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El equilibrio ácido-básico es un proceso complejo en el cual participan múltiples órganos para mantener relativamente constantes una serie de balances interrelacionados, tales como: pH, equilibrio eléctrico, equilibrio osmótico y volemia. Si se producen cambios en alguno de estos elementos, la respuesta del organismo será tratar de volverlos a sus límites normales, afectando en un mínimo a otros equilibrios.

Dado que el equilibrio ácido-básico es un tema de fisiología general, en este capítulo solamente revisaremos algunos aspectos generales, con énfasis en la participación del aparato respiratorio.

ASPECTOS GENERALES

CONCEPTO DE ACIDO

Supongamos que tenemos una solución acuosa de HCl. Además del agua, existirán en ella tres tipos de partículas: iones hidrógeno o protones, iones cloruro y moléculas de HCl, que se encuentran en equilibrio según la siguiente ecuación:

HCl		H⁺	+	Cl^-
ACIDO		HIDROGENION		BASE CONJUGADA

Analizando esta ecuación de izquierda a derecha, se puede constatar la característica definitoria de ácido, cual es la de entregar hidrogeniones a la solución en que se encuentra. En cambio, si se revierte ecuación de derecha a izquierda, se puede apreciar si el cloro vuelve a unirse con los hidrogeniones se forma nuevamente ácido clorhídrico. Por esta capacidad de captar hidrogeniones el cloro cae bajo la definición de base, o sea, de una sustancia que capta hidrogeniones de la solución para formar un ácido. En esta ecuación también se puede observar que un ácido está compuesto por hidrogeniones y una base conjugada. Según la afinidad por el hidrógeno de la base conjugada, habrá más o menos H⁺ libres en la solución: los ácidos fuertes tienen bases con poca afinidad por los H⁺y, por lo tanto, en solución los entregan fácilmente y el equilibrio de la ecuación está desplazado hacia la derecha. Los ácidos débiles, en cambio, tienen bases muy afines por H+, motivo por el cual la mayor parte de los H⁺ se mantienen unidos a ellas, liberando a la solución pocos hidrogeniones para reaccionar. Por ejemplo, el Cl es un ión con muy baja afinidad por el H⁺y, por lo tanto, en una solución de ácido clorhídrico la mayor parte del H⁺está libre y disponible para reaccionar (ácido fuerte). En cambio, el ión HCO₃^-es una base de alta afinidad por el H⁺, motivo por el cual en una solución de ácido carbónico de igual concentración que la del ejemplo anterior sólo una pequeña cantidad del H⁺se encuentra libre (ácido débil). Debe tenerse presente que la cantidad total de hidrogeniones (libres + combinados) es igual en ambas soluciones. Esta cantidad total es la acidez titulable. La cifra que tiene importancia biológica es la concentración de hidrogeniones libres, susceptibles de reaccionar químicamente con otras moléculas.

CONCENTRACION DE HIDROGENIONES

La concentración de H⁺libres en la sangre se puede expresar en diferentes formas y varía habitualmente entre 44 y 36 millones de hidrogeniones por litro. La forma más usada de expresar estas cantidades es el pH que es el logaritmo negativo de la concentración de H⁺ , lo que significa que el valor normal, expresado en unidades de pH oscila entre 7,36 y 7,44., como veremos más adelante

En condiciones normales existe una continua producción y eliminación de ácidos y bases, que está balanceada de tal manera que se mantiene un equilibrio y el pH en sangre permanece casi constante. El ácido cuantitativamente más importante en el organismo es el ácido carbónico, formado por la hidratación del CO₂ producido en el metabolismo de hidratos de carbono y grasas (13.000 mEq diarios). Como el CO₂ es eliminado por el pulmón, el ácido carbónico se califica como "volátil". También es importante el ácido láctico generado en condiciones normales principalmente por los músculos y el hígado (1.000 mEq diarios), cantidad que puede ser mayor en condiciones de aumento del metabolismo anaerobio como ejercicio importante o shock. El metabolismo de proteínas y aminoácidos genera ácidos fosfórico, clorhídrico y sulfúrico, que no se pueden eliminar por la ventilación l pulmonar ("ácidos fijos"), pero sí por los riñones. En condiciones patológicas, tales como diabetes y ayuno, se pueden producir grandes cantidades de ketoácidos.

