Fisiologia Del Equilibrio Acido-base-clase1

FISIOLOGIA DEL EQUILIBRIO

ACIDO-BASE

Universidad Rómulo GallegosÁrea Ciencias de la SaludPrograma MedicinaDpto. Ciencias FuncionalesFISIOPATOLOGIA

Dr. Rafael Pérez García

Objetivos

La regulación fina del pH es fundamental parala operación normal de la mayoría de los sistemasenzimáticos de las células en el cuerpo. Los niveles de pH del plasma por debajo de 7.0 o por encimade 7.8 por cualquier período de tiempo usualmenteresulta en la muerte. Por esa razón, la regulación del pH se mantiene escrupulosamente por losbuffers (amortiguadores) celulares, el sistemarespiratorio y los riñones.

EQUILIBRIO ACIDO-BASE

PRODUCCION DE ACIDOS EN EL ORGANISMO

El H+ es generado por el metabolismo normal de los alimentos:

El metabolismo de los carbohidratos y grasas produce grandes cantidades de CO2: CO2 + H2O AC H2CO3 H+ + HCO3

-

(ácido volátil)

El metabolismo de las proteínas genera ácidos no volátiles (fijos) AA: metionina y cisteína ==> Acido sulfúrico (H2SO4)

Lisina, arginina e histidina ==> Acido clorhídrico (HCL). Dieta: ==> ==> Acido fosfórico (H2PO4 -)

aspartato, glutamato y citrato ==> HCO3− : que amortigua el H+

Dr. Pérez Garcia

A. Metabolismo Celular y la Formación de Ácidos Volátiles

Metabolismo Aeróbico: 13.000-20.000 mM/día de CO2

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- A-C

Respiración

Papel de los Sistemas Buffer de los Fluidos Corporales


BUFFER:Solución que tiene la capacidad de minimizar los cambios de pH cuando se agrega un ácido o una base.

+ Diabetes Mellitus: (Cetoácidos): Ácido B- Hidroxibutírico- Á. Acético+ Hipoxia/Ejercicio Extremo: Ácido Láctico+ Ingestión: Ácido Salicílico (sobredosis) Ácido Fórmico (metanol) Ácido Glicólico y Oxálico (etilenglicol)

B. Metabolismo Celular y la Formación de Ácidos No Volátiles (Fijos) Producción Catabólica: 40 – 60 mM /día - Proteínas: + aa con azufre Ácido Sulfúrico (H2SO4) - Fosfolípidos: Ácido Fosfórico (H3PO4)


Estos ácidos disociados dejan significativas cantidades de H+, que deben ser amortiguadas…

Riñón: responsable de neutralizar los ácidos fijos

Introducción…

Es muy importante que la concentración de H+ de los fluidos corporales se mantenga relativamente constante debido a que la actividad de muchas enzimas es críticamente dependiente de esta concentración; ellas funcionan normalmente solo en un rango muy estrecho de concentración de H+

La concentración normal de H+ del plasma (líquidos extracelulares) es de 40 nmol/litro = 0.00004 mmol/litro (convertir nmol/L a mmol/L: 1x10-

5)Lo cual es muy bajo en relación con la concentración de, por ejemplo, Na+ 140 mmol/litro = 140.000.000 nmol/litroDebido a que la concentración de H+ es demasiado baja, a menudo se expresa con el logaritmo negativo de la base 10 de la concentración de H+, es decir: - log10 [H+] ó log 1/[H+] , ó pHPor lo tanto, 40 nmol/litro = 0,00000004 mol/litro = pH 7.4 (convertir nmol/L a mol/L: 1x10-9)

El rango de pH: 7.8-6.8 (16-160 nmol/litro) puede ser tolerado, pero en sujetossanos, el pH generalmente se mantiene entre 7.35 y 7.45 (36-44 nmol/litro)


pH de los Líquidos Corporales [H+] de la Sangre Arterial: 40 x 10-9 Eq/L = 40 neq/L [H+] se expresa como una función logarítmica denominada pH (potencial de hidrógeno) pH = - log10 [H+]

La [H+] se convierte a pH: pH = - log10 [40 x 10-9 eq/L] = 7.4 (leve alcalino).


Desarrollo de la Ecuación de Henderson - Hasselbach

Utilidad: calcular el pH de una solución Origen: comportamiento en solución de ácidos y bases débiles k1 HA H+ A- K: constante de velocidad k2 Cinética de reacciones reversibles.

