Equilibrio ácido-base en líquidos corporales

El balance ácido-básico se entiende como la equivalencia entre las concentraciones de ácidos y bases en la sangre.

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Equilibrio ácido-base en líquidos corporales

La expresión "regulación del equilibrio ácido-base" se refiere a la regulación de la concentración de iones hidrógeno en los líquidos corporales. La concentración normal de iones hidrógeno en los líquidos corporales es de 4 x 10-8 mol/L.

A pesar de ser una cantidad muy pequeña la concentración de estos iones es uno de los factores reguladores más importantes de la mayor parte de las reacciones enzimáticas de las células, los iones hidrógeno participan en la conformación tridimensional de las proteínas o en el funcionamiento del sistema nervioso central, por lo que aquellos cambios que aumentan o disminuyen su concentración generan alteraciones graves del funcionamiento global del organismo.

En condiciones normales el organismo humano mantiene constante el equilibrio ácido-básico de los líquidos intra y extracelulares. Estos líquidos son fundamentalmente soluciones acuosas por lo que en ellos se manifiesta el fenómeno de la disociación del agua y del pH.

El balance ácido-básico se entiende como la equivalencia entre las concentraciones de ácidos y bases en la sangre; los cuales se reflejan en el ionograma normal del plasma sobre todo en el espacio bicarbonato y en el resto de la columna de aniones (cloruro, fosfato, sulfato, ácidos orgánicos y proteínas), que se acostumbra llamar de “ácidos fijos”. Si bien el bicarbonato puede controlarse en primera instancia con la eliminación del CO2 por el pulmón; los aniones fijos pueden controlarse solamente a través de la eliminación renal a excepción de las proteínas.

En condiciones normales los valores de los parámetros indicados son:

24 a 27 mEq/L de bicarbonato

128 a 131 mEq/L de ácidos fijos

pH = 7.35 a 7.45

Los valores que acabamos de mencionar están sujetos a una constante tendencia a la acidosis debida a que, por el metabolismo de todas las células se genera un volumen de CO2 que al pasar al espacio extracelular se convierte en una carga ácida importante por la generación de ácido carbónico H2CO3 el cual se disocia para dar el anión bicarbonato HCO3-. Al disociarse el ácido carbónico se liberan protones H+ que representan la carga ácida generada por el CO2 y que tienden a desplazar el equilibrio ácido-básico hacia la acidosis.

CO2 gas → CO2 disuelto + H2O → H2CO3 HCO3- + H+

Esta tendencia normal del organismo vivo es contrarrestada por el funcionamiento de los sistemas amortiguadores del plasma, entre los que se cuenta el sistema bicarbonato/ácido carbónico, proteína-/H Proteína y fosfato dibásico/fosfato monobásico. En el interior del eritrocito funciona también un amortiguador importante que es la hemoglobina-/Hhemoglobina. Estos sistemas amortiguadores reciben la carga de protones y la absorben generando ácidos débiles y sus bases conjugadas correspondientes, minimizando así la variación del pH.

Por otra parte y al mismo tiempo que la hemoglobina amortigua la carga de protones, al llegar al pulmón se satura de oxígeno, el cual lleva hasta los tejidos, en donde el oxígeno es utilizado en el metabolismo aerobio, aceptando los electrones que le entrega la cadena respiratoria.

En el caso del bicarbonato la carga ácida se elimina por el pulmón en donde se sigue en forma inversa la secuencia:

CO2 gas ← CO2 disuelto + H2O ← H2CO3 HCO3-+ H+

Eliminándose el CO2 con el aire espirado. La eliminación de CO2 gaseoso reduce la cantidad de CO2 disuelto e inicia un desplazamiento de las posiciones de equilibrio de todas las reacciones anteriores.

Las principales alteraciones del equilibrio ácido-base

Cuanto se genera una alteración del equilibrio ácido-base, el primer sistema que entra a funcionar es la amortiguación y en seguida la compensación, éstos se realizan a través de los pulmones; debido a que el aparato respiratorio está diseñado para funcionar a corto plazo en la compensación de las alteraciones ácido-base pues una de sus funciones es la eliminación del CO2 con el agua espirada, con lo cual se elimina también el H2CO3 generado y en consecuencia la liberación de protones al disociarse este ácido.

A nivel de tejidos pulmonares, se llevan a cabo las siguientes reacciones:

CO2 + H2O H2CO3 H+ + CO3-

Veamos un ejemplo en el caso de la acidosis.  Durante este proceso se generan protones por el aumento de los ácidos líquidos (conocidos como fijos) no volátiles que se excretan por el riñón, así, al aumentar el ácido láctico, el beta-hidroxibutírico y el acetoacético, disminuye la concentración de bicarbonato, es decir, se genera una acidosis metabólica. 

