2.1: Equilibrio Ácido-Base
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Cada día siempre hay una producción de ácido por los procesos metabólicos del cuerpo y para mantener el equilibrio, estos ácidos necesitan ser excretados o metabolizados. Los diversos ácidos producidos por el organismo se clasifican como ácidos respiratorios (o volátiles) y como ácidos metabólicos (o fijos). El cuerpo normalmente puede responder de manera muy efectiva a las perturbaciones en la producción de ácido o base.
Ácido Respiratorio
El ácido es más correctamente ácido carbónico (H 2 CO 3) pero el término 'ácido respiratorio' generalmente se usa para significar dióxido de carbono. Pero el CO 2 en sí no es un ácido en el sistema Bronsted-Lowry ya que no contiene hidrógeno por lo que no puede ser donante de protones. Sin embargo, se puede considerar que el CO 2 representa un potencial para crear una cantidad equivalente de ácido carbónico. El dióxido de carbono es el producto final de la oxidación completa de carbohidratos y ácidos grasos. Se le llama ácido volátil, lo que significa que en este contexto puede ser excretado a través de los pulmones. De necesidad, considerando las cantidades involucradas debe existir un sistema eficiente para excretar rápidamente CO 2.
La cantidad de CO 2 producida cada día es enorme en comparación con la cantidad de producción de ácidos fijos. La producción basal de CO 2 se cotiza típicamente a 12,000 a 13,000 mmoles/día.
El aumento de los niveles de actividad incrementará el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, de manera que la producción diaria real de CO 2 suele ser significativamente mayor que el nivel basal citado a menudo. [Diferentes textos citan diferentes cifras generalmente en el rango de 12,000 a 24,000 mmoles/día pero la cifra real simplemente depende del nivel de actividad metabólica y de si se citan cifras basales o típicas.]
La producción diaria de CO 2 también se puede calcular a partir de la producción diaria de agua metabólica. La oxidación completa de la glucosa produce cantidades iguales de CO 2 y H 2 0. La oxidación completa de la grasa produce cantidades aproximadamente iguales de CO 2 y H 2 O también. Estos dos procesos dan cuenta de toda la producción de CO 2 del cuerpo. Por lo general, esta agua metabólica es de aproximadamente 400 mls al día que es 22.2 moles (es decir, 400/18) de agua. La producción diaria típica de CO 2 también debe ser de aproximadamente 22,200 moles.
Ácidos Metabólicos
Este término abarca todos los ácidos que produce el cuerpo que son no volátiles. Debido a que no son excretados por los pulmones se dice que se fijan en el cuerpo y de ahí el término alternativo ácidos fijos. Todos los ácidos que no sean H 2 CO 3 son ácidos fijos.
Estos ácidos suelen ser referidos por su anión (por ejemplo, lactato, fosfato, sulfato, acetoacetato o b-hidroxibutirato). Esto parece extraño al principio porque el anión es, después de todo, la base y no en sí mismo el ácido. Este uso es aceptable en la mayoría de las circunstancias porque la disociación del ácido debe haber producido un ion hidrógeno por cada anión, por lo que la cantidad de aniones presentes refleja con precisión el número de H + que debe haber sido producido en la disociación original.
Otro aspecto potencialmente confuso es que el dióxido de carbono se produce como producto final del metabolismo pero no es un ácido metabólico según la definición habitual. Esta inconsistencia causa cierta confusión: es más sencillo ser conscientes de ello y aceptar la convención establecida.
La producción neta de ácidos fijos es de aproximadamente 1 a 1.5 mmol de H + por kilogramo por día: alrededor de 70 a 100 mmol de H + por día en un adulto. Esta carga ácida no volátil es excretada por el riñón. Los ácidos fijos se producen debido al metabolismo incompleto de carbohidratos (eg lactato), grasas (eg cetonas) y proteínas (eg sulfato, fosfato).
El total anterior para la producción neta de ácido fijo excluye el lactato producido por el organismo cada día ya que la mayoría del lactato producido se metaboliza y no se excreta por lo que no hay lactato neto que requiera excreción del organismo.
Para el equilibrio ácido-base, la cantidad de ácido excretado por día debe ser igual a la cantidad producida por día.
Las vías de excreción son los pulmones (para CO 2) y los riñones (para los ácidos fijos). Cada molécula de CO 2 excretada vía los pulmones resulta de la reacción de una molécula de bicarbonato con una molécula de H +. El H + permanece en el cuerpo como H 2 O.
Respuesta a una perturbación ácido-base
La respuesta del cuerpo 1 a un cambio en el estado ácido-base tiene tres componentes:
- Primera defensa: Buffering
- Segunda defensa: Respiratorio: alteración en el PCo 2 arterial
- Tercera defensa: Renal: alteración en HCO 3 - excreción
Se emplea la palabra 'defensa' porque estas son las tres formas en que el cuerpo se 'defiende' contra las perturbaciones ácido-base. Este no es el cuadro completo ya que descuida algunas respuestas metabólicas (por ejemplo, cambios en las vías metabólicas) que ocurren.
