Equilibro Ácido-Base

Para poder entender qué es el equilibrio ácido-base, primero hay que explicar qué es el pH. El pH se refiere a la concentración de hidrogeniones (H+, iones de hidrógeno) en cierta solución. A mayor concentración, el pH de la solución baja y se acerca a la acidez; a menos concentración de H+, el pH sube y se acerca a la alcalinidad. En el caso del cuerpo humano, cuando se habla de su pH se habla del pH de sus líquidos cuyo balance hay que mantener para preservar la vida, este balance es el equilibrio ácido-base.

Por ende, el equilibrio ácido-base es la regulación homeostática del pH en el líquido extracelular del cuerpo. Si esta concentración se encuentra muy por arriba (alcalosis) o muy por debajo (acidosis) del rango adecuado, puede ocasionarnos enfermedades muy graves y la imposibilidad del desarrollo de la vida. En teoría, un pH en sangre por encima o debajo del rango 7 a 7.8 puede causar la muerte (Martinez, 2021).

 

Importancia Biomédica del Equilibrio Ácido-Base

El equilibrio ácido-base es un proceso fisiológico fundamental para el mantenimiento de la salud y la vida. Consiste en regular y mantener el pH de los fluidos corporales, especialmente de la sangre, dentro de un rango estrecho, generalmente alrededor de 7.35 a 7.45, ligeramente alcalino. Este control es esencial porque muchas funciones celulares y enzimáticas dependen de un pH óptimo para funcionar correctamente. Alteraciones en el pH pueden afectar procesos metabólicos, la actividad enzimática, el transporte de nutrientes y la función del sistema inmunológico (Lewis, 2023).

Un pH sanguíneo fuera de este rango puede provocar condiciones patológicas graves como acidosis (pH bajo) o alcalosis (pH alto), que afectan órganos vitales y pueden poner en riesgo la vida. Por ejemplo, la acidosis puede favorecer la proliferación de patógenos y debilitar la respuesta inmune, mientras que un pH adecuado fortalece las defensas del organismo. Además, el equilibrio ácido-base es crítico para la función óptima de enzimas, ya que estas proteínas biológicas son altamente sensibles a cambios en la concentración de iones hidrógeno (H⁺).

El cuerpo humano utiliza mecanismos complejos para mantener este equilibrio, incluyendo la regulación respiratoria, renal y los sistemas amortiguadores químicos, que actúan para neutralizar los excesos de ácidos o bases producidos por el metabolismo celular (MSD Manuales, 2023). Por ejemplo, los pulmones regulan el pH mediante la eliminación de dióxido de carbono (CO₂), un ácido volátil que se produce en la respiración celular. Un aumento en la ventilación pulmonar elimina más CO₂, disminuyendo la acidez, mientras que una ventilación reducida provoca acumulación de CO₂ y acidosis (Lewis, 2023).

Mantenido Por:

• Amortiguadores químicos
• Actividad pulmonar
• Actividad renal

Amortiguadores químicos

Los amortiguadores químicos son soluciones que resisten los cambios del pH. Los amortiguadores intracelulares y extracelulares responden de inmediato a los desequilibrios del estado ácido base. El hueso también cumple una función amortiguadora importante, especialmente de las cargas ácidas.

Un amortiguador está compuesto por un ácido débil y su base conjugada. La base conjugada puede aceptar H⁺ y el ácido débil puede liberarlo, de manera que permite reducir al mínimo los cambios en la concentración de H⁺ libres. El sistema amortiguador sirve sobre todo para minimizar los cambios en el pH cerca de su constante de equilibrio (pKa); así, aunque potencialmente hay muchos pares de amortiguadores en el cuerpo, sólo algunos son fisiológicamente relevantes. (Lewis, 2023)

La relación entre el pH de un sistema amortiguador y la concentración de sus componentes se describe por la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

donde pKa es la constante de disociación del ácido débil

El amortiguador extracelular más importante es el sistema HCO₃⁻/CO₂, que se describe con la siguiente ecuación:

Un aumento en la concentración de H⁺ desvía la ecuación hacia la derecha y genera CO₂.

Este importante sistema amortiguador está estrictamente regulado; cuando aumentan las concentraciones de CO₂, se ponen en marcha ajustes finos a cargo de la ventilación alveolar, y la excreción renal se encarga de controlar rigurosamente las concentraciones de H⁺ y HCO₃⁻.

