EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE
El equilibrio ácido-base se refiere al estado de balance dinámico entre la concentración de ácidos y bases en los fluidos corporales, esencialmente regulando la concentración de iones hidrógeno ([H+]), por ende, este equilibrio es crucial para mantener la homeostasis fisiológica y el funcionamiento adecuado de las células y los órganos.
Según Guyton y Hall (2021), el cuerpo posee mecanismos sofisticados para mantener la concentración de iones hidrógeno dentro de límites estrechos, ya que incluso pequeñas variaciones pueden alterar la velocidad de las reacciones enzimáticas y otras funciones celulares importantes. Este equilibrio se logra mediante la acción coordinada de amortiguadores químicos en los fluidos corporales, los pulmones (que regulan la eliminación de dióxido de carbono, un precursor del ácido carbónico) y los riñones (que controlan la excreción de ácidos y bases, así como la reabsorción de bicarbonato).
Lewis (2023) enfatiza que el equilibrio ácido-base no es un punto fijo, sino un rango estrecho dentro del cual las funciones fisiológicas operan de manera óptima. Las alteraciones de este equilibrio pueden conducir a estados de acidosis (exceso de ácido o déficit de base) o alcalosis (déficit de ácido o exceso de base), ambos con consecuencias clínicas significativas.
Por lo tanto, es necesario conocer que es el pH, el cual la se le ha determinado como una medida logarítmica de la concentración de iones hidrógeno ([H+]) en una solución acuosa. La escala de pH varía típicamente de 0 a 14, donde un pH de 7 se considera neutro (como el agua pura a 25°C), un pH menor de 7 indica una solución ácida (mayor concentración de H+), y un pH mayor de 7 indica una solución básica o alcalina (menor concentración de H+).
La relación matemática del pH se define como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad del ion hidrógeno (aH+), que para soluciones diluidas se aproxima a la concentración molar de iones hidrógeno ([H+]):
pH=−log10(aH+)≈−log10([H+])
Además, se destaca que el pH de la sangre arterial humana normalmente se mantiene dentro de un rango muy estrecho, entre 7.35 y 7.45. Esta regulación precisa es vital para la función de las enzimas y otras proteínas plasmáticas (Laboratorio Cobas, 2022).
Importancia Biomédica del Mantenimiento del Equilibrio Ácido-Base:
- Función Enzimática Óptima: Las enzimas, los catalizadores biológicos de prácticamente todas las reacciones metabólicas, poseen sitios activos con grupos químicos ionizables, por ende, el pH del entorno influye directamente en el estado de ionización de estos grupos, afectando la conformación tridimensional de la enzima y, por lo tanto, su capacidad para unirse al sustrato y catalizar la reacción de manera eficiente. Un pH fuera del rango óptimo puede desnaturalizar la enzima, llevándola a una pérdida de su actividad catalítica.
- Integridad Estructural de las Proteínas: Más allá de las enzimas, la estructura tridimensional de todas las proteínas (hormonas, anticuerpos, proteínas de transporte, etc.) se mantiene gracias a interacciones iónicas, puentes de hidrógeno y otras fuerzas débiles que son sensibles al pH. Por lo tanto, cambios significativos en el pH pueden alterar estas interacciones, provocando la desnaturalización de las proteínas y la pérdida de su función biológica.
- Transporte de Oxígeno por la Hemoglobina: La hemoglobina, la proteína encargada del transporte de oxígeno en la sangre, tiene una afinidad por el oxígeno que está directamente influenciada por el pH, por ello, en ambientes con un pH más bajo (más ácido), como los tejidos metabólicamente activos donde se produce dióxido de carbono, la hemoglobina libera oxígeno más fácilmente, este fenómeno, conocido como el efecto Bohr, asegura que los tejidos que más lo necesitan reciban un suministro adecuado de oxígeno.
- Función Muscular y Nerviosa: La excitabilidad de las células nerviosas y musculares depende de gradientes iónicos precisos a través de sus membranas. El pH extracelular e intracelular puede influir en estos gradientes y en la función de los canales iónicos, afectando la transmisión nerviosa y la fectando la transmisión nerviosa y la comás lo necesitan reciban un suministro adecuado de oxígeno, por ende, el desequilibrio en el pH puede comprometer esta eficiente entrega de oxígeno.
