Fisiología

La isoionía, isohidria incluida, representa un eslabón importante en la homeostasis sistémica (→cap. XII.A). En condiciones fisiológicas, la concentración de iones H+ en sangre es de 35-45 nmol/l. Una concentración estable de H+ en los fluidos sistémicos garantiza el transcurso correcto de los procesos enzimáticos, sobre todo de aquellos ligados a la producción de compuestos ricos en energía que determinan la función adecuada de las células y órganos completos. En 24 h, un adulto de 70 kg produce 15-20 moles de CO2 gaseoso (lo cual se corresponde a 0,93-1,24 kg de ácido carbónico) expulsado por los pulmones y 1 mmol de H+ no volátil/kg excretado por los riñones en forma de ion de amonio y de lo que se conoce como acidez titulable (formada principalmente por fosfato monobásico). Así pues, la isohidria depende principalmente de los pulmones y los riñones. Esto se refleja en la ecuación de Henderson-Hasselbalch (HH). Según la ecuación:

6,1 = logaritmo negativo de la disociación continua de H2CO3, [HCO3–] — concentración de bicarbonatos en mmol/l, pCO2 — tensión parcial de CO2 en sangre en mm Hg

Como el pH es un logaritmo negativo de la concentración de H+, el objetivo es expresar la concentración de H+ en peso equivalente por medio de la ecuación:

A partir de esta ecuación se infiere que el pH sanguíneo depende de los componentes respiratorio (pCO2) y no respiratorio (dependiente de los riñones), y que el pH sanguíneo puede ser adecuado pese a que tengan lugar cambios relevantes en la pCO2 y la concentración de HCO3–. Por ejemplo, si la pCO2 aumenta de 40 mm Hg a 67 mm Hg, y la concentración de HCO3– se incrementa de 24 mmol/l a 40 mmol/l, el cociente

no sufre ningún cambio (sigue siendo de 1,67), por lo que la concentración de H+ también se mantiene.

Se pueden sacar 2 conclusiones del ejemplo anterior:

1) para determinar con precisión el estado del equilibrio ácido base (EAB) es necesario conocer los 3 componentes de la ecuación HH

2) una concentración adecuada de H+ en sangre no descarta la incidencia de trastornos graves del EAB.

Todos los trastornos del EAB se pueden dividir en acidosis y alcalosis no respiratorias, respiratorias y mixtas.

Si consideramos el comportamiento de la concentración de H+ concomitante a los cambios en la pCO2 y en la concentración de HCO3–, se diferencian trastornos del EAB total o parcialmente equilibrados, o totalmente desequilibrados.

En condiciones fisiológicas, el pH sanguíneo es de 7,35-7,45 y la pCO2 de 35-45 mm Hg (4,65-6,0 kPa).

Los sistemas tampón de la sangre y los tejidos, los pulmones, los riñones, el aparato digestivo y los huesos participan en la conservación de un pH estable de la sangre y los líquidos sistémicos.

Sistemas tampón de la sangre y los tejidos

Las soluciones tampón se caracterizan por el hecho de que su pH cambia muy poco al añadirles ácidos o bases. Otra característica de las soluciones tampón es su capacidad para unir y liberar iones de hidrógeno.

El organismo humano dispone de varios sistemas tampón, de los cuales los siguientes tienen un papel más importante:

1) sistema bicarbonato (bicarbonato — ácido carbónico [HCO3–/H2CO3])

2) sistema fosfato (fosfato monobásico — fosfato dibásico [H2PO41–/HPO42–])

3) sistema proteinato (proteína H/proteinatos)

4) sistema hemoglobinato.

El sistema tampón bicarbonato es único, puesto que es capaz de eliminar rápidamente o conservar en el organismo a través de los pulmones uno de sus componentes, esto es, el CO2. Ninguno de los otros 3 sistemas tampón tiene esas propiedades.

El sistema tampón fosfato es un sistema tampón principalmente intracelular. El fosfato dibásico HPO42–, al unir el H+ generado como producto final del metabolismo, se transforma en H2PO4–, que se expulsa del organismo con la orina. En comparación con el tampón bicarbonato, el tampón fosfato no solo posee una menor capacidad, sino que también está ligado a la expulsión del organismo del valioso anión fosfato.

El sistema tampón proteinato es un importante sistema tampón intracelular.

