Fisiología Médica de Boron: Resumen del Capitulo 28 (PDF)

CAPÍTULO 28 Fisiología ácido-base 637 sucesivamente pequeñas cantidades de H...

CAPÍTULO 28 Fisiología ácido-base 637 sucesivamente pequeñas cantidades de HCl, la [HA(n+1)] aumenta amortiguadores distintos a HCO−3 desde «Inicio» hasta su inter- gradualmente, con más rapidez cuando el pH es igual a la pK. De sección con la isobara naranja correspondiente a una Pco2 de hecho, a cualquier pH, la pendiente de esta curva es el negativo de 20 mmHg (punto B), que corresponde a un pH de 7,60 y una la β de este único amortiguador. Las curvas negras de la figura 28-6B [HCO−3 ] de 19 mM. Si la disolución no hubiera contenido amor- son las curvas de titulación de otros ocho amortiguadores, cada uno tiguadores distintos a HCO−3 , la reducción a la mitad de la Pco2 de ellos presente a una [AT] de 12,6 mM, con valores de pK espa- habría producido un mayor aumento del pH, desde 7,4 hasta 7,7. ciados homogéneamente a intervalos de 0,5 unidades de pH a ambos lados de 7. La curva roja de la figura 28-6B es la suma de las curvas La cantidad de HCO−3 que se forma o se consume de titulación de los nueve amortiguadores. N28-8 Su pendiente durante los trastornos ácido-base «respiratorios» (el valor negativo de la capacidad de amortiguación total de los aumenta con la βno-HCO−3 nueve amortiguadores) es notablemente constante en un amplio intervalo de pH. (La curva roja de la figura 28-2B muestra cómo Aunque es razonable centrarse en el CO2 durante los trastornos varía β, la pendiente de la curva roja de la figura 28-6B, con el pH.) ácido-base respiratorios, sería erróneo asumir que la [HCO−3 ] La curva roja de la figura 28-6B representa la segunda de las dos es constante. Por ejemplo, en la figura 28-6C, en la que la βno-HCO−3 es ecuaciones que debemos resolver simultáneamente. 25 mM/unidad de pH, el aumento de la Pco 2 desde 40 hasta 80 mmHg hace que la [HCO−3 ] aumente desde 24 hasta 29,25 mM. Resolución del problema La figura 28-6C es un diagrama de Por tanto, en cada litro de disolución, 5,25 mmol de CO2 se combi- Davenport, una combinación de las tres isobaras de CO2 de la figu- nan con 5,25 mmol de H2O para formar 5,25 mmol de HCO−3 (que ra 28-6A y la parte lineal de la curva de titulación roja de los amortigua- vemos como el valor de ∆[HCO−3 ] entre «Inicio» y el punto A) y dores distintos a HCO−3 de la figura 28-6B. La línea de titulación roja 5,25 mmol de H +. Casi todos estos H + desaparecen, porque de los amortiguadores distintos a HCO−3 (que representa la βno-HCO−3 de ∼5,25 mmol de los amortiguadores distintos a HCO−3 desprotonados la sangre entera, 25 mM/unidad de pH) corta la isobara del CO2 para (A(n)) consumen H+ para formar ∼5,25 mmol de sus ácidos débiles una Pco2 de 40 en el punto señalado como «Inicio», que representa conjugados (HA(n+1)). Así, el flujo que transita por la secuencia de las condiciones iniciales para la sangre arterial. En esta intersección, el reacciones de la ecuación 28-28 es de ∼5,25 mmol para cada litro sistema amortiguador formado por CO2/HCO−3 y los amortiguadores de solución. distintos a HCO−3 están simultáneamente en equilibrio. Ya podemos responder a la pregunta que se planteó al comienzo de este apartado: ¿cuál será el pH final cuando aumentemos la Pco2 de la sangre entera desde 40 hasta 80 mmHg? Las condiciones de equili- (28-30) brio finales de este caso de acidosis respiratoria deben estar descritas por un punto que esté simultáneamente en la línea de titulación roja correspondiente a los amortiguadores distintos a HCO−3 y en la isobara verde correspondiente a 80 mmHg. Obtener la respuesta utilizando el Por tanto, los amortiguadores distintos a HCO−3 impulsan la diagrama de Davenport precisa un proceso en tres pasos: conversión de CO2 en HCO−3. Estos amortiguadores minimizan el aumento de la [H+] libre que puede producir un determinado flujo Paso 1: identificar el punto en la intersección de la isobara de la de CO2. Así, con una βno-HCO−3 elevada, una gran cantidad de CO2 Pco2 inicial y la línea de titulación de los amortiguadores dis- debe «fluir» por la ecuación 28-30 antes de que las concentraciones tintos a HCO−3 inicial (v. fig. 28-6C, «Inicio»). libres de HCO−3 y H+ aumenten lo suficiente para satisfacer el equili- Paso 2: identificar la isobara que describe la Pco2 final (en este brio de CO2/HCO−3 (v. ecuación 28-14). caso, 80 mmHg). La βno-HCO−3 varía con el contenido de hemoglobina de la sangre. Paso 3: seguir la línea de titulación de los amortiguadores distintos En consecuencia, los pacientes con anemia tienen una βno-HCO−3 baja, a HCO−3 hasta su intersección con la isobara de la Pco2 final. mientras que los pacientes con policitemia tienen una βno-HCO−3 alta. En la figura 28-6C, esta intersección se produce en el punto A, La figura 28-6D ilustra la importancia de la β no-HCO−3. Si la que corresponde a un pH de 7,19 y una [HCO−3 ] de 29,25 mM. βno-HCO−3 es cero, la línea de titulación de los amortiguadores dis- Como ya se ha señalado, en ausencia de amortiguadores dis- tintos a HCO−3 es horizontal y el aumento al doble de la Pco2 desde tintos a HCO−3 , este mismo aumento al doble de la Pco2 produce 40 hasta 80 mmHg no modifica de forma significativa la [HCO−3 ] una mayor disminución del pH, desde 7,4 hasta 7,1. (v. fig. 28-6D, punto A1); esto verifica nuestra conclusión anterior Siguiendo tres pasos similares podemos utilizar el diagrama de (v. fig. 28-5, etapa 3A). De manera simultánea el pH disminuye 0,3, Davenport para predecir el pH y la [HCO−3 ] finales en condiciones que corresponde a un aumento aproximadamente al doble de la [H+]. © Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito. de alcalosis respiratoria. Por ejemplo, ¿cuál sería el efecto de reducir Por tanto, el aumento al doble de la [CO2] lleva a un aumento al doble la Pco2 a la mitad, desde 40 hasta 20 mmHg? En la figura 28-6C del producto [HCO−3 ][H+], para que el cociente [HCO−3 ][H+]/[CO2] se debe seguir la línea de titulación roja correspondiente a los (la constante de equilibrio, K) no se modifique (tabla 28-5, hilera TABLA 28-5 Relación entre la βno-HCO−3 y la cantidad de HCO−3 que se forma en respuesta a un aumento al doble de la Pco2 CAPACIDAD DE AMORTIGUACIÓN ∆ FRACCIONAL POR AMORTIGUADORES HCO−3 FORMADO ∆ FRACCIONAL [HCO−3 ] × ∆ DISTINTOS A βNO-HCO−3 ∆pH (mM) ∆ FRACCIONAL [H+] [HCO−3 ] FRACCIONAL [H+] 0 −0,30 0,000040 1,999997 1,000002 2,00 25 −0,21 5,25 1,71 1,17 2,00 ∞ 0 24,0 1,00 2,00 2,00 638 SECCIÓN V Sistema respiratorio superior). La figura 28-6D también muestra lo que ocurre si la H+ + A(n) → HA(n+1). En consecuencia, se produce un aumento βno-HCO−3 tiene el valor normal de 25 mM/unidad de pH. Aquí, el de [HCO−3 ], [H+] y [HA(n+1)] y el sistema se equilibra. punto A es el mismo que el punto A de la figura 28-6C y muestra A modo de atajo, podríamos evitar las dos flechas negras y sim- que la [HCO−3 ] aumenta 5,25 mM, o el 17% (v. tabla 28-5, hilera plemente seguir la flecha roja a lo largo de la isobara del CO2 desde central). Por último, si la βno-HCO−3 fuera ∞, la línea de titulación de «Inicio» hasta el punto C. los amortiguadores distintos a HCO−3 sería vertical, y el aumento al Ahora podemos volver a la pregunta de cuantos de los H+ siguen doble de la Pco2 no modificaría nada en absoluto el pH (punto A2 cada una de las tres vías de la figura 28-7, etapa 2A. Como la [HCO−3 ] de la fig. 28-6D). En este caso, la [HCO−3 ] aumentaría al doble, por ha disminuido 24 − 17,4 = 6,6 mM, la cantidad de H+ amortiguados lo que el aumento al doble del producto [HCO−3 ][H+] sería paralelo por CO2/HCO−3 debe de haber sido de 6,6 mmol en cada litro. Casi al aumento al doble de la Pco2 (v. tabla 28-5, hilera inferior). todos los H+ restantes que hemos añadido, ∼3,6 mmol, deben de haber sido amortiguados por amortiguadores distintos a HCO−3. La adición o la eliminación de un ácido o una base, Una minúscula cantidad de los H+ añadidos, ∼0,000015 mmol, debe con una Pco2 constante, produce un trastorno ácido-base de haber permanecido sin amortiguar y es responsable de reducir «metabólico» el pH desde 7,40 hasta 7,26 (v. fig. 28-7, etapa 3A). La figura 28-7 también muestra lo que ocurriría si añadiéramos Más arriba hemos analizado el efecto de la adición de HCl en ausen- 10 mmol de una base fuerte, como NaOH, a nuestra disolución de cia de otros amortiguadores (v. fig. 28-3). La predicción del cambio 1 litro. El par amortiguador CO2/HCO−3 neutraliza la mayor parte de pH para este trastorno ácido-base ha sido sencilla porque el flujo de los iones OH− añadidos, los amortiguadores distintos a HCO−3 del HCO−3 hacia el CO2 consumió todos los H+ amortiguados. La neutralizan algunos, y una cantidad diminuta de los OH− añadidos situación es más compleja cuando la disolución también contiene permanece sin amortiguar, lo que eleva el pH (v. fig. 28-7, etapa 2B). amortiguadores distintos a HCO−3 (fig. 28-7, etapa 1). Cuando se El diagrama de Davenport de la derecha de la figura 28-7 mues- añaden 10 mmol de HCl a 1 litro de disolución, el par amortiguador tra cuántos de los OH− añadidos siguen cada una de las tres vías formado por CO2/HCO−3 en un sistema abierto neutraliza la mayor de este ejemplo de alcalosis metabólica. El método es similar al parte de los H+ añadidos, los amortiguadores distintos a HCO−3 que hemos utilizado arriba para la acidosis metabólica, excepto manejan otra parte y una cantidad diminuta de los H+ añadidos que en este caso trazamos una línea negra que está desplazada permanece libre y reduce el pH (v. fig. 28-7, etapa 2A). Como el 10 mM por encima de la línea de titulación de los amortiguadores sistema está abierto, el CO2 que se forma durante la amortiguación distintos a HCO−3. Seguimos la isobara de la Pco2 hasta su inter- de los H+ añadidos escapa a la atmósfera. Si esta reacción de amor- sección con esta línea negra en el punto que corresponde a un pH tiguación se produjera en la sangre, el CO2 pasaría primero al aire final de 7,51 y una [HCO−3 ] de 31,1 mM. Así, la [HCO−3 ] aumentó alveolar y posteriormente a la atmósfera. 