Equilibrio √Ācido – Base

acido y base

La estructura funcional de nuestras proteínas, la mayoría de los procesos fisiológicos del organismo y todas las reacciones químicas intracelulares requieren condiciones ácidas constantes (cercanas a la neutralidad) para desarrollarse con normalidad.

El equilibrio √°cido-base implica los mecanismos moleculares y fisiol√≥gicos que intentan mantener la acidez de la sangre constante y estable en torno a un pH de 7,4 (entre 7,35 y 7,45), lo que garantiza una concentraci√≥n adecuada de √°cidos y bases en todos los niveles del organismo, tanto en la sangre como en los tejidos. El metabolismo celular produce bases como el amon√≠aco (NH3) y sobre todo sustancias √°cidas como el √°cido sulf√ļrico (H2SO4), el √°cido fosf√≥rico (H3PO4), el √°cido √ļrico, el √°cido l√°ctico, el √°cido acetoac√©tico y el √°cido √ü-hidroxibut√≠rico. Sin embargo, la cantidad de todas estas sustancias es insignificante comparada con la enorme cantidad de √°cido carb√≥nico (H2CO3) que se forma cada d√≠a a partir del CO2 liberado durante la respiraci√≥n celular y del H2O presente en el ambiente.

Los ácidos en general (AcH) son compuestos que, en solución acuosa, tienden a disociarse completamente si son fuertes, o parcialmente si son débiles, produciendo en el medio un aumento de la concentración de iones hidrógeno, también llamados iones hidrógeno o protones libres (H+ o H3O+) (Arrhenius).

H2O + AcH¬† –>¬† Ac- + H3O+

El ácido carbónico es un ácido débil que se disocia parcialmente, creando el siguiente equilibrio en la sangre:

CO2 + H2O <–>¬† H2CO3 <–>¬† H+ + HCO3- (bicarbonato)

Las bases (B) son sustancias que, en solución acuosa, tienden a disociarse completamente si son fuertes o parcialmente si son débiles, disminuyendo la concentración de protones libres y aumentando la de iones hidroxilo libres, OH- (Arrhenius)

H2O + B¬† <–>¬† BH + OH-

As√≠, lo que da a una soluci√≥n su car√°cter √°cido o b√°sico es la mayor o menor concentraci√≥n de protones libres (H+ o H3O+) en esa soluci√≥n. El pH es el par√°metro que eval√ļa la acidez o la basicidad de un medio y se define como el valor resultante de aplicar logaritmos negativos a la concentraci√≥n de protones libres en el medio, expresado en moles/L.

pH = – log [H+]

La concentración de protones en los fluidos biológicos suele ser muy baja, del orden de 0,0000001 molar o, lo que es lo mismo, 1 x 10-7 M. Si este valor se expresa en logaritmos negativos, tenemos que: РLog [10-7] =7, de ahí la conveniencia de aplicar este argumento matemático para simplificar la manipulación.

Cuanto mayor sea la concentración de protones, menor será el valor del pH y más ácido será el pH, y viceversa, cuanto menor sea la concentración de protones, mayor será el valor del pH y más básico será el pH. Cuando la concentración de protones es igual a la de iones hidroxilo, se habla de un pH neutro.

Mecanismos reguladores de equilibrio √°cido base

Los mecanismos del organismo para regular el equilibrio √°cido-base son principalmente de tres tipos

(1) Sistemas tamp√≥n, que act√ļan inmediatamente a nivel molecular para evitar cambios de pH en el medio en el que act√ļan.

(2) Cambio en la ventilación pulmonar, su profundidad y la tasa de ventilación pulmonar, que se establece a los pocos minutos de un cambio en el pH de la sangre.

(3) Control renal mediante la modificación de la composición de la orina a través de la excreción del exceso de ácido o base. Aunque es el más lento, este mecanismo es el más eficaz para controlar el equilibrio ácido-base.