MANTENCION DEL EQUILIBRIO ACIDO-BASE

En condiciones normales, la producción y eliminación de hidrogeniones están muy equilibradas, de manera que el pH se mantiene casi constante. Aunque la producción de H⁺aumente marcadamente, como sucede en el ejercicio, el organismo logra mantener una concentración de hidrogeniones relativamente estable gracias a la existencia de mecanismos tampones y a la acción reguladora del aparato respiratorio y del riñón.

SOLUCIONES TAMPON

Son soluciones que contienen una mezcla de sustancias químicas que limitan las variaciones del pH , producidas al agregarse un ácido o una base. Generalmente están formadas por la combinación de un ácido débil y una sal del mismo.

Uno de los tampones más importantes del organismo es la mezcla de ácido carbónico y bicarbonato de sodio. Supongamos que agregamos un ácido fuerte, por ejemplo HCl, a esta solución tampón:

HCl + Na HCO₃		Na⁺+ H⁺+ Cl ^- + HCO₃^-
		NaCl + H₂CO₃

En esta ecuación simplificada se puede observar que el ácido clorhídrico, como ácido fuerte, libera muchos aniones H, que debieran hacer caer el pH marcadamente, pero esto no sucede porque los hidrogeniones se combinan con el anión bicarbonato formando ácido carbónico que es un ácido débil. Esto se debe a que se produce una competencia por los hidrogeniones entre la base débil Cl y la base fuerte HCO₃^- , . Este sistema tampón es más eficaz en el organismo que in vitro, ya que el H₂CO₃ formado se desdobla, en parte, en H₂O y CO₂, y este último gas es eliminado rápidamente a través de la ventilación que aumenta en la medida que aumenta el CO₂. Con ello la reacción sigue funcionando hacia la derecha con mayor neutralización del HCl o de cualquier otro ácido fijo.

El tampón H₂CO₃ / Na HCO₃^-, no es el único del organismo, pero como se equilibra casi instantáneamente con los demás (proteínas,fosfatos,hemoglobina,etc,) el estado ácido-base global. es reflejado por este tampón, cuya medición es relativamente fácil.

ROL DEL APARATO RESPIRATORIO

Como veremos en el capítulo siguiente, el aparato respiratorio dispone de sensores exquisitamente sensibles a las variaciones de pH. Su estimulación por un aumento de la concentración de hidrogeniones, como ocurre por la producción de ácido láctico en el ejercicio, determina un incremento de la ventilación que elimina una mayor cantidad de CO₂, lo que tiende a mantener constante el pH. A la inversa, una caída de la concentración de hidrogeniones deja de estimular la ventilación. Lo valioso de este mecanismo en su rapidez , pero es limitado porque la ventilación tiene también otras exigencias que cumplir.

ROL DEL RIÑON

El riñón participa en la regulación del equilibrio ácido básico por dos mecanismos principales. Por una parte, es capaz de regular la cantidad de bicarbonato urinario, ya que puede excretar los excesos de este ion o reabsorber el bicarbonato filtrado. Por otra parte, el riñón es capaz de excretar hidrogeniones en la forma de H₃PO₄ o de NH4⁺. Durante este proceso se genera nuevo bicarbonato, lo que hace posible el reemplazo de aquel que se consumió al tamponar los ácidos fijos. La acidemia tiende a aumentar la excreción urinaria de hidrogeniones y la retención de bicarbonato, mientras que la alcalemia tiene los efectos contrarios. Estas funciones compensatorias son lentas, ya que demoran entre 12 y 72 horas en alcanzar su máxima eficiencia. Por lo tanto, el riñón participa en la mantención del equilibrio ácido-básico a largo plazo.