31,1 − 24,0 = 7,1 mM. Esta es la cantidad de OH− añadidos que ha ¿Cuántos de los H+ añadidos (∆[ácido fuerte] = 10 mM) siguen sido amortiguada por CO2/HCO−3. Los amortiguadores distintos a cada una de las tres vías de este ejemplo de acidosis metabólica? HCO−3 deben de haber amortiguado casi todos los OH− que hemos La respuesta a esta pregunta exige que se manejen dos equilibrios añadido, ∼2,9 mmol en cada litro. Los OH− no amortiguados, que simultáneos, las reacciones de amortiguación producidas por CO2/ son responsables del aumento del pH, deben de haber estado en el HCO−3 y las que están producidas por los amortiguadores distintos intervalo nanomolar (v. fig. 28-7, etapa 3B, y cuadro 28-1). a HCO−3. Igual que en los trastornos ácido-base respiratorios, no podemos resolver de manera precisa las ecuaciones que rigen los Durante los trastornos metabólicos, CO2/HCO−3 hace una trastornos ácido-base metabólicos. Sin embargo, podemos utilizar contribución mayor a la amortiguación total cuando el diagrama de Davenport de la parte izquierda de la figura 28-7 el pH y la Pco2 son elevados y cuando la βno-HCO3− es baja para obtener una estimación gráfica del pH y de la [HCO−3 ] finales a través de un proceso en cuatro pasos: En la figura 28-7, el sistema CO2/HCO−3 neutralizó 7,1 mmol de Paso 1: identificar el punto que describe las condiciones iniciales los 10 mmol de OH− añadidos a 1 litro (∆pH = + 0,11), y tan solo (v. fig. 28-7, «Inicio» en la imagen de la izquierda). Paso 2: Siguiendo la flecha negra marcada con «2», moverse hacia abajo (en la dirección de la [HCO−3 ] que ha disminuido) 10 mM CUADRO 28-1 Diferencia de iones fuertes (la concentración de los H+ añadidos), hasta el punto marcado A con un asterisco. En esta maniobra asumimos que la reacción lgunos médicos evalúan los trastornos ácido-base en virtud HCO−3 + H+ → CO2 + H2O ha consumido inicialmente todos de un parámetro virtual denominado diferencia de iones los H+ añadidos. Por supuesto, si esto fuera cierto, la reacción fuertes (DIF). Al contrario que los ácidos y bases débiles, de CO2/HCO−3 no estaría en equilibrio y el pH no se habría los denominados cationes fuertes y aniones fuertes están total­ modificado en absoluto. Además, los amortiguadores distintos mente disociados al pH fisiológico. En la sangre, a HCO−3 no habrían tenido la oportunidad de participar en la amortiguación de los H+. DIF = [Na+ ]+[ K + ]+[ Ca2+ ]+[ Mg2+ ]−[ Cl− ] Paso 3: a través del asterisco, trace una línea (v. fig. 28-7, línea negra de la imagen izquierda) que sea paralela a la línea de titulación Tres limitaciones importantes al método de la DIF son que: de los amortiguadores distintos a HCO−3. 1) las proteínas y los procesos fisiológicos generalmente depen­ den del pH, no de la DIF; 2) las células y el cuerpo regulan de Paso 4: siguiendo la flecha negra marcada con «4», hay que des- forma estrecha el pH, pero no tienen mecanismos conocidos que plazarse hasta la intersección de la nueva línea negra y la detecten o regulen directamente la DIF, y 3) la DIF no tiene una isobara de Pco2 original. Esta intersección se produce en el relación específica con el pH ni tiene una participación causal de punto C, que corresponde a un pH de 7,26 y una [HCO−3 ] los cambios del pH. Como el método de la DIF no ofrece ningún de 17,4 mM. Esta maniobra sigue el recorrido marcado por nuevo conocimiento mecanicista, nos centramos en el método la reacción CO2 + H2O → HCO−3 + H+. Los amortiguadores clásico de pH/amortiguadores. distintos a HCO−3 consumen casi todos los H+ en la reacción 640 SECCIÓN V Sistema respiratorio TABLA 28-6 Amortiguación que producen CO2/HCO−3 y los amortiguadores distintos a βno-HCO−3 * ∆ [HCO−3 ] ∆ [A (n) ] β abierta = βno−HCO− = ADICIÓN ∆pH ∆[HCO ] − 3 ∆pH ∆[A ] (n) 3 ∆pH βtotal + +10 mmol de H ∼−0,14 ∼6,6 mM 47 mM/unidad de pH ∼3,4 mM 25 mM/unidad de pH 72 mM/pH +10 mmol de OH− ∼+0,11 ∼7,1 mM 65 mM/unidad de pH ∼2,9 mM 25 mM/unidad de pH 89 mM/pH *Las adiciones se hacen a 1 litro de disolución. pH inicial = 7,40, Pco2 inicial = 40 mmHg, [HCO ] inicial = 24 mM. Se asume que β − 3 e − no-HCO3 es 25 mM/unidad de pH. 6,6 mmol de los 10 mmol de H + añadidos (∆pH = − 0,14). El motivo de esta diferencia es que la capacidad de amortiguación del par CO2/HCO−3 en un sistema abierto aumenta exponencialmente con el pH (v. fig. 28-4, curva azul). En el diagrama de Davenport, esta dependencia del pH que manifiesta la βabierto se manifiesta como la pendiente de la isobara del CO2, que aumenta exponen- cialmente con el pH. Así, la adición de un álcali siempre producirá un cambio del pH menor que la adición de una cantidad equivalente de un ácido. En nuestro ejemplo de la alcalosis metabólica (v. lado derecho de la fig. 28-7), la βabierto media (7,1 mM)/(0,11 unidades de pH) = 65 mM/unidad de pH en el intervalo de pH de 7,40 a 7,51 (tabla 28-6). Por otro lado, en nuestro ejemplo de acidosis metabólica (v. lado izquierdo de la fig. 28-7), la βabierto media es (6,6 mM)/(0,14 unidades de pH) = 47 mM/unidad de pH en el intervalo de pH de 7,26 a 7,40, mucho menor que en el intervalo más alcalino. Como la βno-HCO−3 es 25 mM/unidad de pH en todo el intervalo de pH, la βtotal es mayor en el intervalo de pH alcalino. Ya hemos visto que la β abierto es proporcional a la [HCO−3 ] (v. ecuación 28-20) y que, a un pH fijo, la [HCO−3 ] es proporcional a la Pco2 (v. ecuación 28-29). Así, si se mantiene igual el resto de los factores, la contribución de βabierto a la amortiguación total aumenta con la Pco2. Los pacientes con una Pco2 elevada por insuficiencia respiratoria tendrán, por tanto, una capacidad de amortiguación mayor que las personas normales al mismo pH. Como CO2/HCO−3 y los amortiguadores distintos a HCO−3 com- piten por los iones OH− o H+ añadidos, la contribución de CO2/ HCO−3 a la amortiguación total también depende de la βno-HCO−3. La figura 28-8 ilustra los efectos de añadir 10 mmol de NaOH a nuestra disolución estándar de CO2/HCO−3 de un litro, a valores de βno-HCO−3 de 0,25 mM/unidad de pH, e ∞. En la figura 28-3, etapa 3B, hemos visto que la adición de 10 mmol de NaOH a 1 litro de disolución que contiene CO2/HCO−3 , pero no otros amorti- guadores, hace que la [HCO−3 ] aumente