La relación entre pH, HCO₃⁻ y CO₂ en el sistema como se la describe en la ecuación de Henderson-Hasselbalch es así:

O de igual manera, por la ecuación de Kassirer-Bleich, derivada de la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

Nota: para convertir el pH arterial a [H⁺] usar:

o

Ambas ecuaciones ilustran que el equilibrio ácido-base depende de la relación entre la presión parcial de dióxido de carbono (Pco₂) y el HCO₃⁻, no del valor absoluto de uno solo. Con estas fórmulas, puede usarse cualquiera de las dos variables para calcular la tercera.

Otros amortiguadores químicos importantes son los fosfatos orgánicos e inorgánicos intracelulares y las proteínas intracelulares, como la hemoglobina en los eritrocitos. El fosfato extracelular y las proteínas plasmáticas son menos relevantes.

El hueso se convierte en un amortiguador importante después del consumo de una carga ácida. En un principio, el hueso libera bicarbonato de sodio (NaHCO₃) y bicarbonato de potasio (KHCO₃) a cambio de H⁺. Cuando se acumulan cargas de ácidos durante un período prolongado, el hueso libera carbonato de calcio (CaCO₃) y fosfato de calcio (CaPO₄). En consecuencia, la acidemia de larga data contribuye a la desmineralización y al desarrollo de osteoporosis.

Calculadora clínica

Ecuación de Henderson-Hasselbach

Regulación pulmonar del pH

La concentración de CO₂ está estrechamente regulada por las modificaciones en el volumen corriente y la frecuencia respiratoria (ventilación minuto). Los quimiorreceptores arteriales registran la disminución del pH y, en respuesta, aumentan el volumen corriente o la frecuencia respiratoria, con incremento de la espiración de CO₂ y del pH de la sangre. A diferencia de la amortigación química, que es inmediata, la regulación pulmonar tarda varios minutos u horas. Este sistema tiene una eficacia de entre 50 y 75% y no normaliza completamente el pH.

Regulación Renal del pH

Los riñones controlan el pH mediante el ajuste de la cantidad de HCO₃⁻ que se excreta o es reabsorbido. La reabsorción de HCO₃⁻ es equivalente a la excreción de H⁺ libre. Las respuestas para manejar los trastornos del equilibrio ácido base se desarrollan entre horas y días después de que sucedieron los cambios en este equilibrio.

Toda el HCO₃⁻ en el suero se filtra a medida que pasa a través del glomérulo. La reabsorción de HCO₃⁻ se produce sobre todo en el túbulo proximal y, en menor medida, en el túbulo colector. El H₂O dentro de la célula tubular distal se disocia en H⁺ e hidroxilo (OH⁻); en presencia de anhidrasa carbónica, el OH⁻ se combina con CO₂ formando HCO₃⁻, que regresa al capilar peritubular, mientras que el H⁺ se secreta hacia la luz tubular y se une con el HCO₃⁻ filtrado libremente formando CO₂ y H₂O, que también se reabsorben. En consecuencia, los iones de HCO₃⁻ reabsorbidos distalmente vuelven a sintetizarse y no son los mismos que se filtraron.

La disminución del volumen circulante efectivo (como durante la terapia con diuréticos) aumenta la reabsorción de HCO₃⁻, mientras que la elevación de la concentración de hormona paratiroidea en respuesta a una carga de ácido disminuye la reabsorción de HCO₃⁻. Asimismo, el aumento de la Pco₂ incrementa la reabsorción de HCO₃⁻, mientras que la depleción de ion cloruro (Cl⁻) (típicamente, debido a la depleción de volumen) estimula la reabsorción de ion de sodio (Na⁺) y la generación de HCO₃⁻ en el túbulo proximal.

En los túbulos proximales y distales se secretan ácidos activamente, donde se combinan con amortiguadores urinarios, en particular fosfato (HPO₄⁻²) (que se filtra libremente), creatinina, ácido úrico y amoníaco, para de esta manera excretarse del organismo. La mayor importancia del sistema amortiguador de amoníaco es que los demás amortiguadores se filtran en concentraciones fijas y pueden agotarse frente a cargas elevadas de ácido, mientras que las células tubulares regulan activamente la producción de amoníaco en respuesta a los cambios en la carga de ácido. El pH arterial es el principal factor determinante de la secreción de ácido, pero la excreción también depende de las concentraciones de potasio (K⁺), Cl⁻ y aldosterona. La concentración intracelular de K⁺ y la secreción de H⁺ están relacionadas en forma recíproca: la depleción de K⁺ aumenta la secreción de H⁺ y, en consecuencia, agrava la alcalosis metabólica.

