La homeostasis ácido-base es la regulación homeostática del pH del líquido extracelular del cuerpo (ECF). [1] El equilibrio adecuado entre los ácidos y las bases (es decir, el pH) en el ECF es crucial para la fisiología normal del cuerpo y para el metabolismo celular . [1] El pH del líquido intracelular y el líquido extracelular deben mantenerse a un nivel constante. [2]
Las estructuras tridimensionales de muchas proteínas extracelulares, como las proteínas plasmáticas y las proteínas de la membrana de las células del cuerpo , son muy sensibles al pH extracelular. [3] [4] Por lo tanto, existen mecanismos estrictos para mantener el pH dentro de límites muy estrechos. Fuera del rango aceptable de pH, las proteínas se desnaturalizan (es decir , se altera su estructura tridimensional), lo que hace que las enzimas y los canales iónicos (entre otros) funcionen mal.
En los seres humanos y muchos otros animales, la homeostasis ácido-base se mantiene mediante múltiples mecanismos involucrados en tres líneas de defensa: [5] [6]
- 1. Químico: Las primeras líneas de defensa son inmediatas y consisten en varios tampones químicos que minimizan los cambios de pH que de otro modo se producirían en su ausencia. Estos tampones incluyen el sistema tampón de bicarbonato , el sistema tampón fosfato y el sistema tampón de proteínas. [7]
- 2. Componente respiratorio: La segunda línea de defensa es rápida y consiste en controlar la concentración de ácido carbónico en el ECF cambiando la frecuencia y profundidad de la respiración por hiperventilación o hipoventilación . Esto elimina o retiene el dióxido de carbono (y por lo tanto el ácido carbónico) en el plasma sanguíneo según sea necesario. [5] [8]
- 3. Componente metabólico: La tercera línea de defensa es lenta, se mide mejor por el exceso de bases , [9] y depende principalmente del sistema renal que puede agregar o eliminar iones de bicarbonato hacia o desde el ECF. [5] Los iones de bicarbonato se derivan del dióxido de carbono metabólico que se convierte enzimáticamente en ácido carbónico en las células de los túbulos renales . [5] [10] [11] Allí, el ácido carbónico se disocia espontáneamente en iones de hidrógeno e iones de bicarbonato. [5] Cuando el pH en el ECF cae, los iones de hidrógeno se excretan en la orina, mientras que los iones de bicarbonato se secretan en el plasma sanguíneo, lo que hace que aumente el pH del plasma. [12] Lo contrario ocurre si el pH en el ECF tiende a aumentar: los iones de bicarbonato se excretan en la orina y los iones de hidrógeno en el plasma sanguíneo.
La segunda y tercera líneas de defensa operan haciendo cambios en los amortiguadores, cada uno de los cuales consta de dos componentes: un ácido débil y su base conjugada . [5] [13] Es la relación entre la concentración del ácido débil y su base conjugada la que determina el pH de la solución. [14] Así, manipulando en primer lugar la concentración del ácido débil y, en segundo lugar, la de su base conjugada, el pH del líquido extracelular (ECF) se puede ajustar con mucha precisión al valor correcto. El tampón de bicarbonato, que consiste en una mezcla de ácido carbónico (H 2 CO 3 ) y un bicarbonato ( HCO-
3) sal en solución, es el tampón más abundante en el líquido extracelular, y también es el tampón cuya relación ácido / base se puede cambiar muy fácil y rápidamente. [15]
Un desequilibrio ácido-base se conoce como acidemia cuando el pH es ácido o alcalemia cuando el pH es alcalino.