de 24 a 34 mM, y que el pH aumente de 7,40 a 7,55. Si queremos utilizar un diagrama de Davenport para resolver el mismo problema (v. fig. 28-8A), generamos una línea de titulación de amortiguadores distintos a HCO−3 con una pendiente de cero (porque βno-HCO−3 = 0) a través del punto de «Inicio». También trazamos una línea negra con la misma pendiente, pero desplazada 10 mM hacia arriba. Siguiendo la isobara azul de Pco2 = 40 desde «Inicio» hasta el punto en el que la isobara corta la línea negra en el punto D1, vemos que, como cabría esperar, el pH final es 7,55 y la [HCO−3 ] final es 34 mM. Por tanto, CO2/HCO−3 debe amortiguar prácticamente la totalidad de los 10 mmol de OH − añadidos a 1 litro. Como la capacidad de amortiguación total es simplemente βabierto, el aumento del pH debe ser bastante grande, de 0,15. Cuando la βno-HCO−3 es 25 mM/unidad de pH, como en el diagra- ma de Davenport de la parte superior derecha de la figura 28-7 (se Figura 28-8 Efecto de la βno-HCO3− sobre el aumento del pH causado por la vuelve a representar en la fig. 28-8B), CO2/HCO−3 puede amortiguar alcalosis metabólica. solo 7,1 mmol porque los amortiguadores distintos a HCO−3 neutra- lizan 2,9 mmol. Con el aumento de la capacidad de amortiguación total, el aumento del pH es de tan solo 0,11.  CAPÍTULO 28 Fisiología ácido-base 641 Figura 28-9 Compensación metabólica de los trastornos ácido-base respiratorios primarios. Por último, cuando la βno-HCO−3 es ∞, la línea negra está super- exactamente a su valor inicial de 7,40 (punto A2 de la fig. 28-9A). puesta a la línea de titulación vertical de los amortiguadores dis- En otras palabras, podemos compensar perfectamente un aumento tintos a HCO−3 (v. fig. 28-8C). Por tanto, no se producen cambios de al doble de la Pco2 desde 40 («Inicio») hasta 80 mmHg (punto A) la [HCO−3 ] y del pH. Sin embargo, la [HA(n+1)] aumenta en 10 mM añadiendo una cantidad de OH− equivalente a la cantidad de HCO−3 porque los amortiguadores distintos a HCO−3 , con una capacidad que estaba presente (es decir, 24 mM) en «Inicio». La compensación infinita, realizan toda la amortiguación. perfecta de la acidosis respiratoria es un ejemplo de hipercapnia Este conjunto de tres ejemplos (para valores de βno-HCO−3 de 0, 25 isohídrica (es decir, el mismo pH con mayor Pco2): e ∞) es comparable al conjunto que hemos analizado más arriba para la acidosis respiratoria en la figura 28-6D. Aumento al doble de la HCO3−   48mM Un cambio metabólico puede compensar pH = 6,1 + log = 7,4 (28-31) un trastorno respiratorio (0,03 mM/mmHg ) ⋅ 80 mmHg  Aumento al doble de la PCO Hasta ahora hemos evaluado lo que ocurre durante los trastor- 2 nos ácido-base respiratorios y metabólicos primarios. Cuando es sometido a estas cargas ácidas o alcalinas en el plasma sanguíneo, Los riñones son responsables de la compensación metabólica el cuerpo lo compensa alterando la [HCO−3 ] o la Pco2, devolviendo de una acidosis respiratoria primaria. De forma aguda detectan el pH a su valor inicial y minimizando la magnitud del cambio una Pco2 elevada y también pueden detectar de forma crónica total del pH. un pH sanguíneo bajo. La respuesta es aumentar la secreción En la figura 28-9A revisamos un ejemplo, que se presentó ini- de ácido hacia la orina y el transporte de HCO−3 hacia la sangre cialmente en la figura 28-6C, en el que producimos la acidosis (v. págs. 832-833), elevando de esta forma el pH plasmático, una al­ respiratoria primaria aumentando la Pco2 desde 40 hasta 80 mmHg calosis metabólica compensadora. La compensación renal de una (flecha roja en la fig. 28-9A entre «Inicio» y el punto A a pH 7,19). acidosis respiratoria intensa no es perfecta, de manera que el pH Si persiste la elevación de la Pco2, la única forma en la que se pue- se mantiene por debajo del valor normal de 7,40. de devolver el pH a su valor inicial de 7,40 es la adición de un Los riñones también pueden realizar una compensación álcali (p. ej., HCO−3 o OH−) o la eliminación de un ácido (p. ej., H+), metabólica de una alcalosis respiratoria. En la figura 28-9B © Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito. mecanismos que son equivalentes. N28-9 La adición de 10 mmol revisamos un segundo ejemplo, que se presentó inicialmente en de OH− a 1 litro, por ejemplo, superpone una alcalosis metabólica la figura 28-6C, en el que producíamos una alcalosis respiratoria a la acidosis respiratoria primaria, una compensación metabóli­ primaria reduciendo la Pco2 de 40 a 20 mmHg (flecha roja en ca de una acidosis respiratoria. la fig. 28-9B entre «Inicio» y el punto B a pH 7,60). Podemos El diagrama de Davenport predice las consecuencias de añadir compensar la mayor parte de esta alcalosis respiratoria añadiendo 10 mmol de OH− a 1 litro. Comenzamos trazando una línea negra 10 mmol de H+ a cada litro de disolución o eliminando 10 mmol que es paralela a la línea de titulación roja de los amortiguadores de NaHCO3 o NaOH, todo lo cual producirá el mismo efecto. distintos a HCO−3 , pero desplazada hacia arriba en 10 mM. El pun- Trazamos una línea negra paralela a la línea de titulación roja de to A1, la intersección de la línea negra y la isobara de la Pco2 para los amortiguadores distintos a HCO−3 , aunque desplazada 10 mM 80 mmHg, representa un pH final de 7,29, todavía menor que el hacia abajo. El punto B1 (pH 7,44), en la intersección de la línea valor normal de 7,40, aunque mucho mayor que el valor de 7,19 