La hemoglobina (Hb) tiene una importancia clave:

1) supone casi 3/4 de la cantidad total de proteínas en la sangre

2) tiene carácter ácido debido al predominio de los grupos ácidos hemo sobre los grupos básicos globina, y por esa razón presenta una gran capacidad para unir bases

3) su acidez cambia significativamente en función de su grado de oxigenación.

El sistema tampón hemoglobinato está compuesto por 2 subsistemas:

1) HHbO2 (Hb oxigenada)/KHbO2 (hemoglobinato de potasio oxigenado)

2) HHb (Hb desoxigenada)/KHb (hemoglobinato de potasio desoxigenado)

Gracias a estos 2 sistemas hemoglobinato, el papel de la Hb no solo consiste en transportar oxígeno de los pulmones a los tejidos, sino también en transportar CO2 de los tejidos a los pulmones.

Los ejemplos anteriores muestran que las sustancias tampón de la sangre y los tejidos no solo garantizan la concentración adecuada de H+, sino que también suponen un eslabón importante en la oxigenación de tejidos y en la purificación de CO2.

De media, la capacidad tampón sistémica es de 14 mmol/uds. pH/kg. De esa cantidad, el 10 % le corresponde a los sistemas tampón sanguíneos, el 51 % a los sistemas tampón tisulares y el 39 % restante a la ventilación pulmonar. Nuestro organismo contiene un total de ~2100 mmol de sustancias tampón capaces de unir ~100 mmol de H+. A efectos de comparación: el contenido sistémico de iones libres de hidrógeno es de apenas 2,1 µmol, es decir, ~50 000 veces menor que la cantidad de H+ unidos a tampones.

La cantidad máxima de iones hidrógeno que el organismo es capaz de tamponar antes de que ocurran alteraciones metabólicas irreversibles es de 70 mmol. Asumiendo que la producción diaria de ácidos no volátiles es de 1 mmol/kg y que no hay regeneración de bases, la capacidad sistémica de tamponar H+ de una persona de 70 kg se agota después de 10 días (700:70 = 10).

El papel de los pulmones en el equilibrio ácido-base

Una persona adulta produce 15-20 moles de CO2 al día. Según la ecuación HH, el pH sanguíneo depende en gran medida de la pCO2. Por su parte, la pCO2 depende principalmente de la ventilación de los alvéolos pulmonares (la hipoventilación aumenta y la hiperventilación reduce la pCO2), y en bastante menor medida del flujo sanguíneo a través de los pulmones, la relación ventilación-perfusión y la difusión de O2 y CO2 a través de las paredes de los alvéolos pulmonares. Por lo tanto, la principal causa de los trastornos respiratorios del EAB son las alteraciones de la ventilación de los alvéolos pulmonares: la hipoventilación genera acidosis y la hiperventilación alcalosis (→cap. II.B.3.1 y cap. II.O.1).

El papel de los riñones en el equilibrio ácido base

Consiste en:

1) una reabsorción de los HCO3– filtrados en un día por parte de los túbulos renales (150 l [filtración glomerular diaria] × 24 mmol/l [concentración de bicarbonatos] = 3600 mmol HCO3–)

2) una expulsión con la orina de los H+ procedentes de ácidos no volátiles (p. ej. sulfúrico, fosfórico) en forma de acidez titulable (0,3 mmol H+/kg/d) y un ion de amonio (0,7 mmol H+/kg/d); cada molécula del NH4+ o el H2PO4– resultante va acompañada de la regeneración de una molécula de HCO3–

3) una generación de HCO3– a partir de ácido cítrico u otros precursores de los bicarbonatos.

El 85-90 % de los bicarbonatos filtrados en los glomérulos se reabsorbe en el túbulo proximal por medio de varios procesos. Las moléculas de H2O sufren una disociación a H+ y OH– en las células tubulares proximales. A continuación, el intercambiador de Na+/H+ libera los iones H+ a la luz de los túbulos, donde se unen a los iones HCO3– filtrados. Se forma H2CO3, que después se descompone a CO2 y H2O bajo la influencia de la carbohidrasa de membrana. El CO2 se difunde al interior de las células tubulares, donde se une a los iones OH– (resultantes de la disociación de H2O) para formar HCO3– que pasa a la sangre.

