MedicinABC

30/11/2012

El equilibrio ácido-básico en el organismo humano

El equilibrio de los ácidos y las bases en los líquidos corporales del cuerpo humano es de importancia vital. Un desequilibrio puede provocar acidosis o alcalosis que son unos síntomas que sin tratamiento tienen consecuencias graves.
El pH sanguíneo fisiológico se encuentra entre 7.35 y 7.45 con un valor medio de 7.4. Un pH debajo de 7.35 es una acidosis y un pH más alto que 7.45 se llama alcalosis. Para evitar un desequilibrio entre ácidos y bases durante el metabolismo diario, el cuerpo dispone de varios sistemas reguladores.


Qué es el pH?


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El pH es una escala numérica de 1 a 14 (en solución acuosa) utilizada para medir la acidez y basicidad de una solución. Se refiere a la concentración de los iones de hidrógeno (H+) en la solución. Análogo al pH, existe también el pOH que se refiere a la concentración de iones hidroxilo (OH-). En una solución, el valor pH mas el valor pOH es siempre 14: pH + pOH = 14
La soluciones con un pH menor a 7 son ácidas, mayor a 7 básicas y un pH de 7 indica neutralidad.

Cada una de las secreciones o líquidos corporales tiene un pH óptimo que podemos observar en la imagen siguiente:


PH liquidos corporales

El pH se define como el logaritmo negativo (-log) de base 10 de la actividad de los iones de hidrógeno (aH). Muchas veces para simplificar las fórmulas, se reemplaza la actividad de los iones H+ por su concentración que, en la práctica, da unos resultados suficientemente exactos: 
\mathrm{pH = - \log_{10} ({a_H}) \approx - \log_{10} \left( \frac{\left[ H_3O^+ \right]}{mol/L}\right)}   
Se escribe "H3O" en vez de H+ porque así es químicamente correcto. En las disoluciones no se encuentran sólo moléculas de H2O mas disocian en iones hidronio (H3O+) e iones hidroxilo (OH-):
2H2O = 1H3O+ + 1OH-. Para hacer la fórmula más simple podemos escribir (H+) en vez de (H3O+) y descuidar la división por (mol/l) así que decimos:

El pH es el logaritmo negativo de base 10 de la concentración de los iones de hidrógeno.
pH = -log c(H+)

La acidez (y a consecuencia el pH) de una solución depende de la concentración de iones H+ presentes en ella. Cuando disolvemos un ácido (A) en agua, disocia en un anión y un H+:
AH = A- + H+. La concentración de H+  de la solución aumenta por lo que baja el pH. Asimismo, una base (B) disuelta en agua disocia en un catión y un OH-: BOH = B+ + OH-. Los iones hidroxilo capturan unos de los H+ presentes en la solución para formar H2O, así que aumenta el pH.


El pH necesita ser constante: los sistemas amortiguadores


Para el correcto funcionamiento de las reacciones químicas vitales es necesario que el pH de los líquidos corporales se mantenga entre sus límites; en el caso de la sangre entre 7.35 y 7.45.
A diario se producen ácidos y bases por el metabolismo celular, predominando la producción de los ácidos. Esta tabla muestra las cantidades de H+ y OH- que resultan diariamente:


Dependiendo de su estilo de vida, cada persona produce cantidades diferentes de ácidos y bases. Por ejemplo, una dieta rica en carne y pobre en verdura conlleva la producción de aún más ácidos que una dieta rica en verdura fresca.

El metabolismo se lleva a cabo en las células y después los metabolitos (ya que sean ácidos, básicos o neutros) tienen que ser transportados a los órganos de excreción. Por eso el cuerpo dispone de varios sistemas intracelulares y extracelulares, llamados buffer o amortiguadores, que permiten mantener el pH constante. Los buffer son sustancias que son capaces de unirse a ácidos (o H+) de manera reversible para que estos no afecten el pH. En concreto, el sistema buffer consiste de un ácido débil y su base conyugada o al revés, una base y su ácido conyugado. Cada sistema buffer obra en un margen concreto de pH.