- Función Muscular y Nerviosa: La excitabilidad de las células nerviosas y muscreguladas por cambios sutiles en el pH intracelular. Por ejemplo, la glucólisis y la gluconeogénesis, vías centrales del metabolismo de la glucosa, son sensibles a las variaciones del pH. Por lo tanto, un pH inadecuado puede interferir con la eficiencia de estas vías y la producción de energía celular.
- Solubilidad de Metabolitos y Eliminación de Desechos: El pH influye en la solubilidad de diversas moléculas, incluyendo productos de desecho metabólico, por ende, un pH adecuado es esencial para que estos desechos puedan ser transportados en la sangre y eliminados eficientemente por los riñones. Por ejemplo, la formación de cálculos renales puede estar relacionada con alteraciones en el pH urinario.
Amortiguadores
Químicos
Los amortiguadores químicos, también conocidos como buffers o tampones, son sistemas o soluciones que tienen la capacidad de resistir cambios significativos en el pH cuando se les añaden pequeñas cantidades de ácidos o bases. En esencia, actúan como una "esponja" para los iones hidrógeno (H+) o los iones hidróxido (OH−), absorbiéndolos o liberándolos según sea necesario para mantener el pH de una solución relativamente constante.
La función primordial de los amortiguadores químicos en el organismo es mantener la estabilidad del pH en los diferentes fluidos corporales (sangre, líquido intracelular, líquido extracelular, orina, etc.), por ende, esta estabilidad es esencial para:
• El funcionamiento óptimo de las enzimas.
• La integridad estructural de las proteínas.
• El transporte de oxígeno.
• La función muscular y nerviosa.
• El mantenimiento del equilibrio electrolítico.
Por lo tanto, sin la acción eficiente de los amortiguadores químicos, incluso pequeñas cantidades de ácidos o bases producidas por el metabolismo o ingeridas en la dieta podrían causar fluctuaciones drásticas en el pH sanguíneo y otros fluidos, con consecuencias fisiológicas graves e incluso letales.
Referente a su funcionamiento, el amortiguador químico típicamente consta de un par conjugado ácido-base débil:
- Un ácido débil que puede liberar iones H+ cuando el pH tiende a aumentar (es decir, cuando se añade una base).
- Su base conjugada que puede aceptar iones H+ cuando el pH tiende a disminuir (es decir, cuando se añade un ácido).
La presencia de ambos componentes en concentraciones apreciables permite que el sistema amortiguador neutralice tanto ácidos como bases que se añadan al medio (Khan Academy, s. f.).
Producción de los Amortiguadores (Buffers o Tampones)
Como se mencionó anteriormente, los amortiguadores son sistemas que resisten los cambios bruscos en el pH, por ello, están compuestos típicamente por un ácido débil y su base conjugada, o una base débil y su ácido conjugado.
Sistema Bicarbonato/Ácido Carbónico (HCO3−/H2CO3):
· Su producción comienza con la hidratación del dióxido de carbono (CO2) para formar ácido carbónico (H2CO3), una reacción catalizada por la anhidrasa carbónica, una enzima abundante en los eritrocitos y las células tubulares renales
CO2+H2O=H2CO3
· El ácido carbónico se disocia espontáneamente, aunque también puede ser catalizado, en iones hidrógeno (H+) y bicarbonato (HCO3−)
H2CO3⇌H++HCO3−
· La concentración de CO2 es un factor clave en la regulación de este sistema, y su producción está directamente ligada al metabolismo celular, por ende, la eliminación de CO2 por los pulmones desplaza el equilibrio hacia la izquierda, disminuyendo la concentración de H+ y elevando el pH. Además, la regulación renal del bicarbonato implica su reabsorción en los túbulos proximales, su síntesis a partir de glutamina y su excreción en los túbulos distales y colectores, ajustando la capacidad amortiguadora del sistema.
Sistema Fosfato (H2PO4−/HPO42−):
- Los fosfatos son componentes esenciales de los ácidos nucleicos, los fosfolípidos de las membranas celulares y el ATP (adenosín trifosfato), la principal fuente de energía celular, por ende, la disponibilidad de fosfato para la función amortiguadora está intrínsecamente ligada al metabolismo y al recambio de estas moléculas.
