Bioquímica - Tema 4 - Ácidos y Alcalinidad PDF

BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. TEMA 4 ACIDÉZ Y ALCALINIDAD DEFINICIÓN DE ACIDOS Y BASES Se puede definir como ácido a toda sustancia capaz de donar protones e iones H* a una base, y base será...

BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. TEMA 4 ACIDÉZ Y ALCALINIDAD DEFINICIÓN DE ACIDOS Y BASES Se puede definir como ácido a toda sustancia capaz de donar protones e iones H* a una base, y base será toda aquella sustancia capaz de aceptar esos protones. Cuando un ácido libera un protón se convierte en una base conjugada, y a la inversa, cuando una base acepta un protón sc convierte en un ácido conjugado. Existen varias teorías sobre ácidos y bases, entre ellas la teoría propuesta por: Svante Arrhenius.- Denomina ácidos, a las sustancias que al disociarse dan lugar a protones libres (H*) (por ejemplo el HCI), bases las que al disociarse originan iones hidroxilo (OH”) y sales neutras a los compuestos que originan iones distintos al ión hidrógeno y al ión hidroxilo (por ejemplo el Na Cl). y Brónsted y Lowry.- Propone que un ácido es toda sustancia que puede ceder protones base como toda sustancia capaz de aceptar protones. de electrones y Lewis.- Define a un ácido como toda sustancia que puede aceptar un par base como toda sustancia capaz de ceder un par de electrones. ELECTROLITOS.- Son sustancias que se disocian en iones cuando se disuelven en agua, son capaces de conducir la corriente eléctrica. Los electrolitos están presentes en Mg** y HCOy). Se pueden la sangre como ácidos, bases y sales (como Na*,K*, CI, Ca**, medir en el laboratorio clinico en suero. FUNCIONES DE LOS ELECTROLITOS: Y Sirven como minerales esenciales rtimentos del cuerpo. v Controlan el intercambio osmótico entre los distintos compa Y Ayudana mantener el equilibrio ácido — base del cuerpo Electrolito Funciones J Sodio Na* m Ayudaa la regulación de la hidratación, m Disminuye la pérdida de fluidos por la orina 27 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. m Participa en la transmisión de impulsos neuromusculares Cloruro Cr L) Necesario para araf mantencr ncl cl balance de agua cn la sangre y fluido intersticial Potasio K* ® ayuda en la función muscular m conducción de los impulsos nerviosos M acción enzimática m funcionamiento de la membrana celular y riñón m conducción del ritmo cardiaco m almacenamiento de glucógeno m yel equilibrio de hidratación Calcio Ca* m Contracción muscular m Coagulación de la sangre =. Liberación de hormonas y el control de la actividad de las enzimas M Permeabilidad de las paredes celulares. = Su deficiencia favorece los calambres " Un nivel mucho mayor de calcio causa alteraciones del ritmo cardiaco o alteraciones que pueden afectar a la actividad cerebral. Fosfato (PO4*) * Los fosfatos constituye parte esencial de los fosfolípidos y proteínas = Intervienen en el transporte de energía: ATP = Ayudanen laregulación acido básica son amortiguadores. ® Y en la composición de células óseas junto al calcio Magnesion (Mg?*5 ) " Comoel calcio! , necesario, para la funci=ón neuromuscular. " Activalas enzimas del cuerpo. ® Ayuda al mantenimiento de la osmolaridad intracelular = Interviene en el proceso de excitabilidad (nerviosa) su carencia provoca desorientación convulsiones y su €XCeso necrosis. Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. EQUILIBRIO ELECTROLÍTICO En la práctica clinica se producen con cierta frecuencia alteraciones del equilibrio 4cido- básico como consecuencia de un gran número de patologías. En la actualidad, el laboratorio dispone de analizadores de gases sunguineos totalmente automatizados y disponibles de forma permanente para detectar y monitorizar estos trastornos. Equilibrio de fluidos en los compartimentos de líquidos corporales, el agua corporal total, el volumen de sangre; espacio extracelular; espacio intracelular, mantenido por procesos en el cuerpo que regulan la ingesta y la excreción de agua y electrolitos, especialmente sodio y potasio.. ¿Cómo se mantiene el equilibrio electrolítico? Los riñones ayudan a mantener las concentraciones de electrólitos filtrándolos, junto con agua, desde la sangre, devolviendo algunos al torrente sanguíneo y climinando los excedentes en la orina. Así, los riñones contribuyen a mantener un equilibrio entre la ingesta diaria y la eliminación de electrólitos y agua. SISTEMAS AMORTIGUADORES FISIOLÓGICOS EN EL CUERPO HUMANO Y EN EL SISTEMA ESTOMATOGNÁTICO Disoluciones reguladoras. Los valores del pH en el organismo se mueven en torno a valores constantes, 7.4 en el medio extracelular. Por debajo de 7.0 o por encima de 7.8 puede sobrevenir la muerte del individuo, razón por el cual, el mantenimiento de la homeostasis ácido — base fisiológica es fundamental. Para lograr esta constancia de pH, el cuerpo humano hace uso de tres diferentes estrategias. Y Amortiguadores fisiológicos (disoluciones reguladoras) Y Ventilación pulmonar Y Filtración renal Fundamento de las disoluciones reguladoras.