EVALUACIÓN DEL EQUILIBRIO ACIDO-BASICO

La evaluación del equilibrio ácido bases, tanto en fisiología como en clínica, se basa en la reacción de Henderson-Hasselbach

	(HCO₃^-)
pH = pK + log	-------------
	(H₂CO₃₎

pH es el cologaritmo negativo de la concentración de hidrogeniones y pK es el cologaritmo negativo de la constante de disociación del ácido carbónico. La relación entre bicarbonato y ácido carbónico refleja , como vimos antes, el comportamiento del sistema tampón del organismo. Dado que la concentración de H₂CO₃ es difícil de medir y es igual a la P_aCO₂ multiplicada por 0,03, que es el coeficiente de solubilidad de CO₂, la formula se puede rescribir::

	(HCO₃^-)
pH = pK + log	------------------
	(P_aCO₂x 0,003)

Además de su importancia fisiológica, el tampón H₂CO₃ - NaHCO₃ tiene la ventaja que se puede evaluar fácilmente midiendo el pH y la P_aCO₂, para lo cual existen electrodos eficientes. Introduciendo estos datos en la ecuación de Henderson-Hasselbach. es posible calcular la concentración de HCO₃^- .

De esta ecuación se desprende que la regulación del pH se encuentra íntimamente ligada a la respiración a través de la P_aCO₂ y al equilibrio hidroeléctrico, regulado por el riñón,a través del anión HCO₃. En condiciones normales los valores numéricos de la ecuación son los siguientes:

		24 mEq
	PH = 6,1 + log	----------------
		1,2 mEq
	= 6,1 + log 20
	= 6,1 + 1,3
	= 7,4 (pH normal)

Conociendo 2 de los 3 miembros variables de esta ecuación es posible calcular el tercero matemática o gráficamente (Fig. 6-1 ). Usualmente se mide el pH y la P_aCO₂ y se calcula el HCO₃, con lo que se tiene una imagen completa del estado de este sistema tampón y, como todos los tampones funcionan paralelamente, se puede evaluar el estado ácido-básico total del organismo.

Dado que el pK, logaritmo negativo de la constante disociación del ácido carbónico, tiene siempre el mismo valor de 6,1, se deduce que el pH será de 7,4 siempre que la relación bicarbonato/ácido carbónico sea de 20, de manera que su logaritmo sea 1,3. Cuando fisiológica o patológicamente se altera la proporción por modificación de uno de sus componentes, la compensación consistirá en la modificación del otro componente, con lo que la relación se mantiene lo más cercana a 20 que es posible. Como ya hemos visto, cuando se altera primariamente el HCO₃ el aparato respiratorio cambia la P_aCO₂ a través de la modificación de la ventilación. Este mecanismo es de gran rapidez, pero tiene como limitaciones que no se puede aumentar la ventilación indefinidamente para eliminar CO₂, por el riesgo de fatiga muscular respiratoria, y que no se la puede reducir demasiado para retener CO₂ sin caer en hipoxemia por hipoventilación e hipercapnia. Las alteraciones primarias de la P_aCO₂ son compensadas por cambios en el bicarbonato mediados por la redistribución de este ión y por la regulación de su eliminación por el riñón., proceso que demora horas a días. Más adelante, en fisiopatología, entraremos en más detalles sobre estos aspectos.

Figura 6-1. Nomograma de Sigaard-Andersen que relaciona P_aCO₂, pH y bicarbonato. Además incluye exceso de base y CO₂ total cuya interpretación se verá en el capítulo 13. Uniendo dos cifras conocidas mediante una línea recta se obtiene el resto de los valores. . En el gráfico se ha trazado como ejemplo una línea que une una P_aCO₂ de 40 con un pH de 7,40, lo que permite determinar que el bicarbonato es de 24 mEq. (Reproducido con permiso de Radiometer)

CAPITULO 6

EQUILIBRIO ACIDO-BASICO