabólica. - Regeneración del bicarbonato y excreción de ácidos. La regeneración del bicarbonato gastado en la neutralización del ácido fijo, mediante la eliminación de H+: Se alcanza mediante la secreción de H+, con 2 mecanismos diferentes, en el túbulo proximal cotransporte Na-H+, y en los túbulos colectores por un mecanismo de transporte activo primario,con un transportador específico denominado adenosintrifosfatasa transportadora de iones hidrógeno (H +-ATPasa), manteniendo la electroneutralidad por la secreción concurrente de Cl-. Este último mecanismo puede aumentar la concentración de hidrógeno en la luz tubular hasta 900 veces, que puede disminuir el pH del líquido tubular hasta 4,5, que es límite inferior de pH que se mide en la orina, en contraste con el incremento de 3 a 4 veces que puede ser obtenido en los túbulos proximales.
En condiciones normales, la velocidad de secreción de hidrogeniones es del orden de 3,5 mmol/min y la velocidad de filtración de bicarbonato es de 3,46 mmol/min, es decir, la cantidad de ambos iones es prácticamente la misma, se neutraliza en la luz tubular; por tanto, la excreción directa de H+ libre es mínima (0,1 mEq/día como máximo).
Para eliminar el exceso de hidrogeniones por la orina se debe combinar este ion hidrógeno con tampones intratubulares:
Como “acidez titulable” (Figura 5):
- En forma de fosfato: HPO4= + H+ = H2PO4-, este sistema tiene un pK de 6,8, y por tanto es activo con pH entre 7,3 y 6,3.
- En forma de creatinina: es cuantitativamente poco importante, su interés es un pK de 4,8 y actuar en los rangos bajos del pH urinario.
Como amonio: el túbulo renal sintetiza amoniaco a partir de la glutamina mediante una de las vías siguientes:
- Glutamina: 3CO2 + 2NH4+ + 2HCO3-.
- Glutamina: 1⁄2 glucosa + 2NH4+ + 2HCO3–.
Una vez formado, el bicarbonato vuelve a la circulación sistémica a través de la vena renal. Si el amonio no se excreta por la orina y retorna a la circulación sistémica, se metaboliza en el hígado donde se convierte en urea con el consumo de bicarbonato. Por tanto, dos mecanismos regulan la producción de bicarbonato renal de la amoniogénesis renal:
- El balance de distribución del amonio entre la circulación sistémica y la orina.
- La velocidad de producción de amonio renal.
La producción de amonio puede estar influida por factores al margen del estado ácido-base, como son la masa renal reducida, cambios en el volumen circulante, alteraciones en el potasio y calcio.
El amoníaco es un gas que difunde con facilidad hacia la luz del túbulo, donde se combina con los H+ procedentes del H2CO3, que se han intercambiado previamente por Na+, formando amonio: NH3 + H+ = NH4+, que es un catión muy poco difusible a través de la membrana de la célula tubular (no existe transporte activo de amonio), por lo que queda “atrapado” en la luz tubular para ser eliminado por la orina. De esta forma se eliminan normalmente de 20 a 40 mEq/día de H+, puede incrementarse hasta 250 mEq/día o más en las acidosis metabólicas severas. Este mecanismo es fundamental en los niños pequeños, en los que el mecanismo de acidez titulable está poco desarrollado.
Mediante estos mecanismos, por cada H+ que se elimina por la orina, se retiene y se reabsorbe un bicarbonato. En la acidosis se excretan H+ por el riñón, tanto los procedentes de ácidos fijos como del ácido carbónico, es decir, de la acidosis metabólica y respiratoria. En el caso de que el bicarbonato se hubiera gastado previamente en la neutralización del ácido fijo, esto supone regenerar el bicarbonato gastado; en el caso de la eliminación de H + procedente del ácido carbónico, la reabsorción secundaria de bicarbonato supone elevar el bicarbonato plasmático por encima de sus niveles normales, es lo que ocurre en la compensación metabólica de la acidosis respiratoria crónica. En la alcalosis, tanto metabólica como respiratoria, se retienen H+ al mismo tiempo que se excreta el bicarbonato, que desciende en el plasma.
La cantidad neta de H+ excretados en orina es igual a la cantidad de H+ excretados como acidez titulable y NH4+, menos cualquier H+ añadido por la pérdida de CO3H- urinario.
El nefrón distal normalmente ajusta la cantidad de bicarbonato generado para compensar la cantidad de ácido producido. Posee también la habilidad de incrementar la excreción de ácidos si ocurre sobrecarga de ellos. Este mecanismo de acidificación es muy sensible al aporte de sodio al túbulo distal y a los niveles de aldosterona circulante. La capacidad para secretar iones hidrógeno disminuye si se reduce la oferta de sodio al nefrón distal o en estados de hipoaldosteronismo.
La función del túbulo proximal del nefrón respecto al equilibrio ácido-básico es evaluada por medio de su capacidad para reabsorber todo el bicarbonato filtrado hasta que la concentración de bicarbonato en sangre sea mayor que 22 mEq/L en niños, sin embargo, la función del nefrón distal es evaluada por la capacidad del riñón para generar un pH urinario menor que 5,5.
Ver también
Fuente
- Pediatría/ Colectivo de autores. T2. La Habana: Editorial Ciencias Médicas; 2006.