Esta respuesta se puede considerar observando cómo los componentes afectan la\( \frac {[HCO_{3}^{-}} {pCO_{2}} \) relación en la ecuación de Henderson-Hasselbalch. A continuación se resumen los 3 componentes de la respuesta.
La respuesta inmediata: almacenamiento en búfer
El amortiguamiento es un fenómeno fisicoquímico rápido. El cuerpo tiene una gran capacidad de amortiguación. El amortiguamiento de ácidos fijos por bicarbonato cambia el numerador [HCO 3 -] en la proporción (en la ecuación de Henderson-Hasselbalch).
La respuesta respiratoria: alteración en la ventilación
El ajuste del denominador PCo 2 (en la ecuación de Henderson-Hasselbalch) por alteraciones en la ventilación es relativamente rápido (minutos a horas). Un aumento de la excreción de CO 2 debido a la hiperventilación dará como resultado uno de los tres resultados ácido-base:
- La corrección de la acidosis respiratoria
- producción de una alcalosis respiratoria
- compensación por una acidosis metabólica.
Cuál de estas tres circunstancias está presente no puede deducirse meramente de la observación de la presencia de hiperventilación en un paciente.
Esta respuesta respiratoria es particularmente útil fisiológicamente debido a su efecto sobre el pH intracelular así como el pH extracelular. El dióxido de carbono cruza las membranas celulares fácilmente por lo que los cambios en la pCO2 afectan el pH intracelular rápidamente y en una dirección predecible
El sistema tiene que ser capaz de responder rápidamente y tener una alta capacidad debido a las enormes cantidades de ácido respiratorio a excretar.
La respuesta renal: alteración en la excreción de bicarbonato
Este proceso mucho más lento (varios días para alcanzar la máxima capacidad) implica el ajuste de la excreción de bicarbonato por el riñón. Este sistema es responsable de la excreción de los ácidos fijos y de los cambios compensatorios en el plasma [HCO 3 -] en presencia de trastornos respiratorios ácido-base.
Saldo: Interno versus Externo
Esto se refiere a la diferencia entre la rotación de iones de hidrógeno en el cuerpo (o equilibrio interno) versus la producción y excreción neta de H + que requiere excreción del cuerpo (es decir, equilibrio externo)
La mayoría de las discusiones sobre el equilibrio de iones de hidrógeno se refieren a la producción neta (que requiere excreción del cuerpo para mantener un pH corporal estable) más que a la renovación de iones de hidrógeno (donde H + se producen y consumen en reacciones químicas sin ninguna producción neta). La producción neta en condiciones basales da 12 moles de CO 2 y 0.1 moles de ácidos fijos.
La mayoría de los ácidos fijos se producen a partir de proteínas (sulfato de los tres aminoácidos que contienen azufre; fosfato de fosfoproteínas) con un menor aporte del metabolismo de otros compuestos fosfatos (por ejemplo, fosfolípidos).
Dato clave: La rotación de iones de hidrógeno en el cuerpo es ENORME y mucho más grande que la excreción neta de ácido.
El volumen de negocios 2 incluye:
- 1.5 moles/día de recambio de ácido láctico
- 80 moles/día a partir del recambio de dinucleótidos adenina
- 120 moles/día a partir de la rotación de ATP
- Al menos otros 360 moles/día involucrados en movimientos de membrana mitocondrial H+ (Johnston & Alberti).
En comparación con el total de estas enormes cifras de rotación, los 12 moles/día de CO 2 producidos parecen pequeños y los 0.1 moles/día de producción neta de ácido fijo se ven positivamente insignificantes. (Las apariencias por supuesto pueden ser engañosas). Debido a que con el recambio, estos H + se producen y consumen sin que ninguna producción neta requiera excreción, son menos relevantes para esta discusión donde el énfasis está en el equilibrio ácido-base externo.
Por definición, para el equilibrio ácido-base, la producción neta de ácido por el cuerpo debe ser excretada. Esta discusión sobre el equilibrio ácido-base externo también incluye cualquier ácido o base ingerida o infundida en el cuerpo. Equilibrio ácido-base significa que la producción neta de ácido se excreta del cuerpo cada día (es decir, 'equilibrio externo'). La rotación interna de H + se ignora en gran medida (a excepción del ácido láctico) en el resto de este libro.
Referencias
- Adrogue HE y Adrogue HJ. Fisiología ácido-base. Respir Care 2001 Abr; 46 (4) 328-41. PubMed
- Johnston DG y Alberti KG. Equilibrio ácido-base en las acidosis metabólicas. Clin Endocrinol Metab 1983 Jul; 12 (2) 267-85.pubMed