Equilibrio ácido-base
El pH del líquido extracelular, incluido el plasma sanguíneo , normalmente está estrechamente regulado entre 7,32 y 7,42 por los tampones químicos , el sistema respiratorio y el sistema renal . [13] [16] [17] [18] [19] El pH normal en el feto es diferente al del adulto. En el feto, el pH en la vena umbilical es normalmente de 7,25 a 7,45 y el de la arteria umbilical es normalmente de 7,18 a 7,38. [20]
Las soluciones tampón acuosas reaccionarán con ácidos o bases fuertes absorbiendo el exceso de H+
iones, u OH-
iones, reemplazando los ácidos y bases fuertes con ácidos débiles y bases débiles . [13] Esto tiene el efecto de amortiguar el efecto de los cambios de pH o reducir el cambio de pH que de otro modo habría ocurrido. Pero los tampones no pueden corregir los niveles anormales de pH en una solución, ya sea en un tubo de ensayo o en el líquido extracelular. Los tampones normalmente consisten en un par de compuestos en solución, uno de los cuales es un ácido débil y el otro una base débil. [13] El tampón más abundante en el ECF consiste en una solución de ácido carbónico (H 2 CO 3 ) y el bicarbonato ( HCO-
3) sal de, generalmente, sodio (Na + ). [5] Así, cuando hay un exceso de OH-
iones en la solución de ácido carbónico los neutraliza parcialmente formando H 2 O y bicarbonato ( HCO-
3) iones. [5] [15] De manera similar, un exceso de iones H + es parcialmente neutralizado por el componente bicarbonato de la solución tampón para formar ácido carbónico (H 2 CO 3 ), que, debido a que es un ácido débil, permanece en gran parte en la forma no disociada. , liberando muchos menos iones H + en la solución de lo que hubiera hecho el ácido fuerte original. [5]
El pH de una solución tampón depende únicamente de la relación entre las concentraciones molares del ácido débil y la base débil. Cuanto mayor sea la concentración del ácido débil en la solución (en comparación con la base débil), menor será el pH resultante de la solución. Del mismo modo, si predomina la base débil, mayor será el pH resultante.
Este principio se aprovecha para regular el pH de los fluidos extracelulares (en lugar de simplemente amortiguar el pH). Para el tampón de ácido carbónico-bicarbonato , una relación molar de ácido débil a base débil de 1:20 produce un pH de 7,4; y viceversa: cuando el pH de los fluidos extracelulares es de 7,4, entonces la relación de ácido carbónico a iones de bicarbonato en ese fluido es 1:20. [14]
Ecuación de Henderson-Hasselbalch
La ecuación de Henderson-Hasselbalch cuando se aplica al sistema tampón ácido carbónico-bicarbonato en los fluidos extracelulares, establece que: [14]
dónde:
- El pH es el logaritmo negativo (o cologaritmo ) de la concentración molar de iones de hidrógeno en el ECF.
- p K a H 2 CO 3 es el cologaritmo de la constante de disociación ácida del ácido carbónico . Es igual a 6.1.
- [HCO-
3] es la concentración molar de bicarbonato en el plasma sanguíneo - [H 2 CO 3 ] es la concentración molar de ácido carbónico en el ECF.
Sin embargo, dado que la concentración de ácido carbónico es directamente proporcional a la presión parcial de dióxido de carbono () en el líquido extracelular, la ecuación se puede reescribir de la siguiente manera : [5] [14]
dónde:
- El pH es el logaritmo negativo de la concentración molar de iones de hidrógeno en el ECF.
- [HCO-
3] es la concentración molar de bicarbonato en el plasma - P CO 2 es la presión parcial de dióxido de carbono en el plasma sanguíneo.
Por tanto, el pH de los fluidos extracelulares puede controlarse mediante la regulación de la PCO 2 y los demás ácidos metabólicos.
Mecanismos homeostáticos
H de control omeostatic puede cambiar la PCO 2 y por lo tanto el pH del plasma arterial dentro de unos pocos segundos. [5] La presión parcial de dióxido de carbono en la sangre arterial es monitoreada por los quimiorreceptores centrales del bulbo raquídeo . [5] [21] Estos quimiorreceptores son sensibles a los niveles de dióxido de carbono y pH en el líquido cefalorraquídeo . [14] [12] [21]
Los quimiorreceptores centrales envían su información a los centros respiratorios del bulbo raquídeo y la protuberancia del tronco del encéfalo . [12] Los centros respiratorios luego determinan la tasa promedio de ventilación de los alvéolos de los pulmones , para mantener constante la PCO 2 en la sangre arterial. El centro respiratorio lo hace a través de las neuronas motoras que activan los músculos de la respiración (en particular, el diafragma ). [5] [22] Un aumento de la PCO 2 en el plasma sanguíneo arterial por encima de 5,3 kPa (40 mmHg) provoca de forma refleja un aumento en la frecuencia y profundidad de la respiración . La respiración normal se reanuda cuando la presión parcial de dióxido de carbono ha vuelto a 5,3 kPa. [8] Lo contrario ocurre si la presión parcial de dióxido de carbono cae por debajo del rango normal. La respiración puede detenerse temporalmente o ralentizarse para permitir que el dióxido de carbono se acumule una vez más en los pulmones y la sangre arterial.