En el túbulo distal, la regeneración de HCO3– también consta de varios procesos. Las células tubulares principales reabsorben los iones de Na+, lo que desemboca en la formación de una carga eléctrica negativa dentro de los túbulos. Esta carga es la fuerza propulsora de la H+-ATP-asa y la H+/K-ATP-asa, que liberan a la luz de los túbulos el ion H+ resultante de la disociación del H2O en el interior de las células tubulares. Los iones OH– formados como consecuencia de esta disociación se unen al CO2 en el interior de las células para dar lugar al ion HCO3–, que pasa a la sangre. Por otro lado, los H+ liberados a la luz de los túbulos se unen allí con NH3 para formar NH4+ (proceso de amoniogénesis) y con NaHPO4– para formar NaH2PO4 (acidez titulable). La secreción de H+ por parte de la H+-ATP-asa depende de la actividad del canal de sodio epitelial de las células principales y se ve afectada por la aldosterona, la angiotensina II y la actividad del receptor de calcio (CaR).

La alteración de la función renal en cuanto a la regeneración de HCO3– o la incapacidad de los túbulos renales en el proceso de excreción de H+ o reabsorción de HCO3– pueden causar acidosis no respiratorias urémicas o no urémicas (tubulares). Los riñones son los órganos más importantes en el proceso de compensación de los trastornos respiratorios primarios del EAB.

El papel del hígado en el equilibrio ácido-base

En el catabolismo de las proteínas se producen cantidades equivalentes de NH4+ i HCO3– que se transforman en urea. En función de la intensidad de producción de la urea (ureogénesis), el metabolismo de los aminoácidos puede ser fuente de HCO3–.

El papel de los huesos en el equilibrio ácido base

En el sistema óseo de una persona adulta hay depositados 7-8 moles de bases en forma de carbonatos y fosfatos de calcio. Por lo general, la movilización de estas bases solo ocurre en situaciones de acidosis crónica, tanto urémica como no urémica (tubular).

El papel del aparato digestivo en el equilibrio ácido-base

En estados fisiológicos, el aparato digestivo no cumple un papel importante en el equilibrio de los iones de hidrógeno. Como consecuencia de una pérdida de jugo gástrico (con los vómitos), bilis y jugo pancreático o intestinal (que contiene altas concentraciones de HCO3–), o debido a una diarrea persistente, en estados patológicos pueden desarrollarse trastornos graves del EAB que se expresan por medio de una alcalosis no respiratoria (en las personas con vómitos) o una acidosis no respiratoria (diarrea crónica ligada a una pérdida de grandes cantidades de HCO3–). Los alimentos ingeridos en un día contienen ~35 mmol de bases potenciales (normalmente son aniones orgánicos transformados en HCO3–) que pueden influir significativamente en el empeoramiento y el transcurso de las acidosis crónicas, especialmente en los enfermos de uremia.

Indicadores del estado de equilibrio ácido-base

Según la ecuación HH, el pH sanguíneo depende de 2 componentes:

1) metabólico

2) respiratorio.

Para determinar con precisión el estado del EAB se necesitan 3 parámetros:

1) concentración de H+ expresada en nmol/l o como pH

2) concentración de HCO3– en mmol/l: indicador del componente metabólico

3) pCO2: indicador del componente respiratorio.

Conocer 2 de estos 3 parámetros permite calcular el tercero con base en la ecuación HH.

El pH sanguíneo se determina en la sangre arterial o en la sangre capilar arterializada (→cap. II.B.3.1). El pH es un logaritmo negativo de la concentración de H+, por eso el resultado de la determinación se debe indicar en escala de pH y en peso equivalente (w nmol/l). Un pH >7,45 indica un estado de alcalosis y <7,35 una situación de acidosis. Un nivel adecuado del pH sanguíneo no descarta que existan trastornos metabólicos o respiratorios serios. Los cambios en el pH inducidos por una causa inicialmente respiratoria (pCO2) son mucho más peligrosos que los cambios generados por una causa metabólica. Esto está supeditado a que el CO2 pase fácilmente de las células al líquido extracelular. Los iones HCO3– no tienen esta propiedad.

La concentración de los bicarbonatos [HCO3–] se corresponde con la concentración actual de HCO3– en plasma obtenido de la sangre extraída sin contactar con el aire. El valor de [HCO3–] depende en gran medida de la pCO2 sanguínea.

