Estado ácido-base y valor del pH
El estado ácido-base (EAB), o equilibrio ácido-base, es la constancia de la proporción de ácidos y bases en el medio interno del organismo. Se evalúa mediante el indicador pH, que es el logaritmo negativo en base 10 de la concentración de iones de hidrógeno. Así, con una concentración de H⁺ de 10⁻⁷ mol/l, el pH es igual a 7.
Normalmente, el pH de la sangre arterial es de 7,40 y el de la venosa es de 7,35. El valor más bajo en la sangre venosa se debe a su saturación con dióxido de carbono: bajo la acción de la enzima anhidrasa carbónica, el CO₂ se combina con el agua para formar ácido carbónico (H₂CO₃), el cual se disocia parcialmente en HCO₃⁻ y H⁺.
La rigidez de la constante del pH se debe a la dependencia del funcionamiento de las proteínas (enzimas, transportadores, receptores) respecto a un pH óptimo estrictamente definido. Un cambio en el pH altera o detiene por completo su funcionamiento. El mantenimiento del pH es garantizado por sistemas efectores: la ventilación pulmonar, los sistemas amortiguadores de la sangre, la función excretora de los riñones, la sudoración y la actividad del tracto gastrointestinal.
Sistema amortiguador de bicarbonato
Consiste en ácido carbónico (H₂CO₃) y bicarbonato de sodio (NaHCO₃) (en forma disociada, el ion HCO₃⁻) en una proporción aproximada de 1:20.
- Ante un exceso de H⁺, el ion HCO₃⁻ se une al ion hidrógeno para formar H₂CO₃, la cual, bajo la acción de la anhidrasa carbónica, se descompone en H₂O y CO₂; el dióxido de carbono es eliminado por los pulmones.
- Ante un exceso de bases (OH⁻), el ácido carbónico cede H⁺, el cual se combina con el ion hidroxilo para formar agua.
Este sistema funciona en estrecha cooperación con la ventilación pulmonar.
Sistema amortiguador proteico
Las propiedades amortiguadoras de las proteínas se deben a su anfoterismo, es decir, la capacidad de comportarse tanto como ácidos como bases.
- En un medio alcalino, las proteínas actúan como donantes de H⁺: el ion hidrógeno cedido neutraliza el OH⁻ para formar agua.
- En un medio ácido, las proteínas se disocian formando OH⁻, el cual se une al exceso de H⁺, formando también agua.
Sistema amortiguador de fosfato
Está formado por dihidrogenofosfato de sodio (NaH₂PO₄) y hidrogenofosfato de sodio (Na₂HPO₄) en una proporción aproximada de 1:4. Ante un exceso de bases, el dihidrogenofosfato cede H⁺, transformándose en hidrogenofosfato y formando agua. Ante un exceso de H⁺, el hidrogenofosfato capta un ion hidrógeno y se convierte en dihidrogenofosfato.
El sistema amortiguador de fosfato funciona predominantemente en los túbulos renales y dentro de las células, donde la concentración de fosfatos es mayor que en el plasma. En los túbulos, el ion Na⁺ procedente del Na₂HPO₄ se reabsorbe hacia la sangre y su lugar es ocupado por el H⁺ generado durante la disociación del ácido carbónico en las células tubulares. El NaH₂PO₄ resultante se excreta con la orina, mientras que el ion HCO₃⁻ pasa a la sangre, reponiendo el sistema de bicarbonato. De este modo, el sistema de fosfato apoya el funcionamiento del sistema de bicarbonato.
Sistema amortiguador de hemoglobina
La hemoglobina es capaz de captar y ceder iones de hidrógeno, modificando su afinidad según la saturación de oxígeno.
- En los tejidos: el compuesto KHbO₂ cede O₂ para la respiración tisular. El CO₂ producido como resultado del metabolismo entra en el eritrocito, donde, bajo la acción de la anhidrasa carbónica, se convierte en H₂CO₃ con una disociación posterior en HCO₃⁻ y H⁺. El ion hidrógeno desplaza al K⁺ de la hemoglobina y se une a ella, formando HHb.
- En los pulmones: la alta presión parcial de O₂ favorece la oxigenación de la hemoglobina. Un cambio en la conformación proteica provoca la liberación de H⁺. El KHCO₃ que llega se disocia en K⁺ y HCO₃⁻; el bicarbonato se une al H⁺ para formar H₂CO₃, la cual se descompone en H₂O y CO₂, que es exhalado. El potasio se vuelve a unir a la hemoglobina, restaurando el compuesto KHbO₂.
Cooperación de los sistemas amortiguadores y órganos efectores
Todos los sistemas amortiguadores de la sangre funcionan de manera coordinada: el de la hemoglobina asegura el transporte de CO₂ y está estrechamente vinculado al de bicarbonato; el de fosfato repone la reserva de bicarbonato a través de los túbulos renales; y el proteico complementa la acción de los demás en el plasma y los tejidos.
El mantenimiento del pH es imposible sin la participación de los sistemas efectores: la ventilación pulmonar (eliminación de CO₂), los riñones (secreción de H⁺, reabsorción de HCO₃⁻), el tracto gastrointestinal (secreción de ácidos y bases por las glándulas) y la sudoración (eliminación parcial de ácidos y bases). La acción conjunta de estos mecanismos garantiza los estrechos límites fisiológicos del pH sanguíneo.
Puntos clave
- El pH de la sangre arterial es de 7,40 y el de la venosa de 7,35; la diferencia se debe al contenido de CO₂ y H⁺.
- La rigidez del pH es necesaria para el funcionamiento de las enzimas y otras proteínas en su pH óptimo.
- El amortiguador de bicarbonato (H₂CO₃ / NaHCO₃, 1:20) funciona en cooperación con los pulmones.
- El amortiguador proteico se lleva a cabo gracias al anfoterismo de las proteínas.
- El amortiguador de fosfato (NaH₂PO₄ / Na₂HPO₄, 1:4) predomina en los túbulos renales y dentro de las células.
- El amortiguador de hemoglobina une H⁺ en los tejidos y lo libera en los pulmones durante la oxigenación.
- La anhidrasa carbónica cataliza la reacción clave CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ en todas las interacciones de los amortiguadores.
- La constancia del pH se mantiene mediante el trabajo conjunto de los amortiguadores de la sangre, los pulmones, los riñones, el tracto gastrointestinal y la piel.