El aumento en la concentración sanguínea de protones va a ser detectado por las terminaciones nerviosas de las grandes arterias, en el arco aórtico y en el seno carotídeo (glomus carotídeo) de donde parten a través de los nervios los impulsos que llegan al centro respiratorio bulvar estimulándolo para aumentar la frecuencia y la profundidad de las respiraciones (respiración de Kussmaul). Esto acarrea un aumento en la eliminación pulmonar del CO2 con el cual se da origen a una alcalosis respiratoria que compensa la acidosis metabólica. Los pacientes con acidosis metabólica grave tienen ese tipo de respiración como un fenómeno compensatorio y un signo clínico importante.

Un ejemplo cotidiano de este mismo fenómeno sería cuando se lleva a cabo un ejercicio muscular intenso y prolongado. Tu respiración se acelera para eliminar el CO2 producido por el metabolismo muscular y para compensar la acidosis generada por el ácido láctico de la contracción anaerobia, como se revisará más adelante.

El riñón también contribuye a la regulación de la concentración de H+ a través del incremento o disminución de la concentración de bicarbonato. Como consecuencia de esto, el pH de la orina varía en función de las necesidades corporales de excreción del ácido o base. La participación del riñón en la regulación del pH se debe a que puede eliminar selectivamente los iones que componen el espacio plasmático; es decir, elimina o desecha: Na+, Cl-, K+, HCO3-, H+, H2PO4-, etcétera, logrando con ello restablecer el equilibrio iónico del espacio extracelular y compensar las variaciones de pH que se hayan generado.

Un ejemplo de lo anterior, se refleja en la sobreproducción de protones (acidosis) en donde el riñón elimina protones bajo la forma de fosfato ácido (H2PO4-) y de cloruro de amonio (NH4+Cl-). En el caso de una disminución de protones (alcalosis) se elimina bicarbonato (HCO3-).

En el caso del ejercicio de resistencia (aerobio), aumenta el metabolismo, principalmente en las células musculares con lo cual se genera una carga ácida mayor de lo habitual como se observa en el siguiente esquema.

Lo anterior se observa porque hay un aumento de la eliminación del CO2, lo que ocurre al aumentar la frecuencia y la profundidad de la respiración como mecanismo compensatorio a la acidosis provocada por el aumento del CO2. Al mismo tiempo, el ejercicio intenso acarrea una aceleración del metabolismo oxidativo para proveer la energía (ATP) necesaria para la contracción muscular. Este aumento en la demanda de ATP trae como consecuencia que al aumentar el catabolismo de la grasa, se generen los cuerpos cetónicos: acetoacetato y beta-hidroxibutirato que son moléculas de carácter ácido y en consecuencia se incrementa la presencia de ácidos fijos en la sangre (cetosis del ejercicio).

Así, al aumentar los cuerpos cetónicos, se incrementan los aniones y disminuye el espacio bicarbonato con lo cual se integran los aspectos definitorios de la acidosis metabólica: disminución del pH sanguíneo con disminución del bicarbonato.

En el caso del ejercicio de alta intensidad (anaeróbico), la gran demanda de energía puede satisfacerse solamente con la aceleración de la glucólisis anaerobia cuyo producto final es el lactato. Debido a que la producción neta de ATP en la glucólisis anaerobia es mucho menor que en la aerobia la cantidad de glucosa procesada en la vía tiene que ser muy alta y por lo tanto también lo será el lactato producido.

El lactato es una molécula ácida que desplaza el equilibrio hacia la acidosis pues al aumentar la carga de ácido se expande el espacio de "ácidos orgánicos" en el ionograma, con lo cual la columna de aniones fijos sube y disminuye el espacio bicarbonato. Se configura así un cuadro de acidosis metabólica: disminución del pH sanguíneo con disminución del bicarbonato, pero a diferencia de la cetosis del ejercicio lo que aumenta en este caso es el lactato por lo cual se llama acidosis láctica.

Las principales alteraciones del equilibrio ácido-base

Podemos configurar las cuatro alteraciones primarias del equilibrio ácido-base: acidosis metabólica, acidosis respiratoria, alcalosis metabólica y alcalosis respiratoria cuyas características definitorias se muestran en el siguiente cuadro y en la Gráfica de White.

Por tradición se acostumbra llamar alteraciones metabólicas a aquellas que inciden en la concentración del bicarbonato y que tienen como mecanismos principales un aumento en la generación de ácidos fijos o una disminución en su eliminación. Por el contrario, las alteraciones respiratorias inciden directamente en la presión parcial del CO2 en sangre (pCO2) que se correlacionan con la concentración del bicarbonato de suerte que un aumento en la pCO2 genera un aumento en el bicarbonato produciendo una acidosis respiratoria y una disminución en la pCO2 acarrea disminución del bicarbonato y alcalosis respiratoria.