Equilibrio químico: k1 = k2,

Ley de acción de masas establece que en equilibrio químico: k1 [HA] = k2[H+] [A-], despejando:

k1 = [H+] [A-] ; k1 y k2 = K: constante de equilibrio; k2 [HA]

entonces: K = [H+] [A-] , despejando [H+] [HA]

[H+] = K [HA] ; para expresar [H+] como pH, se toma [A-] el logaritmo negativo en ambos miembros de la ecuación previa:

- log [H+] = - log k – log [HA] , y como: [A-]


- log [H+] = pH ; - log K= pK; y - log[HA] = + log[A-] , por lo que [A-] [HA]

la forma final de la ecuación de Henderson-Hasselbalch es:

pH = pK + log [A-] [HA]


donde:pH = - log10 [ H+] (unidades de pH)pK = - log10 K (unidades de pH)[A-] = concentración de la forma base del amortiguador (meq/L)[HA+] = concentración de la forma ácida del amortiguador (meq/L)

Datos necesarios para calcular el pH de una solución amortiguada:a.- pK del amortiguadorb.- [A-] = concentración de la forma base del amortiguadorc.- [HA]= concentración de la forma ácida del amortiguador

pH = pK + log [A-] [HA]

El pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno libres(potencial de Hidrógenos)


Curva de Titulación

-Es una representación gráfica de la ecuación de Henderson -Hasselbach

-El pH de la solución se mide conforme se añade o se elimina H+ a la solución

-Las concentraciones relativas de HA y de H+ dependen del pH de la solución y del pK del amortiguador.


Relación entre [H+] y pH:

1.- Inversión Mental [H+] pH

2.- Relación Logarítmica

Acido: Sustancia que al disolverse puede donar iones hidrógeno (H+): HCl- = H+ y Cl-

Base: Sustancia que puede aceptar iones hidrógeno: Amoníaco (NH3 + H+ = Amonio NH4 ) Sustancias que liberan radicales hidroxilos (OH+)

Ácidos fuertes (ejem, HCL): mayor disociación en H+ y A-


Ácidos débiles (ejem, H2CO3): menor disociación en H+ y A-


Principios de Amortiguación:

1.- Amortiguador: ácido débil + base conjugada = par amortiguador Mezcla base débil + ácido conjugado = par amortiguador

2.- Forma Ácida: HA, donador de H+ A- (+OH)

Forma Base: A- , receptor de H+ HA (+H+)

3.- Función: permiten que una solución amortiguada resista cambios de pH


A.- Amortiguadores del LEC

Principales amortiguadores: Bicarbonato: A- = HCO3- HA = CO2

Fosfato: A- = HPO4 =

HA = H2PO4 -

El más importante del LEC. Características: a.- La concentración de la forma A- , HCO3- es alta: 24 meq/L, b.- El pK del amortiguador de HCO3-/CO2 es 6.1, cercano al pH del LEC, c.- La forma ácida del amortiguador, CO2, es volátil y se elimina por los pulmones.

1.- Amortiguador de HCO3-/CO2 =(A / HA)

El buffer principal enlos líquidos extracelu-lares es el sistema bicarbonato – ácidocarbónico


Mecanismo de Acción: Ejemplo: Asumir que: LEC es una solución de NaHCO3

HCL

H+ + Cl- + Na+ + HCO3- Na+ + Cl- + H2CO3 CO2 + H2O

Se aplica la fórmula de Henderson- Hasselbach al amortiguador para determinar el pH de la sangre arterial sustituyendo las concentraciones normales de HCO3- y CO2 en la ecuación, y conociendo pK. pH = pK + log [A-] [HA]

NaHCO3

LEC

pH = pK + log HCO3- ; al sustituir los valores se calcula el pH de la sangre 0.03 X pCO2 (0,0301 = coeficiente de solubilidad de C02)

pK = 6.1 ; [HCO3-]= 24 Mm/L ; pCO2 = 40 mmHg, entonces:

pH = 6.1 + log 24 mM/L = 6.1 + log 20 = 7.4 0.03 x 40 mmHg = 6.1 + 1,30 = 7.4

=


2.- Amortiguador de HPO4=/H2PO4- (Fosfato inorgánico/ perfosfato) Son buffers urinarios significativos

Características: a.- pK: 6.8 b.- concentración de la forma base (HPO4=): 1-2 mM/L c.- la forma ácida (H2PO4-) no es volátil

A.- Amortiguadores del LEC

Modo de disociación del tampón fosfato:pK1 = 2,1

pK2 = 7,2 (6,8 en organismo)

pK3 = 12,7


B.- Amortiguadores del LIC

1.- Fosfatos Orgánicos: Trifosfato de Adenosina (ATP) Difosfato de Adenosima ADP) Monofosfato de Adenosina (AMP) Glucosa-1-fosfato 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG)La fracción fosfato de estas moléculas orgánicas amortigua H+El pk de estos fosfatos orgánicos: 6.0-7.5