negra y la isobara de la Pco2 para 20 mmHg, representa una com- que había antes de la compensación. pensación parcial. Si añadimos otros 14 mmol adicionales de OH −, hasta una Si añadimos otros 2 mmol de H+, hasta una cifra añadida total cifra total añadida de 24 mmol de OH−, a 1 litro, el pH vuelve de 12 mmol de H+ a cada litro, el pH vuelve exactamente a su valor 642 SECCIÓN V Sistema respiratorio Figura 28-10 Compensación metabólica de los trastornos ácido-base metabólicos primarios. inicial de 7,40 (punto B2 de la fig. 28-9B). ¿Por qué esta cantidad es primaria. El pH plasmático bajo, o la [HCO−3 ] plasmática baja, mucho menor que los 24 mmol de OH− que añadimos a cada litro estimula los quimiorreceptores periféricos (v. pág. 710) y, si para compensar perfectamente un aumento al doble de la Pco2? esta situación tiene una duración suficiente, también los qui- Cuando reducimos a la mitad la Pco2, necesitamos añadir solo una miorreceptores centrales (v. págs. 713-715). La consecuencia cantidad de H+ equivalente a la mitad de la cantidad de HCO−3 que es un aumento de la ventilación alveolar, que reduce la Pco 2 estaba presente (24/2 = 12 mM) en «Inicio». (v. págs. 679-680) y de esta manera produce la compensación En respuesta a una alcalosis respiratoria primaria, los riñones respiratoria. segregan menos ácido hacia la orina y transportan menos HCO−3 El cuerpo consigue la compensación respiratoria de una alca­ hacia la sangre (v. págs. 833-834), reduciendo de esta manera el pH losis metabólica primaria de la manera exactamente contraria. En plasmático, una acidosis metabólica compensadora. la figura 28-10B, revisamos un ejemplo que se presentó inicialmente en el lado derecho de la figura 28-7, en el que producimos una alcalosis metabólica primaria añadiendo 10 mmol de NaOH a Un cambio respiratorio puede compensar un trastorno 1 litro (flecha roja en la fig. 28-10B entre «Inicio» y el punto D a metabólico pH 7,51). Si ahora aumentamos la Pco2 de 40 a 50 mmHg, com- De la misma manera que los cambios metabólicos pueden compen- pensamos parcialmente la alcalosis metabólica pasando desde D sar los trastornos respiratorios, los cambios respiratorios pueden hasta D1 (pH 7,44). Si elevamos la Pco2 otros 6,7 mmHg, has- compensar los trastornos metabólicos. En la figura 28-10A volve- ta ∼56,7 mmHg, la compensación es perfecta, y el pH vuelve a mos a un ejemplo que se presentó inicialmente en el lado izquierdo 7,40 (D2). de la figura 28-7, en el que producíamos una acidosis metabólica En respuesta a una alcalosis metabólica primaria, el aparato primaria añadiendo 10 mmol de HCl a 1 litro de sangre arterial respiratorio reduce la ventilación alveolar y de esta forma eleva la (flecha roja en la fig. 28-10A entre «Inicio» y el punto C a pH 7,26). Pco2. La acidosis respiratoria compensadora es el menos «perfec- Aparte de eliminar los H+ (o de añadir OH− para neutralizar los to» de los cuatro tipos de compensación que hemos analizado. El H+), la única forma en la que podemos volver a llevar el pH hacia motivo es que se puede reducir la ventilación alveolar (y, por tanto, el valor inicial de 7,40 es reducir la Pco2. Es decir, podemos super- la oxigenación) solo hasta el punto en el que se llega a poner en poner una alcalosis respiratoria a la acidosis metabólica primaria, peligro la propia existencia. una compensación respiratoria de una acidosis metabólica. Por En una persona real, cada uno de los cuatro trastornos ácido- ejemplo, podemos compensar la mayor parte de la acidosis meta- base primarios (puntos A, B, C y D de las figs. 28-9 y 28-10) se bólica reduciendo la Pco2 desde 40 hasta 30 mmHg. Comenzando produce en el líquido extracelular. En todos estos casos, la primera en C, seguimos la línea negra desde la isobara de la Pco2 para respuesta del cuerpo, casi instantánea, es utilizar los amortiguado- 40 mmHg hasta la nueva isobara para 30 mmHg en el punto C 1 res extracelulares para neutralizar parte de la carga ácida o alcalina. (pH 7,34). Esta maniobra representa una compensación parcial. Además, las células captan rápidamente parte de la carga ácida o Si reducimos la Pco 2 otros 6,6 mmHg adicionales, hasta alcalina y de esta forma participan en la amortiguación, como se 23,4 mmHg, producimos una compensación perfecta, que repre- indica más adelante. Por otro lado, las células de los túbulos renales sentamos en la figura 28-10A siguiendo la línea negra desde C hasta pueden responder a una acidosis metabólica de origen extrarrenal que alcanzamos un pH de 7,40 en el punto C2, que es la isobara (p. ej., cetoacidosis diabética) aumentando la secreción de ácido de la Pco2 para 23,4 mmHg. La compensación perfecta exige que hacia la orina, o una alcalosis metabólica (p. ej., tratamiento con reduzcamos la Pco2 en una fracción (es decir, [40 − 23,4]/40  NaHCO3) reduciendo la secreción de ácido, ejemplos de compensa- 0,42) que sea idéntica al cociente de HCl añadido respecto a la ción metabólica de un trastorno metabólico. Los puntos C y D de la [HCO−3 ] original (es decir, 10/24  0,42). figura 28-10 incluyen los efectos de la carga ácida o alcalina real, No es sorprendente que el aparato respiratorio sea responsa- la amortiguación intracelular y extracelular, y cualquier respuesta ble de la compensación respiratoria de una acidosis metabólica renal (es decir, «metabólica»).  