Importancia del estado ácido-base
Mantener el indicador de hidrógeno en un nivel estable es de vital importancia. Incluso los cambios mínimos y breves en el pH (indicador de hidrógeno) desencadenan toda una cadena de alteraciones. Sin una regulación estricta se modifica:
- La actividad de las enzimas celulares.
- La velocidad y la intensidad de las reacciones de oxidación-reducción.
- La sensibilidad de los receptores celulares a las sustancias biológicamente activas (SBA).
- La permeabilidad de las membranas celulares.
El sentido fisiológico del sistema de regulación es evitar el desplazamiento del pH en el líquido intracelular (donde la norma es de 6,8–7,2). Solo así es posible un metabolismo tisular óptimo.
Fuentes de iones de hidrógeno
Cada segundo, durante el metabolismo en el cuerpo, se producen ácidos que amenazan con desplazar el equilibrio. ¿De dónde proviene el exceso de iones $H^+$?
- Dióxido de carbono ($CO_2$). El principal producto de la respiración tisular. Al interactuar con el agua, forma ácido carbónico ($H_2CO_3$), que luego se disocia en $H^+$ y $HCO_3^-$.
- Trabajo muscular intenso. Conduce a la acumulación de ácido láctico y pirúvico.
- Metabolismo hepático. La descomposición y reorganización de aminoácidos (por ejemplo, en la gluconeogénesis) o la síntesis de triglicéridos siempre van acompañadas de la liberación de iones $H^+$ y $OH^-$.
- Digestión. Hidrólisis de sustancias alimentarias y sales de ácidos orgánicos.
Dos líneas de defensa del pH
El sistema funcional de mantenimiento del pH funciona según el principio de retroalimentación. Tan pronto como el indicador se desvía de la norma (por ejemplo, cae por debajo de 7,35), se desencadena una cascada de reacciones.
Primera línea de defensa: Mecanismos locales de autorregulación Los sistemas tampón de la sangre actúan instantáneamente. Los más potentes de ellos son el bicarbonatado y el de la hemoglobina. Por ejemplo, la hemoglobina actúa como una base fuerte: absorbe los iones $H^+$ excedentes que se formaron durante la descomposición del ácido carbónico.
Segunda línea de defensa: Eslabón interno Si la capacidad de los sistemas tampón no es suficiente, intervienen los centros nerviosos y los órganos efectores:
- Pulmones: modifican la ventilación eliminando el ácido volátil ($CO_2$).
- Riñones: eliminan (excretan) el exceso de iones de hidrógeno con la orina.
- Hígado y tracto gastrointestinal: neutralizan metabólicamente los productos de desecho.
- Glándulas sudoríparas: eliminan una parte de los ácidos a través de la piel.
- Corteza cerebral: forma la conducta (por ejemplo, la búsqueda activa de un alimento o ambiente determinado).
Mecanismos de recepción (cómo el cerebro detecta el problema)
Para poner en marcha los órganos efectores, el sistema nervioso debe registrar el cambio en el EAB. Para ello le ayudan dos tipos de sensores:
- Quimiorreceptores periféricos. Se encuentran en el lecho vascular, en los cuerpos carotídeos (bifurcación de la arteria carótida) y en el cayado aórtico. Detectan directamente el cambio en la concentración de $H^+$ y la presión parcial de $CO_2$ ($pCO_2$) en la sangre. Desde ellos, la señal viaja al bulbo raquídeo a través de los nervios sinusales y la rama aórtica del nervio vago.
- Quimiorreceptores centrales. Se encuentran en el propio bulbo raquídeo. La sangre está separada del tejido cerebral por la barrera hematoencefálica (BHE), que casi no deja pasar los iones $H^+$. Sin embargo, el dióxido de carbono ($CO_2$) difunde fácilmente a través de ella. Cuando aumenta el $CO_2$ en la sangre, este penetra en el líquido cefalorraquídeo, altera allí la concentración de hidrógeno, y es precisamente ante este cambio que reaccionan los receptores centrales, transmitiendo una señal humoral a las neuronas del centro respiratorio.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué sistemas tampón de la sangre participan en la regulación del EAB?
