10.3: Las variables

La ecuación para calcular [H ⁺] desarrollada por Stewart contiene 3 variables independientes y 6 dependientes. La naturaleza de las variables independientes parecerá extraña al principio pero el propósito de esta sección es introducirlas y discutir brevemente qué son y por qué son independientes.

Las tres variables independientes Estos son: PCo 2 -la presión parcial de CO 2 en la solución bajo examen SID -esto significa la 'diferencia de iones fuerte' en la solución [A Tot] -la concentración total de ácido débil en la solución. (Estas 3 variables se explican con más detalle en las subsecciones siguientes)

La primera variable independiente: PCo ₂

El PCo ₂ es el más fácil de entender. Algunos hechos:

• El dióxido de carbono es producido por todas las células del cuerpo
• Cruza todas las membranas celulares fácilmente, atraviesa el ISF y entra en la sangre
• Se excreta del cuerpo por los pulmones
• El PCo ₂ arterial está bajo control de retroalimentación sensible y potente a través de los quimiorreceptores periféricos y centrales

Estos receptores responden a un aumento en el PCo ₂ arterial al aumentar la ventilación y esto devuelve el PCo ₂ arterial a la normalidad. Se dice frecuentemente que el PCo ₂ arterial está determinado por la relación entre la producción de CO ₂ y la ventilación alveolar (Ver Sección 2.3). Esto es bastante correcto pero no indica el efecto del sistema de control que es muy efectivo para mantener el PCo ₂ arterial normal. Una consideración de la ecuación sugeriría que una duplicación de la producción de CO ₂ resultaría en una duplicación de PCo ₂ arterial pero esto no ocurre en la persona intacta (a menos que la ventilación sea fija por ejemplo, como en un paciente ventilado anestesiado).

Cualquier aumento en el PCo ₂ arterial es detectado por los sensores (es decir, los quimiorreceptores) y activa el sistema de control dando como resultado un aumento de la ventilación alveolar. Esto devuelve el PCo ₂ arterial hacia la normalidad. En situaciones anormales, el sistema de control se altera o de otra manera es ineficaz para mantener constante el PCo ₂ arterial.

Lo esencial es que el valor de PCo ₂ en la sangre arterial y todos los fluidos corporales se establece efectivamente por mecanismos distintos a los equilibrios químicos que ocurren en los fluidos. El valor está determinado y controlado por factores externos al sistema químico en los fluidos corporales. Por lo tanto, se trata de una variable independiente.

La segunda variable independiente: SID

Esta abreviatura significa Diferencia de iones fuertes. Se define como:

SID = (la suma de todas las concentraciones de cationes fuertes en la solución) menos (la suma de todas las concentraciones de aniones fuertes en la solución).

Por ejemplo: si una solución contenía Na ⁺, K ⁺ y Cl ^- como los únicos iones fuertes presentes, entonces:

\( SID= [Na^{+}] + [K^{+}] - [Cl^{-}] \)

SID = [Na ⁺] + [K ⁺] - [Cl ^-]

Si estos iones fuertes fueran las únicas especies cargadas presentes, entonces el poderoso requisito de neutralidad eléctrica significaría que SID sería cero. La mayoría de los fluidos biológicos contienen electrolitos débiles (en su mayoría ácidos débiles). Si el SID no es cero, entonces significa que la solución debe contener otras especies cargadas es decir, electrolitos débiles. El SID representa la carga neta que debe ser balanceada por cargas sobre los ácidos débiles en la solución para que se mantenga la neutralidad eléctrica.

En plasma, la fórmula para SID es aproximadamente:

\[ SID = [Na^{+}] + [K^{+}] + [Ca^{2+}] + [Mg^{2+}] - [Cl^{-}] - [\text{Other strong anions}^{-}]\]

¿Por qué el SID se considera una 'variable independiente'?

Los componentes (es decir, los iones fuertes) que se utilizan para calcular el SID no son alterados por ninguna de las reacciones en el sistema. Ninguno de estos iones se produce ni se consume. Las concentraciones se imponen a la solución desde el exterior y son controladas por mecanismos externos. El riñón es el regulador más importante de la mayoría de estas concentraciones de iones.

Los iones inorgánicos fuertes (eg Na ⁺, Cl ^-) son absorbidos principalmente del intestino y el control es principalmente por variaciones en la excreción renal debido a diversos sistemas de control en el cuerpo.

Los iones orgánicos fuertes (por ejemplo, lactato, ceto-aniones) se producen por el metabolismo y pueden metabolizarse en los tejidos o excretarse en la orina. Sin embargo, sus concentraciones en la mayoría de los fluidos corporales no dependen de las reacciones dentro de la solución sino que están reguladas por mecanismos externos al sistema.