CAPÍTULO 28 Fisiología ácido-base 643 Figura 28-11 Estados ácido-base que son representados en cada una de las posiciones de un diagrama de Davenport. La posición en un diagrama de Davenport define la región azul representa una acidosis respiratoria parcialmente la naturaleza de un trastorno ácido-base compensada. En una persona en la que la acidosis respiratoria haya estado presente más de varias horas probablemente ya haya Las únicas herramientas que se necesitan para caracterizar el esta- comenzado la mayor excreción renal de H+, produciéndose una do ácido-base (es decir, pH, [HCO−3 ] y Pco2) son un diagrama compensación metabólica. Dependiendo de la magnitud de de Davenport y electrodos para medir el pH y la Pco2. A partir de la acidosis original y del grado de compensación, el punto A1 estos dos parámetros podemos calcular la [HCO−3 ] utilizando la podría estar en cualquier parte de la región azul. Podemos llegar ecuación de Henderson-Hasselbalch. El estado ácido-base del a conclusiones similares para los otros tres trastornos y sus plasma sanguíneo (o de cualquier disolución acuosa) puede encua- compensaciones. drarse en una de cinco categorías principales: 4. Un trastorno perfectamente compensado. El punto se sitúa 1. Normal. Para la sangre arterial el pH es 7,40, la [HCO−3 ] es en la línea vertical a través del pH 7,4. Tal y como indica el 24 mM y la Pco2 es 40 mmHg. Este punto se marcó como punto A2D2 de la figura 28-11C, una compensación perfecta des- «Inicio» en las figuras anteriores y es el punto central de la pués de una acidosis respiratoria es indistinguible de la que se figura 28-11A a D. © Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito. produce después de una alcalosis metabólica. En ambos casos el 2. Uno de los cuatro trastornos ácido-base primarios (o no resultado final es una hipercapnia isohídrica. De manera similar, compensados). Las coordenadas del pH y la [HCO−3 ] se sitúan el punto B2C2 representa una compensación perfecta después de (a) en la línea de titulación de los amortiguadores distintos a una acidosis metabólica o una alcalosis respiratoria (hipocapnia HCO−3 , pero lejos de la isobara de 40 mmHg en la acidosis res- isohídrica). piratoria no compensada (punto A, fig. 28-11A) o la alcalosis 5. Un trastorno respiratorio/metabólico mixto. El punto se sitúa respiratoria no compensada (punto B); o (b) en la isobara de en una de las dos regiones coloreadas de la figura 28-11D. Por 40 mmHg, pero lejos de la línea de titulación de los amortigua- ejemplo, los puntos A3 y C3 representan una acidosis respiratoria dores distintos a HCO−3 en el caso de la acidosis metabólica no complicada por acidosis metabólica, y viceversa. El segundo compensada (punto C) o la alcalosis metabólica no compensada trastorno hace que el pH se aleje aún más de lo «normal», como (punto D). podría ocurrir en una persona con insuficiencia respiratoria y 3. Un trastorno parcialmente compensado. Las coordenadas del renal (v. tabla 28-3). Por supuesto, es imposible determinar si pH y la [HCO−3 ] se encuentran en cualquiera de las cuatro regio- uno de los dos trastornos que forman el cuadro se produjo antes nes coloreadas de la figura 28-11B. Por ejemplo, el punto A1 de que el otro. 644 SECCIÓN V Sistema respiratorio Figura 28-12 Recuperación de una célula tras la carga intracelular de ácido o álcali. AC II, anhidrasa carbónica II. REGULACIÓN DEL pH DEL LÍQUIDO Transportadores iónicos situados en la membrana INTRACELULAR plasmática regulan de forma estrecha el pH en el interior de las células Los médicos se centran en el estado ácido-base del plasma sanguí- neo, el compartimento líquido cuyo estado ácido-base es más fácil La figura 28-12A muestra una célula hipotética con tres trans- de estudiar. Sin embargo, el número de reacciones bioquímicas y portadores de ácido-base: un cotransportador de Na/HCO3 electro- otros procesos que se producen fuera de una célula palidece en neutro (NBCn1; v. pág. 122), un intercambiador de Na-H (NHE1; comparación con el número de los que se producen dentro. Es págs. 124-125) y un intercambiador de Cl-HCO3 o de aniones razonable pensar que el líquido biológico más importante para la (AE2; v. pág. 124). Utilizaremos NBCn1 y NHE1 como prototipo regulación del pH es el citosol. Es posible monitorizar continua- de sistemas de extracción de ácido, transportadores que tienden mente el pH intracelular (pHi) en células y tejidos aislados utilizan­ a elevar el pH intracelular (pHi). Ambos utilizan la energía del gra- do colorantes sensibles al pH o microelectrodos. Además, utilizando diente de Na+ para importar HCO−3 o exportar H+ desde el citosol. técnicas de resonancia magnética se puede monitorizar el pHi en Utilizaremos el intercambiador de Cl-HCO3 AE2 como prototipo seres humanos vivos (p. ej., en el músculo esquelético). El pH de de sistema de carga ácida, un transportador que tiende a reducir el las células influye en el pH extracelular y también depende de él. pHi. El transportador AE2, impulsado por el elevado gradiente de  CAPÍTULO 28 Fisiología ácido-base 645 Cl− de fuera a dentro, hace salir HCO−3 de la célula. La carga ácida (la carga alcalina aguda), sino que también debe contrarrestar el intracelular que produce el intercambio de Cl-HCO3 es una carga efecto alcalinizante de los sistemas de extracción de ácido, como el ácida crónica porque tiende a acidificar la célula mientras el trans- cotransportador de Na/HCO3. portador esté activo. En nuestro ejemplo, la extracción crónica de