Sistemas amortiguadores: proteico, bicarbonato y fosfato

Las proteínas o tampones proteicos son los sistemas tampón orgánicos más eficientes y abundantes en la sangre, ya que poseen grupos funcionales ácidos (-COOH) en los aminoácidos que las componen, capaces de liberar protones al medio, y grupos básicos (-NH2), capaces de captarlos cada vez que se modifica la proporción de protones.

La proteína hemoglobina de los glóbulos rojos capta los protones libres procedentes de la disociación del ácido carbónico liberado en los capilares de los tejidos durante la respiración celular. Los iones de bicarbonato liberados abandonan los glóbulos rojos en el plasma, donde están disponibles para proteger los protones de la disociación de otros ácidos metabólicos no volátiles. Los iones de bicarbonato forman la reserva alcalina de la sangre y forman parte del tampón inorgánico de bicarbonato/CO2 Los tampones inorgánicos como el de bicarbonato/CO2 y el de fosfato son una mezcla en un medio acuoso de un ácido débil y su sal conjugada o base.

Al igual que las proteínas, son capaces de captar un exceso de protones (la base) o de abandonarlos cuando hay escasez (el ácido), evitando así cambios bruscos en el pH de su entorno.

Esto se debe a que, en presencia del tampón, los protones de los ácidos y los iones hidroxilo de las bases fuertes de la sangre se convierten en la base ácida o débil del tampón, lo que, al haber menos disociación, altera el pH global en menor medida. La eficacia del tampón es máxima cuando la relación [base]/[ácido] es igual a 1, es decir, cuando la concentración de la sustancia aceptora de H+ es igual a la del donante de protones.

Regulación de la ventilación pulmonar

El pH de los fluidos corporales puede modificarse, de forma voluntaria, en pocos minutos ajustando el ritmo y la profundidad de la respiración:

Con la hiperventilación voluntaria (respiraciones más profundas por unidad de tiempo), se exhala más CO2, disminuye el ácido carbónico alveolar y, al mismo tiempo, disminuye el ácido carbónico plasmático, disminuyen los protones libres disociados del ácido carbónico, por lo que disminuye la acidez plasmática.

Por otro lado, en la hipoventilación voluntaria, se exhala menos CO2, aumentando el ácido carbónico alveolar y plasmático y los protones libres disociados del mismo, aumentando así la acidez plasmática.

En situaciones patol√≥gicas se observa esta relaci√≥n directa entre la acidez plasm√°tica y la ventilaci√≥n pulmonar: Cuando la producci√≥n de √°cidos no vol√°tiles aumenta anormalmente (como ocurre en la descompensaci√≥n diab√©tica), el bicarbonato plasm√°tico capta el exceso de protones libres convertidos en √°cido carb√≥nico que se desdobla en CO2, el aumento de este gas en el plasma es un fuerte est√≠mulo para los centros respiratorios bulbares del sistema nervioso central induciendo una mayor actividad de los m√ļsculos inspiratorios, la respuesta hiperventilatoria puede eliminar el exceso de √°cido vol√°til. Si no se consigue, se habla de acidosis metab√≥lica.

Cuando un proceso patol√≥gico pulmonar impide la respiraci√≥n normal y la eliminaci√≥n del CO2, su concentraci√≥n plasm√°tica aumenta, acidificando el pH, el exceso de protones s√≥lo puede ser eliminado por los ri√Īones, pero si a pesar de ello, el pH plasm√°tico sigue siendo √°cido, hablamos de acidosis respiratoria.

Aunque es menos frecuente, también se dan las situaciones contrarias, la alcalosis respiratoria y metabólica.

Control renal

En condiciones normales, los ri√Īones son capaces de responder a todos los cambios importantes de la concentraci√≥n de protones libres en el plasma y del pH en unas pocas horas.

La acidificaci√≥n de la sangre estimula la excreci√≥n urinaria de protones, la reabsorci√≥n total de bicarbonato y la s√≠ntesis de nuevo bicarbonato en las c√©lulas de los t√ļbulos renales.

En el caso de la basificación de la sangre, las células renales reabsorben protones a cambio de la excreción de iones K+.