- Podemos definir disolución reguladora, disolución amortiguadora, tampón o “buffer”, como disoluciones formadas: v Por un ácido débil y la sal de su base conjugada; por Ej., ácido acético/acetato sódico. Y Por una base débil y la sal de su ácido conjugado; por Ej., amoníaco/cloruro amónico. 29 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. En cualquiera de los casos, se trata de disoluciones que admiten la adición de ácido o base, sin que se modifique el pH de la disolución. Así pues, sc puede definir la capacidad amortiguadora de una disolución reguladora, como la cantidad de ácido o base que puede neutralizar dicha solución. La adición de ácido desplazaría el equilibrio hacia la izquierda, mientras que la adición de base lo haría hacia la derecha, al consumirse los iones hidrógeno. En ambos casos al final del proceso, la concentración de iones hidrógeno libres tenderáa ser igual a la inicial. Solución Buffer.- Son aquellas soluciones que amortiguan los cambios bruscos del pH. Constituidos por ácidos y bases débiles, pero con una de sus sales, que tiene la propiedad de mantener un pH aún en presencia de ácidos (H*) o bases (OH). Un amortiguador acido-basico es una solución de dos o más compuestos quimicos, que evita la producción de cambios intensos en la concentración de iones hidrógeno cuando a dicha solución se le añade un ácido o una base. Un buen ejemplo de estos sistemas es el formado por el ácido carbónico y el bicarbonato sódico cuando ambos se encuentran en una misma solución. En primer lugar, conviene recordar que el ácido carbónico es un ácido muy débil y que cuando se encuentra en una solución, aproximadamente 999 partes de cada 1.000 se disocian en dióxido de carbono y agua, con el resultado final de una elevada concentración de dióxido de carbono disuelto más una pequeña concentración de ácido. REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE Cuando a una solución que contiene bicarbonato sódico se le añade un ácido como el ácido clorhídrico, ocurre la siguiente reacción: HCI + NaHCO; H:CO3 +NaGh- Puede observarse cómo un ácido fuerte el clorhídrico es convertido en otro muy débil el carbónico, por lo que la adición de ese ácido fuerte sólo baja ligeramente el pH de la olución. € la misma forma, si agregamos una base fuerte, como el hidróxido sódico, a una olución que contiene ácido carbónico, tendrá lugar la siguiente reacción: NaOH +H:CO3 ———» NaHCO; + H,0 30 Scanned with ACE Scanner  Dra. Carmen Encinas Barrientos. BIOQUÍMICA o del Donde observamos que el ion del hidróxido sódico se combina con el ion hidrógen ácido carbónico para producir agua, formando, además, bicarbonato sódico. El resultado neto del sistema tampón es la transformación de la base fuerte (NaOH) por la base débil (NaHCOs3). Aunque para ilustrar el funcionamiento del sistema tampón hemos utilizado el ácido carbónico y el bicarbonato sódico, cualquier sal de bicarbonato, aparte del sódico, puede desarrollar exactamente la misma función. Por tanto, las pequeñas cantidades de bicarbonato potásico, bicarbonato cálcico y bicarbonato magnésico que existen en los líquidos extracelulares son igualmente eficaces para el sistema tampón del bicarbonato. En el líquido intracelular existe muy poco bicarbonato sódico, y el ion bicarbonato es proporcionado por el bicarbonato potásico y magnésico. Para estudiar el equilibrio ácido-básico de un paciente debemos medir por lo menos dos de estos tres parámetros: pH, pCO2 y HCO3, obteniéndose el restante mediante un cálculo matemático (actualmente los analizadores de gases miden pH y pCO y calculan HCO'). El CO y, consiguientemente el ácido carbónico, cuya concentración es controlada por los pulmones, se denominan de forma genérica componente respiratorio, en tanto que el bicarbonato, que es registrado por los riñones, recibe el nombre genérico de componente metabólico o renal. Entre los amortiguadores de pH del medio interno se consideran: 1° Amortiguador Fosfato.- Puede encontrarse en forma libre (sal inorgánica) o asociado con otras moléculas orgánicas (lípidos, azúcares, etc.). 2° Amortiguador Bicarbonato.- El anión bicarbonato se encuentra en equilibrio con el ácido carbónico, manteniendo un equilibrio con el CO> disuelto, que puede volatilizarse. La concentración de CO> y, por ende, la de H,CO3 pueden ser reguladas a través de la ventilación pulmonar (cuanto menor sea la eliminación de anhídrido carbónico, más aumentará la concentración de ácido. Así mismo, la concentración de bicarbonato puede ser regulada por su eliminación renal. El sistema carbónico / bicarbonato es el principal amortiguador extracelular en la sangre como en los líquidos intersticiales. Ello permite que el pH de la sangre arterial sea de 7.40 y el de la sangre venosa 7.35 (esta presenta mayor concentración de anhídrido carbónico). 