El principio de Le Chatelier

Aquí hay que mencionar un principio químico muy importante para entender los sistemas amortiguadores, el principio de Le Chatelier: 
En los sistemas químicos siempre se establece un equilibrio. Por ejemplo, cuando disolvemos sal (NaCl) en un vaso de agua disociará en iones de sodio (Na+) y cloro (Cl-). Pero no es que ahora haya sólo sal disociada en iones en el vaso sino también un porcentaje de NaCl. La reacción de la disociación ocurre continuamente y en ambas direcciones; el sistema está en equilibrio. Esto se expresa en la fórmula química por medio de las dos flechas: NaCl  <=> Na+ + Cl-.
Cada equilibrio se establece a una concentración, temperatura y presión parcial determinada. Si una de estas magnitudes cambia, el sistema varía para contrarrestar ese cambio. En nuestro ejemplo, si echamos más NaCl en el vaso el equilibrio se desplazará a la derecha, es decir ocurre preferiblemente la disociación hasta que se haya establecido un nuevo equilibrio. 
Por otro lado, si aumentamos la concentración de Cl- (por ejemplo añadiendo KCl al vaso de agua) el equilibrio se desplazará a la izquierda.

Seguimos con los sistemas amortiguadores más importantes:

(1) Sistema amortiguador del bicarbonato. 

Es el sistema más importante en el líquido extracelular (especialmente en la sangre). Se compone de dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), ácido carbónico (H2CO3), ion de hidrógeno (H+) y anión carbonato ácido (HCO3-, muchas veces llamado bicarbonato):

CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3-

Durante la respiración celular se produce CO2 como producto de desecho. Reacciona con el agua para formar el ácido carbónico, una reacción que es catalizada por la enzima anhidrasa carbónica. La disociación de H2CO3 en iones no necesita catalizador. La sangre que pasa el pulmón libera el CO2 otra vez y este es eliminado por la respiración. Cuando hay exceso de H+, según el principio de Le Chatelier el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, es decir se produce más CO2 que es eliminado por el aire expiratorio. De esa manera se "exhala" la acidez excedente.

(2) Sistema amortiguador de las proteínas.

La carga negativa de las proteínas les proporciona la capacidad de ligar protones (H+). Aunque son abundantes en las células y en la sangre, tienen su importancia mayor en el compartimiento intracelular

(3) Sistema amortiguador de la hemoglobina.

Primero, la hemoglobina es capaz de ligar el CO2 producido en los tejidos por medio de sus grupos amino. En los alvéolos pulmonares donde existe una concentración alta de O2, la hemoglobina desoxigenada tiende a liberar su CO2 al plasma sanguíneo y aceptar O2. Luego el CO2 difunde de los capilares al aire. 
Segundo, como proteína la hemoglobina amortigua el pH sanguíneo capturando protones. Aún más: la hemoglobina desoxigenada  es capaz de ligar más H+ que la hemoglobina oxigenada. Ese efecto es especialmente importante en los tejidos donde se producen muchos iones hidrógeno como es el caso en los músculos que están trabajando. Después de liberar su oxígeno al tejido muscular, la hemoglobina puede ligar los H+ y llevarlos a los pulmones y al riñón.

(4) Sistemas amortiguadores del fosfato y del amoníaco.

Los fosfatos orgánicos como el ADP, ATP, Glucosa-1-fosfato y el 2,3-DPG son amortiguadores intracelulares. 
Al contrario, los fosfatos inorgánicos y el amoníaco son muy importantes a nivel del riñón. Cada día el riñón tiene que excretar 60-100 mmol de H+ pero el pH de la orina no puede caer por debajo de 3.5. Los fosfatos y el amoníaco intervienen en los túbulos renales para mantener constante el pH de la orina. 
HPO4-- + H+ <=> H2PO4-.
El cuerpo puede también excretar los protones uniéndolos al amoníaco (NH3) que en solución acuosa actúa como base, creando iones de amonio (NH4) que se excretan con la orina. 

Otros sistemas regulatorios: pulmón y riñón


Ya hemos mencionado el rol central que el pulmón juega en la regulación del equilibrio ácido-básico mediante la exhalación o retención del CO2. Si se produce un desequilibrio que supera la capacidad de los sistemas amortiguadores, el cuerpo reacciona aumentando o disminuyendo la frecuencia respiratoria. 
Es un mecanismo a corto plazo ya que la respiración reacciona dentro de minutos a cambios del pH sanguíneo. La regulación mediante el riñon es un mecanismo a largo plazo; reacciona más lentamente. Es capaz de retener o excretar bicarbonato (HCO3-) y H+ según sea necesario.


Fuentes:
Libro de Texto de la Fisiología. J. Huppelsberg y K. Walter. Editorial Thieme 2009

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Acerca del Autor:

Dorina Ferrario es la fundadora de MedicinABC y estudiante de Medicina Humana en la Universidad Humboldt de Berlín. Su reto es conseguir la difusión de información médica gratuita y de calidad a sus lectores. Bloguera en formación continua para una continua difusión de información. Sígue MedicinABC en Twitter.

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