Producción y Función de los Amortiguadores (Buffers)

Los amortiguadores o buffers son sistemas químicos que estabilizan el pH de los líquidos corporales frente a la adición de ácidos o bases. Están formados por un ácido débil y su base conjugada, o una base débil y su ácido conjugado, lo que les permite neutralizar pequeñas cantidades de H⁺ o OH⁻ y así mantener el pH dentro de rangos estrechos (Gladys & Catherine, n.d.)

En el organismo, los principales sistemas amortiguadores son:

• Sistema Bicarbonato (H₂CO₃ / HCO₃⁻): Es el amortiguador más importante en el plasma sanguíneo. El ácido carbónico (H₂CO₃) y el bicarbonato (HCO₃⁻) actúan en equilibrio para neutralizar ácidos o bases. Cuando se añade un ácido, el bicarbonato se combina con los iones hidrógeno para formar ácido carbónico, que puede descomponerse en CO₂ y agua y ser eliminado por los pulmones. Cuando se añade una base, el ácido carbónico se disocia liberando iones hidrógeno para neutralizarla (Clínica U. Navarra. , ,n.d.)
• Sistema Fosfato (H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻): Este sistema es más activo en el interior celular y en los riñones. El ácido fosfórico y sus sales regulan el pH intracelular y ayudan a excretar ácidos a través de la orina.
• Proteínas Intracelulares: Las proteínas, incluyendo la hemoglobina, actúan como amortiguadores debido a los grupos ionizables en sus cadenas laterales (como histidina, lisina, arginina). Estos grupos pueden aceptar o donar protones según el pH, contribuyendo a la regulación del pH intracelular y sanguíneo.
• Además, el organismo regula el equilibrio ácido-base mediante la acción coordinada de los pulmones, que eliminan CO₂, y los riñones, que excretan ácidos fijos y reabsorben bicarbonato, asegurando así la homeostasis del pH

 

Conclusión

El mantenimiento del equilibrio ácido-base es vital para la salud humana, ya que permite la correcta función enzimática, metabólica y del sistema inmunológico. Los amortiguadores químicos, principalmente el sistema bicarbonato, fosfato y proteínas, son esenciales para neutralizar los cambios en la concentración de ácidos y bases producidos por el metabolismo y factores externos. La regulación integrada por sistemas respiratorios y renales complementa la acción de estos amortiguadores para mantener un pH estable, imprescindible para la vida.

 

Referencias

¿Qué es Tampón? Diccionario Médico. Clínica U. Navarra. (n.d.). https://www.cun.es. https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/tampon

Martinez, N. (2021, April 20). ¿Cómo mantener el equilibrio ácido-base y por qué es importante? Eurolife. https://www.eurolife.com.co/como-mantener-el-equilibrio-acido-base-y-por-que-es-importante/

Lewis, J. L., III. (2023, July 12). Introducción al equilibrio ácido-básico. Manual MSD Versión Para Público General. https://www.msdmanuals.com/es/hogar/trastornos-hormonales-y-metab%C3%B3licos/equilibrio-%C3%A1cido-b%C3%A1sico/introducci%C3%B3n-al-equilibrio-%C3%A1cido-b%C3%A1sico?ruleredirectid=755

Lewis, J. L., III. (2023, July 12). Regulación del equilibrio ácido base. Manual MSD Versión Para Profesionales. https://www.msdmanuals.com/es/professional/trastornos-endocrinol%C3%B3gicos-y-metab%C3%B3licos/regulaci%C3%B3n-y-trastornos-del-equilibrio-%C3%A1cido-base/regulaci%C3%B3n-del-equilibrio-%C3%A1cido-base

Gladys, B. C., & Catherine, C. P. (n.d.). AMORTIGUADORES ( BUFFERS). http://revistasbolivianas.umsa.bo/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2304-37682014000100003&lng=en&nrm=iso