El sensor para el plasma HCO-
3la concentración no se conoce con certeza. Es muy probable que las células tubulares renales de los túbulos contorneados distales sean sensibles al pH del plasma. El metabolismo de estas células produce CO 2 , que se convierte rápidamente en H + y HCO.-
3a través de la acción de la anhidrasa carbónica . [5] [10] [11] Cuando los líquidos extracelulares tienden a la acidez, las células tubulares renales secretan los iones H + en el líquido tubular desde donde salen del cuerpo a través de la orina. El HCO-
3Los iones se secretan simultáneamente en el plasma sanguíneo, elevando así la concentración de iones bicarbonato en el plasma, disminuyendo la relación ácido carbónico / ión bicarbonato y, en consecuencia, elevando el pH del plasma. [5] [12] Lo contrario ocurre cuando el pH del plasma se eleva por encima de lo normal: los iones de bicarbonato se excretan en la orina y los iones de hidrógeno en el plasma. Estos se combinan con los iones de bicarbonato en el plasma para formar ácido carbónico (H + + HCO-
3 H 2 CO 3 ), elevando así la relación ácido carbónico: bicarbonato en los fluidos extracelulares y devolviendo su pH a la normalidad. [5]
En general, el metabolismo produce más ácidos de desecho que bases. [5] La orina producida es generalmente ácida y es parcialmente neutralizada por el amoníaco (NH 3 ) que se excreta en la orina cuando el glutamato y la glutamina (portadores de grupos amino en exceso, que ya no son necesarios) son desaminados por las células epiteliales del túbulo renal distal. . [5] [11] Por lo tanto, parte del "contenido ácido" de la orina reside en el contenido de iones amonio (NH 4 + ) resultante de la orina, aunque esto no tiene ningún efecto sobre la homeostasis del pH de los fluidos extracelulares. [5] [23]
Desequilibrio
El desequilibrio ácido-base se produce cuando una agresión importante hace que el pH de la sangre se salga del rango normal (7,32 a 7,42 [16] ). Un pH anormalmente bajo en el ECF se llama acidemia y un pH anormalmente alto se llama alcalemia .
Acidemia "y alcalemia se refieren sin ambigüedades al cambio real en el pH del ECF. [25] Otros dos términos que suenan similares son" acidosis "y" alcalosis ". Se refieren al efecto habitual de un componente, respiratorio o metabólico. La acidosis sería por sí sola (es decir, si se deja "sin compensar" por una alcalosis) causa una acidemia. [25] De manera similar, una alcalosis por sí sola causaría una alcalemia. [25] En terminología médica, los términos acidosis y alcalosis siempre deben ser calificados por un adjetivo para indicar la causa de la alteración: respiratorio (que indica un cambio en la presión parcial de dióxido de carbono), [26] o "metabólico" (que indica un cambio en el Exceso de base del ECF). [27] Por lo tanto, hay cuatro diferentes problemas ácido-base: acidosis metabólica , acidosis respiratoria , alcalosis metabólica y alcalosis respiratoria . [5] Una o una combinación de estas condiciones pueden ocurrir simultáneamente. Por ejemplo, una acidosis metabólica (como en la diabetes mellitus no controlada ) es casi siempre Si se compensa parcialmente por una alcalosis respiratoria (hiperventilación), o una acidosis respiratoria puede corregirse total o parcialmente mediante una alcalosis metabólica .
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enlaces externos
- Texto original de Stewart en acidbase.org
- Texto en línea en AnaesthesiaMCQ.com
- Resumen en kumc.edu
- Tutorial ácido-base
- Texto de fisiología ácido-base en línea
- Diagnósticos en lakesidepress.com
- Interpretación en nda.ox.ac.uk
- Ácidos y bases - definiciones