31 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. 3 Proteinas.- Constituyen un sistema regulador del pH sanguíneo junto a los aminoácidos. El poder amortiguador de las proteínas se basa en su composición aminoacídica. La a verdadera importancia la adquieren en el interior celular. Son buenos amortiguadores diferentes valores de pH 4° Hemoglobina.- Dentro del grupo de las proteinas, se destaca la hemoglobina por su importancia en la respiración y su abundancia en la sangre (eritrocitos). El sistema regulador es el constituido por las dos formas individuales reguladoras, hemoglobina y oxihemoglobinato/oxihemoglobina, el lugar de regulación del amortiguador hemoglobina es en el interior del eritrocito. 5 Sistema Fosfato y Bicarbonato en la saliva.- La saliva es capaz de neutralizar ácidos y amortiguar variaciones de pH gracias a los amortiguadores bicarbonato/ ácido carbónico y fosfato inorgánico. En la saliva estimulada aumentan las concentraciones de bicarbonato/ ácido carbónico y en saliva no estimulada se eleva las concentraciones de fosfatos inorgánicos. ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE ACIDOSIS.- Es la disminución del pH en el organismo, puede clasificarse en: acidosis metabólica y acidosis respiratoria. a) Acidosis Metabólica.- En la acidosis metabólica el riñón no elimina el exceso de iones hidrógeno y no recupera una cantidad suficiente de bicarbonato. Un nivel disminuido de bicarbonato en presencia de una pCO; normal produce una disminución de la relación entre el bicarbonato y el ácido carbónico (menos de 20:1), por lo que crea una reducción del pH. Causa de esta alteración: puede deberse a una excesiva combustión de grasas, motivada por enfermedades como la Diabetes Mellitus, hipertermia, la intoxicación ácida (por jemplo, el ácido acetilsalicilico o aspirina) y la acidosis láctica por sobrecarga muscular. Cataboli smo de las proteiinas, que conllevan a un aumen to de la producción de ácidos orgánicos como el ácido láctico, o los ácidos grasos. 32 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. la Estos ácidos liberan protones, que son los responsables de la disminución del pH en acidosis. Tratamiento: Tratamiento clínico con infusiones de bicarbonato. b) Acidosis Respiratoria.- La acidosis respiratoria se caracteriza por la incapacidad de los pulmones para climinar todo el CO; producido por el organismo, por lo que la pCO2 aumenta y la existencia de un nivel normal de bicarbonato produce una disminución en la relación bicarbonato / ácido carbónico. Causas de esta alteración: Insuficiencia en la ventilación pulmonar, hipoventilación, bronquitis crónica, intoxicación por barbitúricos, respiración asistida mal estimada y asfixia. La compensación en este caso, se producirá porque el riñón eliminará una mayor cantidad de H*, engendrando de este modo, un incremento del bicarbonato. Tratamiento: Aumento del volumen de ventilación o respiración pulmonar, utilizando cualquier aparato que facilite al enfermo la ventilación con respiración asistida. ALCALOSIS.- Se denomina alcalosis al aumento del pH en el medio interno, puede clasificarse en alcalosis metabólica o respiratoria. a) Alcalosis Metabólica.- La alcalosis metabólica se caracteriza por la presencia de bicarbonato en exceso y puede o de la producirse como consecuencia del agotamiento del ácido en el organismo o de bicarbonato ingestión de un exceso de base. En estas condiciones, un nivel aumentad bicarbonato / se asocia a una pCO2 normal y el resultado es un aumento en la relación ácido carbónico, lógicamente con la elevación del pH sistémico. la pérdida de HCI), Causas de este trastorno: Se mencionan, los vómitos continuos (con enada de el lavado gástrico, el exceso de medicación diurética y la ingestión desord sustancias alcalinas. el equilibrio entre bases y En todos estos casos el sistema reaccionará para restablecer tilación ácidos y normalizar el pH. El centro de control respiratorio inducirá una hipoven con retención de COz y, por tanto, de nuevo se compensa el aumento del bicarbonato con aumento de la pCO2. 33 Scanned with ACE Scanner  BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos, Tratamiento: Infusión al paciente de una disolución isotónica, ligeramente ácida, por ejemplo: HCI diluido, ácido láctico, etc. b) Alcalosis Respiratoria.