2.- Proteínas Son amortiguadoras intracelulares por su abundante contenido de grupos ácidos o básicos como: -COOH/COO- ó –NH3+/-NH2

Más significativo: La Hemoglobina, con pK: 6.7


Función del Sistema Respiratorio

Papel del Sist Resp para controlarel pH del LEC:El CO2 plasmático elevado estimula la respiración, lo quedisminuye el denominador de la ecuación H-H: [A-] [HA] y retorna el pH a la casi normalidad:7.4

El H- no cruza directamentela barrera hemato-encefálica


Aunque los pulmones pueden modificar el pH por cambios en lapCO2 y alterar la relación entre H2CO3 y HCO3- este procesono causa pérdida ni ganancia de H+.

La regeneración de nuevo bicarbonato y, cuando es necesario,su excreción son responsabilidad de los riñones.

Los pulmones son incapaces de regenerar bicarbonato para reemplazar esta pérdida cuando se amortiguan los H+.

Los riñones son losreguladores más importantes delequilibrio ácido-baseen condiciones normales.


Mecanismos Renales en el Equilibrio Acido-Base Función Renal: objetivos 1.Prevenir la pérdida de bicarbonato por la orina;

2.- Excreción de H+ y adición de HCO3- nuevo a la sangre. catabolismo de proteínas y fosfolípidos, amortiguado por fosfato urinario y NH4+.

1.- Reabsorción de casi todo el HCO3- filtrado: 80% en TCP y 15% en RA H de H

2. mantener el bicarbonato plasmático por medio de la excreción de ácidos en una cantidad igual a la producción diaria de ácidos volátiles y 3. la adición de bicarbonato nuevo a la sangre. Se logra por:

Reabsorción de bicarbonato en segmentos del túbulo renal


TCP: Contratransporte Na+/H+

TCD

TC: bomba H+ATPasapH:4,5

24 mmol/L x 180 L/día= 4320 mEq/día


Reabsorción del HCO3- filtrado

Casi el 99,9% del HCO3- filtrado es reabsorbido, para conservar el principal amortiguador extracelular. Reabsorción del TCP:85% deHCO3-. Resto: Asa de Henle, TCP y CC.Mecanismo de Reabsorción en el TCP: a.-Intercambio de H+ celular por Na+ tubular (TAS). Membrana luminal b.-Formación de CO2 y H2O en la luz tubular (Papel de la Anhidrasa C) (Acetazolamida) c.- Formación de H+ y CO3- en la célula y co-transporte de Na+/HCO3- e intercambio de Cl-/HCO3- en la membrana basolateral.Características del mecanismo: 1.- Reabsorción neta de Na+ y HCO3- 2.- No hay secreción neta de H+ 3.- El cambio del pH del líquido tubular es mínimo.


TCP, RA A de H, TCD inicial (nefrona proximal): Intercambio de H+ celular por Na+ tubular

1. Acidificación del fluido tubular: TCP, TCD y TC

4. Membrana luminal: Transp Activo 2rio (intercambiador Na+/H+)

2. Membrana basolateral: Bomba Na+/K+: Co-transporte Na+/HCO3-

3. Origen del H+: H2CO3


TCP: Papel de la Anhidrasa Carbónica

La inhibición de esta enzima (por Acetazolamida) evita la formación de H+ para la acidificacióndel fluido tubular. Cuando esto ocurre,otras funciones que dependen de un fluido tubular acidificado también se inhiben.

TCD final y TC (nefrona distal):

1. Secreción de H+ indept de reabs de Na+

Características:

3. Secreción de H+: bomba de H+ -ATPasa sensible a aldosterona

2.- Células intercaladas: Bomba de H+ -ATPasa Enzima A-C

4. Generación de H+ procedente del H2CO3


intercaladas


Adición de nuevo bicarbonato a la sangre: 1. Acidificación de la orina por excreción de H+ fijos: Buffer fosfato

Buffer HPO4= / H2PO4-

Lugar: TCD y TC

EQUILIBRIO ACIDO-BASEAdición de nuevo bicarbonato a la sangre: 2 a.-.Producción de amonio y bicarbonato nuevo mediante el catabolismo de la glutamina


Adición de nuevo bicarbonato a la sangre: 2 b.-Amortiguación de H+ por NH4 y absorción de bicarbonato nuevo

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