Igual que los sistemas de extracción de ácido, los intercambia- ácido que producen NBCn1 y NHE1 equilibra la carga crónica dores de Cl-HCO3 están bajo el control de hormonas y factores de de ácido que produce AE2, generándose un estado de equilibrio. crecimiento con una sensibilidad al pHe que es contraria a la de Otros diversos sistemas de extracción y carga ácida pueden con- los sistemas de extracción de ácido (es decir, un pHe bajo estimula tribuir a la regulación del pHi (v. pág. 127), y cada tipo celular tiene el intercambio de Cl-HCO3). En general, la acidosis metabólica una dotación característica de transportadores de este tipo. extracelular, con su disminución simultánea de pHe y [HCO−3 ] Imagínese que utilizamos una micropipeta para inyectar HCl (v. tabla 28-3), estimula la carga ácida a través del intercambio de en la célula de la figura 28-12A. Esta inyección de una carga aguda Cl-HCO3 (v. fig. 28-12F, curva roja). Durante la recuperación de car­ de ácido (la introducción una sola vez de una cantidad fija de gas alcalinas agudas, la consiguiente acidosis metabólica hace que ácido) produce una disminución inmediata del pHi (v. fig. 28-12B, el pHi disminuya más rápidamente y que, por ello, se alcance un curva negra), un ejemplo de acidosis metabólica intracelular. Si valor menor en estado de equilibrio (v. fig. 28-12E, curva roja). añadimos HCl a un matraz, el pH se mantiene bajo de forma inde- finida. Sin embargo, cuando sometemos de forma aguda a una Las interacciones indirectas entre K+ y H+ carga ácida a una célula, el pHi vuelve espontáneamente al valor hacen que parezca que las células tienen inicial. Esta recuperación del pHi no se puede deber a la salida un intercambiador de K-H pasiva de H+ desde la célula, en la medida en la que el gradiente electroquímico de H+ (v. pág. 127) habitualmente favorece la entra- Desde hace mucho tiempo los médicos saben que la acidosis extra- da de H+. Por tanto, la recuperación del pHi refleja el transporte celular produce salida de K+ desde las células y, por tanto, hiperpo- activo de ácido desde la célula, una compensación metabólica de tasemia (v. pág. 795). Por el contrario, la hiperpotasemia da lugar una carga ácida metabólica. N28-10 a la salida de H+ desde las células, lo que produce acidosis extrace- Durante la recuperación del pH i tras la carga ácida en la lular. Estas observaciones, que se pueden replicar en células únicas figura 28-12B, NBCn1 y NHE1 no solo deben expulsar la cantidad aisladas, llevaron a la sugerencia de que las células en general tienen de H+ que se habían inyectado previamente en la célula (la carga intercambiadores de K-H. Es cierto que células especializadas del ácida aguda), sino que también deben contrarrestar la carga ácida estómago (v. págs. 865-866) y el riñón (v. págs. 827-828) tienen una que sigue imponiendo AE2 a la célula (la carga ácida crónica). bomba impulsada por ATP que expulsa H+ intercambiándolo por La velocidad de extracción de ácido tiende a ser mayor a K+. Además, el cotransportador de K/HCO3 que se ha descrito en valores bajos de pHi y disminuye a medida que aumenta el pHi algunas células podría simular el efecto de un intercambiador de (v. fig. 28-12C, curva negra). Como ya se ha señalado, un pHi bajo K-H. Sin embargo, los efectos que hace mucho tiempo llevaron a también inhibe a AE2 y de esta forma bloquea la carga ácida. Es la hipótesis del intercambio de K-H probablemente reflejen inte- decir, la respuesta a un pHi bajo incluye dos bucles de retroalimen- racciones indirectas entre H+ y K+. tación que actúan de manera concertada, estimulando la extracción Un ejemplo de intercambio aparente de K-H es que la hiper- de ácido e inhibiendo la carga ácida. potasemia produce alcalosis intracelular. No se trata solo de que Además del pHi, diversas hormonas, factores de crecimiento, este efecto no se deba a un intercambio 1:1 de K+ por H+, sino que oncogenes, el volumen celular y el pH extracelular (pHe) pueden ni siquiera se debe al aumento de la [K+]e en sí misma. Por el con- modular estos transportadores. El efecto del pHe es especialmente trario, la [K+]e elevada despolariza la célula, y este cambio positivo importante. En general, un pHe bajo reduce la velocidad de recu- del voltaje de membrana puede favorecer fenómenos como la cap- peración del pHi tras una carga ácida aguda y reduce el pHi final tación neta de HCO−3 a través del cotransportador electrógeno de en estado de equilibrio (v. fig. 28-12B, curva roja), mientras que un Na/HCO3 (v. pág. 122) y, por tanto, un aumento del pHi, una alca­ pHe elevado tiene el efecto opuesto (curva azul). La causa que sub­ linización inducida por la despolarización. La despolarización yace a estos efectos del pHe es el desplazamiento de la dependencia también puede estimular indirectamente a otros transportadores del pHi respecto de la extracción del ácido (v. fig. 28-12C, curvas que alcalinizan la célula. Se presenta el ejemplo contrario de aci- roja y azul) y, como veremos más adelante, cambios de la carga demia que produce hiperpotasemia en la página 795: la acidosis ácida. extracelular reduce el pHi e inhibe los transportadores responsables Las células también se recuperan espontáneamente de las cargas de la captación de K+, lo que lleva a una salida neta de K+ desde las alcalinas agudas. Si inyectamos hidróxido potásico (KOH) células. Aunque no tenemos datos de que exista un intercambiador (v. fig. 