- Por último, la alcalosis respiratoria sc producc por una climinacién excesiva de CO; a través de los pulmones. De nuevo, la reducción de la pCO2 con niveles normales de bicarbonato aumenta la relación entre bases y ácidos, por lo que se eleva el pH. Causas más frecuentes de cste trastorno: Sc produce por hiperventilación pulmonar, debidas a insuficiencia cardiaca, ficbre alta, estados de ansicdad, anoxia e intoxicación por ciertos fármacos. En este caso, la compensación la establecen los riñones, reduciendo la producción de bicarbonato. En términos generales, cuando el trastorno primario es metabólico (renal), la compensación es respiratoria y se produce inmediatamente. Por el contrario, cuando la alteración primaria es de origen respiratorio, la compensación es metabólica y los mecanismos renales que se ponen en marcha requieren varios días para llevar a cabo dicha compensación. Compensación: Aumentando la eliminación del anión bicarbonato en el riñón para disminuir el pH del medio interno. Tratamiento: Colocar una bolsa de plástico o papel que cubra las vías respiratorias externas (boca y fosas nasales) obligando al paciente a respirar aire rico en anhídrido carbónico. DISOLUCIONES QUÍMICAS Y SUS COMPONENTES Disolución.- Se define como una combinación homogénea de partícu las, moléculas e iones, en los que la fase dispersa tiene sus partículas con un diámetro inferior a 10 A. Una disolución es una mezcla homogénea formada por dos o más sustancias puras que no reaccionan químicamente entre sí. Una de estas sustancias es el disolvente y la otra (o las otras) es el soluto. La distinción entre soluto Y solven te es un poco arbitraria, pero por lo general se toma el soluto como el componente que está en menor cantidad y el solvente como el componente que está en mayor cantidad en la disolución. Las soluciones están constituidas por dos componentes: Soluto.- Es la sustancia que se disuelve y constituye la denominada fase disc o - ontinua de disolución y se encuentra en menor proporción que el solvente. 34 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. Disolvente o Solvente.- Es el medio en el que se disuelve el soluto, y constituye la fase continua. En general se denomina disolvente, al componente presente en mayor proporción. Por otra parte, una suspensión.- Se define como una mezcla heterogénea que puede ser separada fácilmente por filtración, donde el tamaño de las partículas es grande, razón por el cual puede sedimentar con facilidad. Por el contrario, una verdadera disolución no sedimenta. Pero sin embargo partículas pequeñas pueden pasar a través de todos los filtros corrientes, son invisibles al microscopio óptico, no sc depositan ni por periodos largos en reposo, sólo se logra que sedimenten tras ultra centrifugación. A estas pseudodisoluciones se las denomina dispersiones o disoluciones coloidales, y se los puede definir como sistemas heterogéneos, sin separación de fases. CLASIFICACIÓN DE LAS DISOLUCIONES Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, algunos autores clasifican las disoluciones en diluidas y concentradas, las concentradas se subdividen en saturadas y sobre saturadas. Disoluciones diluidas. Poco soluto en la misma cantidad de disolvente. Disoluciones concentradas. Abundante soluto en la misma cantidad de disolvente. se pueda Disoluciones saturadas. Logran el equilibrio entre soluto y disolvente, sin que presión. añadir más soluto, al menos en ciertas condiciones dadas de temperatura y del que tendría Disoluciones sobresaturadas. Son disoluciones que contienen más soluto atura de una la disolución saturada a cierta temperaturay presión. Si se aumenta la temper deja enfriar lentamente, se disolución saturada, es posible agregar más soluto, pero si se puede transformar en una disolución sobresaturada. Soluciones Porcentuales: etc. Llamada también soluciones “al tanto por ciento”, ejemplo 10%, 20%, 30%, expresada en Se definen como aquellas que tienen una cantidad conocida de soluto gramos, disueltos en 100 partes o ml de disolución. a) Soluciones Peso — Volumen PV Son las que tienen el soluto expresado en peso y el solvente en volumen 35 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos Ejemplo: Solución de NaCl al 8%, lo que significa que la solución tiene 8g. contenidos en 100 ml de solución. Para preparar esta solución se pesan 8 g. de NaCl y se añade el solvente (H20) en cantidad suficiente para hacer 100 ml. b) Soluciones Volumen — Volumen 174 Tiene el soluto expresado en volumen, en 100 partes de solución expresado en volumen. Ejemplo: Solución V/V de alcohol al 25%. Se mide el volumen de soluto y se añade el solvente en cantidad suficiente para hacer 100 ml. c) Soluciones Peso - Peso P/P Son las que tienen el soluto expresado en peso contenidos en 100 partes de solución, N expresado también en peso. Ejemplo: Solución P/P de glicerol al 30%. Existen 30 g. de glicerol y H2O en cantidad suficiente para hacer 100 g. 36 Scanned with ACE Scanner