En la regulación del estado ácido-base participan cuatro sistemas tampón físico-químicos principales de la sangre. Constituyen la primera línea de defensa móvil, que actúa instantáneamente ante las alteraciones del pH:
- Bicarbonatado: constituye del 7% al 9% de la capacidad tampón total de la sangre.
- De la hemoglobina: es el principal sistema tampón de la sangre que absorbe los iones de hidrógeno.
- Fosfato: reacciona inmediatamente al cambiar la concentración de iones de hidrógeno.
- Proteico: también participa en la tamponación rápida de la sangre.
¿Cuáles son los mecanismos específicos de participación de los riñones en el mantenimiento del EAB?
Los riñones regulan el estado ácido-base mediante procesos en los túbulos renales. Entre los mecanismos se encuentran:
- Reabsorción — recaptación de bicarbonato y otros metabolitos a partir de la orina primaria.
- Secreción — liberación de iones de hidrógeno hacia la luz tubular a cambio de los iones de sodio reabsorbidos.
- Acidogénesis: un proceso que requiere energía; secreción de iones de hidrógeno en la luz tubular a cambio del sodio reabsorbido.
- Ammoniogénesis.
- Secreción de fosfatos.
- Mecanismo de intercambio de $K^+, Na^+$.
La intensidad de los procesos de reabsorción y secreción de productos ácidos/básicos varía según las alteraciones del equilibrio ácido-base.
¿Qué clasificaciones de las alteraciones del EAB existen según su origen?
Según su origen, las alteraciones del estado ácido-base se clasifican en varios tipos principales dependiendo del factor primario de la alteración. Se distinguen los siguientes grupos de trastornos:
- Metabólicos (no respiratorios): se altera primariamente la concentración de iones de hidrógeno o de hidroxilo.
- Respiratorios: están asociados con un cambio primario en la presión parcial del dióxido de carbono.
- Mixtos: combinación simultánea de signos de acidosis o alcalosis de origen gaseoso y no gaseoso en un mismo paciente.
Diferenciar los dos tipos principales de alteraciones es sencillo: las alteraciones metabólicas (no respiratorias) son un problema primario con la «química» (exceso de ácidos o bases), mientras que las respiratorias son un problema con la «respiración» (cambio en el nivel del gas $CO_2$).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre acidosis y alcalosis?
La acidosis es la acidificación del medio, una caída del pH por debajo de la norma debido al aumento en la concentración de iones de hidrógeno. La alcalosis es la alcalinización, cuando el pH aumenta por encima de la norma y la cantidad de $H^+$ disminuye.
¿Por qué el pH del líquido intracelular es más bajo que el de la sangre?
Dentro de las células (donde el pH es de 6,8–7,2) se producen continuamente procesos metabólicos con la formación de ácidos orgánicos y dióxido de carbono, por lo que el medio allí es más ácido que en la sangre arterial (7,4).
¿Cómo influye el dióxido de carbono en la acidez?
El dióxido de carbono interactúa con el agua en el medio interno, convirtiéndose en ácido carbónico ($H_2CO_3$). Este se disocia en bicarbonato ($HCO_3^-$) y un ion de hidrógeno ($H^+$). Cuanto mayor es el $CO_2$, mayor es la cantidad de $H^+$ y menor es el pH.
Qué más repasar sobre el tema
- Principios de funcionamiento de los sistemas tampón de la sangre (especialmente el bicarbonatado)
- El papel de la hemoglobina como tampón en el intercambio gaseoso
- Mecanismos renales de excreción de iones de hidrógeno
- Fisiopatología de la acidosis y alcalosis metabólica y respiratoria
- Interacción del centro respiratorio y la corteza cerebral
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