28-12D), el pHi aumenta rápidamente, pero después se de K-H en los seres humanos, imaginar que existe es en ocasiones © Elsevier. Fotocopiar sin autorización es un delito. recupera lentamente hasta su valor inicial (v. fig. 28-12E, curva una herramienta útil para predecir rápidamente las interaccio­ negra), lo que refleja la estimulación de la carga ácida y la inhibición nes entre H+ y K+ en la práctica clínica. de la extracción de ácido. La inyección de OH− representa una alcalosis metabólica, mientras que el aumento del intercambio de Los cambios del pH intracelular suelen ser un signo Cl-HCO3 representa una compensación metabólica. N28-10 El de cambios en el pH extracelular, y viceversa intercambiador de Cl-HCO3 tiene su máxima actividad a valores elevados de pHi (v. fig. 28-12F). Como ya se ha visto, los aumentos Por definición, la extracción de ácido (p. ej., el cotransporte de Na/ del pHi generalmente inhiben los sistemas de extracción de ácido. HCO3) es igual a la carga ácida (p. ej., intercambio de Cl-HCO3) Por tanto, la respuesta a las cargas alcalinas (igual que la respuesta en estado de equilibrio. La alteración de este equilibrio desplaza a las cargas ácidas) incluye bucles de retroalimentación duales que el pHi. Por ejemplo, la acidosis metabólica extracelular inhibe la actúan de manera concertada, estimulando la carga ácida e inhi- extracción de ácido y estimula la carga ácida, lo que reduce el biendo la extracción de ácido. Durante la recuperación del pHi tras pHi en estado de equilibrio. Esta acidosis intracelular no es ins- una carga alcalina aguda, el intercambio de Cl-HCO3 no solo debe tantánea, sino que aparece en uno o dos minutos. Por el contrario, neutralizar el álcali que se había inyectado previamente en la célula la alcalosis metabólica extracelular da lugar a un aumento lento 646 SECCIÓN V Sistema respiratorio Figura 28-13 Respuesta de una célula a la acidosis respiratoria extracelular. del pHi en estado de equilibrio. En general, un cambio del pH e de NHE1, y de otros sistemas de extracción de ácido, y anula la desplaza el pHi en la misma dirección, aunque ∆pHi habitualmente estimulación del intercambio de Cl-HCO3 y de otros sistemas de es de tan solo el 20-60% de ∆pHe. En otras palabras, una acidosis carga ácida. Así, el pH intracelular se recupera en paralelo al pH metabólica extracelular produce una transferencia neta de ácido extracelular, aunque solo en un 20-60% de la magnitud en la que desde el espacio extracelular al intracelular, y una alcalosis meta- lo hace el pHe (v. fig. 28-13B, etapa C de la imagen inferior). La bólica extracelular tiene el efecto contrario. Por tanto, las células recuperación del pHi representa una compensación metabólica participan en la amortiguación de las cargas ácidas y alcalinas en intracelular de la acidosis respiratoria intracelular. el espacio extracelular. No todos los tipos celulares tienen el mismo pH i en reposo. La acidosis respiratoria extracelular en general afecta al pHi Además, tipos celulares diferentes muchas veces tienen dotacio- en tres fases. Primero, el aumento de la [CO2]Dis extracelular crea nes muy diferentes de transportadores ácido-base y formas muy un gradiente hacia dentro de CO2. Este gas disuelto entra rápi- diferentes de regular estos transportadores. No obstante, el ejemplo damente en la célula (fig. 28-13A) y produce HCO−3 y H+. Esta de la figura 28-13 ilustra que el destino del pHi está estrechamente acidosis respiratoria intracelular se manifiesta como una dis- relacionado con el del líquido intersticial y, por tanto, con el del minución rápida del pH i (v. fig. 28-13B, etapa A en la imagen plasma sanguíneo. Durante los trastornos ácido-base respiratorios inferior). La anhidrasa carbónica N18-3 acelera mucho la los pulmones generan la agresión, y prácticamente todas las demás formación de HCO−3 a y H+ a partir de CO2, por lo que la dis- células del cuerpo deben defenderse contra ella. En el caso de minución del pH i puede completarse en tan solo unos los trastornos ácido-base metabólicos, sin embargo, algunas células segundos. pueden generar la agresión, mientras que otras intentan defenderse La célula se recupera de esta carga ácida, pero tan solo débil- de ella. Desde una perspectiva teleológica se puede imaginar que mente (v. fig. 28-13B, etapa B en la imagen inferior) porque la dis- el motivo principal por el que el cuerpo regula el pH del plasma minución del pHe inhibe la extracción de ácido y estimula la carga sanguíneo y de los líquidos extracelulares es permitir que las células ácida. Durante un período de minutos el pHi puede recuperarse regulen adecuadamente su pHi. El motivo principal por el que la solo de forma parcial, si es que se llega a recuperar. evaluación clínica de los parámetros ácido-base de la sangre puede Por último, la acidosis respiratoria extracelular estimula a los ser útil es que estos parámetros tienden a ser paralelos al estado riñones para que activen los transportadores de ácido-base y de esta ácido-base celular. forma estimula la secreción urinaria de ácido (v. pág. 823). El efecto neto, durante un período de horas o días, es una compensación metabólica extracelular que hace que aumente gradualmente el BIBLIOGRAFÍA pHe (v. fig. 28-13B, etapa C en la imagen superior). A medida que aumenta el pHe, alivia gradualmente la inhibición de NBCn1 y La lista de referencias está disponible en www.StudentConsult.com.