Se utiliza el valor derivado SID porque es un término que surge en la ecuación de neutralidad eléctrica y nos permite agrupar todas las concentraciones independientes en la forma en que los iones fuertes están involucrados en afectar el equilibrio ácido-base (es decir, por su carga neta global). El SID es aquella parte de la carga sobre los iones fuertes que tiene que ser equilibrada (debido al requisito de electroneutralidad) por las cargas netas opuestas de los iones débiles totales presentes. A diferencia de los iones fuertes, la cantidad de estos iones débiles varía debido a las cantidades variables de disociación. La cantidad de disociación de estos iones débiles varía de tal manera que la cantidad neta de carga de todos ellos considerados juntos, es igual y opuesta a la carga debido a los iones fuertes. Esto es sólo un hecho químico debido a la exigencia de electroneutralidad que se impone al sistema por las leyes físicas.

Si solo se consideran los iones fuertes que normalmente están presentes en la salud, el SID aparente (SiD) se puede calcular como:

\[SID_{a} = [Na^{+}] + [K^{+}] + [Ca^{2+}] + [Mg^{2+}] - [Cl^{-}] - [\text{lactate}^{-}]\]

SiDa tiene un valor normal de 40 a 42 meg/L.

Esta es una simplificación útil pero es posible ir más allá. Solo [Na ⁺] y [Cl ^-] están presentes en altas concentraciones por lo que el SID puede aproximarse aproximadamente como ([Na ⁺] - [Cl ^-]). Ahora bien, si recordamos que [Na ⁺] está fuertemente controlado por el cuerpo porque controla la tonicidad, entonces la principal forma en que se puede alterar el pH de la ECF es por cambios en [Cl ^-] relativo a una constante [Na ⁺].

La tercera variable independiente: [A _Tot]

La abreviatura representa la cantidad total de ácido débil no volátil presente en el sistema.

Todos los ácidos débiles del sistema se representan colectivamente como HA. El anión para cada ácido será diferente pero debido a que todos se comportan de manera similar todos los ácidos débiles se representan como si fueran un solo ácido (para el cual se usa el símbolo HA) que tiene una sola constante aparente de disociación. Esta es una suposición simplificadora útil que es básicamente un proceso de promediación. La reacción de disociación es:

\(HA \Leftrightarrow H^{+} + A^{-} \)

La ley de conservación de la masa significa que la cantidad total de A (símbolo: [A _Tot]) en el sistema debe ser constante. Ninguna de las reacciones en el sistema produce o consume A. La conservación de A puede representarse como:

\([A_{Tot}] = [HA] + [A^{-}] \)

En plasma, los principales ácidos débiles no volátiles presentes son:

• Proteínas\( ([Pr_{Tot}] = [Pr^{-}] + [HPr]) \)
• Fosfatos\( ([Pi_{Tot}] = [PO_{4}^{3-}] + [HPO_{4}^{2-}] + [H_{2}PO_{4}^{-}] + [H_{3}PO_{4}]) \)

La albúmina es la proteína más importante presente que actúa como un ácido débil por lo que la cantidad total de proteína se aproxima por la concentración de albúmina ([Alb]). Las globulinas no contribuyen significativamente a la carga negativa total debida a las protinas plasmáticas. El nivel de albúmina en los fluidos corporales se impone al sistema ácido-base y no está regulado por él. La presión osmótica coloidal y osmolalidad del espacio hepático extravascular es el factor principal que controla la tasa de producción de albúmina. (Pietrangelo et al, 1992).

Los fosfatos están presentes en varias formas pero la cantidad total es normalmente bastante constante. Su nivel en plasma se controla como parte del sistema de regulación de los niveles de calcio. Los fosfatos normalmente aportan solo aproximadamente 1 mM de A _Tot. Los fosfatos representan solo 5% de A _Tot a niveles normales de fosfato. Si los niveles de fosfato son elevados entonces su contribución se vuelve más importante.

El punto de todo esto es que la [Albúmina] sola puede ser utilizada como estimación de A _Tot en plasma.

Como visión general de estos factores independientes, considere las siguientes generalizaciones que se han hecho:

• La primera variable independiente es PCo ₂ la cual es controlada por un sistema de control respiratorio.
• La segunda variable independiente es SID y ésta se puede estimar aproximadamente como ([Na ⁺] - [Cl ^-]) y ésta es controlada por el riñón.
• La tercera variable independiente es A _Tot y ésta se estima como [Alb] la cual es controlada por el hígado.