Como ya hemos visto los casos típicos de acidosis metabólica por el ejercicio muscular intenso y prolongado y por la cetoacidosis diabética, nos queda solamente por tratar las alcalosis metabólica y respiratoria y la acidosis respiratoria.

De estas últimas, la alcalosis respiratoria se produce por un aumento en la ventilación pulmonar o por la respiración en un ambiente con baja concentración de CO2 y que incluye el caso de ejercicio a grandes alturas como el que se lleva a cabo el alpinismo. Como recordarás en las grandes alturas disminuyen las concentraciones de CO2 y O2 en el ambiente lo que provoca que al respirar se elimine una proporción mayor de CO2 que en condiciones normales y esto se agrava por un aumento en la frecuencia respiratoria (hiperventilación) inducida para compensar la disminución del oxígeno ambiental. El resultado de lo anterior es una disminución considerable de la pCO2 que se traduce en una disminución del ácido carbónico (H2CO3) y en un aumento del pH. Esta alteración ácido-base constituye una parte importante de lo que se conoce como el "mal de montaña".

Un caso típico de alcalosis metabólica se da en los pacientes que sufren vómito intenso y repetido el cual ocasiona una pérdida importante de jugo gástrico que como recordarás contiene HCl por lo que bajo estas condiciones  el organismo  pierde protones y cloruro. La disminución de protones produce la alcalosis y la disminución de cloruro (Cl-) acarrea el aumento considerable del bicarbonato, pues al disminuir la columna del cloruro en el ionograma, el espacio liberado se rellena automáticamente con el bicarbonato, configurándose así la alcalosis metabólica típica.

Un caso típico de acidosis respiratoria se presenta en la neumonía, en la que el tejido pulmonar inflamado no puede llevar a cabo el intercambio normal de gases y por lo tanto se retiene el CO2 en la sangre. Esto se manifiesta en un aumento de la concentración de ácido carbónico y también de los protones liberados en la disociación del ácido. El aumento de protones determina la acidosis y al disociarse el H2CO3 se libera bicarbonato cuyo espacio aumenta en el ionograma configurando así la acidosis respiratoria.

En la gráfica de Daventport se presenta la relación entre el pH y el bicarbonato. El espacio de la gráfica se divide en 4 partes por la línea vertical a pH=7.4 y por la línea horizontal que parte de HCO3-=27 mEq/L y que se llama la línea del amortiguador principal.

Notarás que en la gráfica, las acidosis quedan a la izquierda donde los valores de pH son menores a 7.4. Las alcalosis quedan a la derecha de la línea de pH=7.4 donde los valores de pH son mayores.  También puedes identificar que también por encima de la línea horizontal quedan los casos que cursan con un aumento del bicarbonato: a la izquierda la acidosis respiratoria y a la derecha la alcalosis metabólica. Por debajo de la misma línea quedan las alteraciones que cursan con una disminución del bicarbonato: a la izquierda la acidosis metabólica y a la derecha la alcalosis respiratoria.

Como puedes ver las alteraciones metabólicas y las alteraciones respiratorias quedan opuestas por el vértice en donde se encuentra la zona de la normalidad fisiológica:

pH de 7.35 a 7.45 bicarbonato de 24 a 27 mE/L

Sobre esta misma gráfica se pueden dibujar, como segmentos de parábola, las isobaras de la pCO2 con lo cual es posible localizar en la gráfica la alteración primaria que corresponda, ya sea conociendo el pH y el bicarbonato o el bicarbonato y la pCO2 o el pH y la pCO2. Esto hace a la gráfica un instrumento muy útil para el diagnóstico clínico de las alteraciones ácido-base.

Autoevaluación

Encuentra la alteración que corresponde a los siguientes parámetros que se piden, puedes tomar de referencia la siguiente representación gráfica, para que después encuentres los valores que hacen falta en la tabla.

Llena los espacios vacíos con los valores que observas en la gráfica.

CasospH*HCO3 mE/LpCO2 mmHgAlteración ácido-base
Ejercicio muscular intenso7.218
Neumonía4080
Mal de montaña7.610
Vómito grave7.730
Cetoacidosis diabética10Acidosis metabólica
Depresión respiratoria (por narcóticos)7.360

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Elige la respuesta correcta.

1. ¿Cuál de las siguientes opciones es el principal sistema amortiguador del plasma?

2. La acidosis metabólica causada por la actividad muscular intensa se debe principalmente a:

3. Cuando una persona asciende a grandes alturas y respira a una baja presión parcial de CO2. ¿Cuál es el efecto que esta tiene sobre la pCO2 y el pH de su sangre?

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