La presión parcial de dióxido de carbono (pCO2) es el mejor indicador de las alteraciones respiratorias del equilibrio ácido base. La mera determinación de la pCO2 tiene un valor diagnóstico limitado, ya que un cambio en la pCO2 puede ser la expresión de compensaciones primarias de trastornos metabólicos o deberse a trastornos de la ventilación alveolar (→más arriba y cap. II.B.3.1 y cap. II.O.1).

La base tampón (buffer base, BB) es la suma de concentraciones de los bicarbonatos, las proteínas plasmáticas, los fosfatos y la hemoglobina. Una baja concentración de fosfatos en sangre (1-2 mmol/l) hace que la BB sea prácticamente la suma de las concentraciones de los bicarbonatos (25 mEq/l), las proteínas plasmáticas (~17 mEq/l [no mmol/l]) y la hemoglobina (un aumento de 1 mmol en la concentración de Hb aumenta la BB en 0,58 mEq/l). Por consiguiente, el valor normal de BB (en mEq/l) es de 25 + 17 + concentración de Hb (en mmol/l) × 0,58. Como no siempre se puede expresar la concentración de algunas proteínas en sangre en mmol/l (no se conoce su masa molecular), el valor de la BB se debe indicar en mEq/l en vez de en mmol/l.

El exceso de base (EB, base excess) determina la cantidad de acidez o alcalinidad titulable que se consigue titulando la solución a un pH de 7,40 con una pCO2 de 40 mm Hg a 37 °C. Si el EB tiene valor negativo, la solución analizada presenta un exceso de ácidos no volátiles o un déficit de bases. El EB se indica en mEq/l en vez de en mmol/l, ya que no todas las bases o los ácidos son monovalentes. El BE no depende de la pCO2 ni de la concentración de hemoglobina, pero depende de la saturación de oxígeno de la Hb ya que la hemoglobina oxigenada (HbO2) es más ácida que la desoxigenada (Hb).

Anion gap

De acuerdo con el principio de electroneutralidad de los líquidos sistémicos, la suma de las cargas positivas (cationes) debe ser igual a la suma de las cargas negativas (aniones; principio y diagrama de Gamble →fig. XII.A-1). Si se determina la suma de las concentraciones de los cationes distintos a Na+ (Ca2+, K+ i Mg2+) por medio de ∑NC, y la suma de las concentraciones de los aniones distintos a Cl– y HCO3– (proteínas, fosfatos, sulfatos, creatininas y ácidos orgánicos [p. ej. láctico y betahidroxibutírico]) por medio de ∑NA, según el principio de electroneutralidad de los líquidos sistémicos, se forma la ecuación:

[Na+] + ∑CN = ([Cl–] + [HCO3–]) + ∑AN

(todos los valores se indican en mEq/l)

Después de la conversión, obtenemos la siguiente ecuación:

[Na+] – ([Cl–] + [HCO3–]) = ∑AN – ∑CN = AG

Por lo tanto, la anion gap (BA) es la diferencia entre la suma de las concentraciones de los aniones indeterminados (AN) y de los cationes indeterminados (CN), o la diferencia entre la concentración de Na+ y la suma de las concentraciones de Cl– y HCO3–.

En condiciones fisiológicas, la AG es de 8-12 mEq/l. Hoy en día, los AN y los CN se determinan de forma rutinaria, por lo que el concepto de BA ha perdido importancia. Sin embargo, determinar la AG se ha convertido en la base para distinguir las acidosis con AG normal (~12 mEq/l; acidosis hiperclorémicas provocadas por la pérdida de bases: por sustracción), con AG elevada (acidosis inducidas por la presencia de ácidos no volátiles exógenos u endógenos [por adición exógena y endógena], con una regeneración renal de bases reducida y con una excreción renal de H+ reducida [por retención]). Determinar la AG también sirve para:

1) diagnosticar

a) acidosis no respiratorias (la anion gap elevada deriva de la presencia en plasma de aniones que no se determinan de forma habitual, p. ej. láctico, acetoacético, metabolitos de alcoholes)

b) gammapatía (incremento de la AG debido a un exceso de gammaglobulinas catiónicas en plasma)

c) intoxicaciones por bromuros y litio (incremento de la AG en la intoxicación por litio, que es un catión en el plasma, y reducción de la AG en la intoxicación por bromuros debido a la aparición del anión Br– en la sangre)

2) controlar clínicamente los resultados de las determinaciones de Na+, Cl– y HCO3–.