- En el líquido intracelular, las concentraciones de fosfato son significativamente más altas que en el extracelular, lo que lo convierte en un amortiguador importante en este compartimento, por ello, los iones fosfato se originan principalmente de la dieta y de la hidrólisis de compuestos fosforilados dentro de las células.
- En la orina, la concentración de fosfato es mayor y juega un papel crucial en la excreción de los iones hidrógeno generados por el metabolismo, por ende, los riñones pueden regular la excreción de fosfato, influyendo en la capacidad amortiguadora de la orina.
Proteínas:
- Las proteínas, tanto plasmáticas como intracelulares, deben su capacidad amortiguadora a los grupos funcionales ionizables de sus aminoácidos constituyentes, como los grupos carboxilo (-COOH) y amino (-NH2) terminales, así como las cadenas laterales de aminoácidos como la histidina, que tiene un pKa cercano al pH fisiológico.
- La hemoglobina en los eritrocitos es un amortiguador particularmente importante debido a su alta concentración y a la presencia de numerosos residuos de histidina, por ello, la desoxigenación de la hemoglobina aumenta su afinidad por los protones, contribuyendo al transporte de dióxido de carbono y a la amortiguación del pH en la sangre venosa.
- Las proteínas plasmáticas, como la albúmina, también contribuyen a la capacidad amortiguadora del plasma sanguíneo, aunque en menor medida que el sistema bicarbonato, por ende, lasíntesis de proteínas ocurre principalmente en el hígado, asegurando un suministro constante de estos amortiguadores
(Khan Academy, s. f.)
Conclusión
En conclusión, el equilibrio ácido-base es fundamental para la homeostasis y el correcto funcionamiento de los procesos fisiológicos en el organismo, por ende, la regulación precisa de la concentración de iones hidrógeno ([H+]) es vital, ya que pequeñas variaciones pueden tener un impacto significativo en la actividad enzimática, la estructura de las proteínas y la eficiencia del transporte de oxígeno, entre otras funciones críticas. Puesto que, los mecanismos de regulación, que incluyen la acción de amortiguadores químicos, la función renal y la respiración, trabajan de manera coordinada para mantener el pH dentro de un rango óptimo. Además, el pH no solo afecta la actividad enzimática y la estabilidad de las proteínas, sino que también influye en el transporte de oxígeno por la hemoglobina y en la excitabilidad de las células nerviosas y musculares, por lo tanto, el mantenimiento del equilibrio ácido-base es crucial no solo para la salud celular, sino también para el bienestar general del organismo.
Referencias Bibliográficas
An introduction to acid-base balance in health and disease. (s. f.). https://acutecaretesting-org.translate.goog/en/articles/an-introduction-to-acidbase-balance-in-health-and-disease?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=es&_x_tr_hl=es&_x_tr_pto=sge#:~:text=Los%20ri%C3%B1ones%20y%20el%20equilibrio,principalmente%20iones%20fosfato%20y%20amon%C3%ADaco
Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2021). Guyton and Hall textbook of medical physiology (14th ed.). Elsevier. https://clinref.com/data/uploads/books/Guyton_and_Hall_Textbook_of_Medical_Physiology_14th_Ed.pdf
Khan Academy. (s. f.). https://es.khanacademy.org/science/biology/water-acids-and-bases/acids-bases-and-ph/a/acids-bases-ph-and-bufffers
Laboratorio Cobas. (2022, 10 octubre). Equilibrio Ácido Base, mantén un pH constante evitando sus alteraciones. https://laboratoriocobas.com/equilibrio-acido-base/#:~:text=%C2%BFQu%C3%A9%20es%20el%20equilibrio%20%C3%A1cido,mantenimiento%20del%20equilibrio%20%C3%A1cido%2Dbase.&text=El%20organismo%20utiliza%20distintos%20mecanismos,m%C3%A1s%20que%20la%20v%C3%ADa%20pulmonar.
Lewis, J. L., III. (2023, 12 julio). 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#Equilibrio-%C3%A1cido-base_v987125_es