REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE DESPUES DEL EJERCICIO MUSCULAR Y DE LA INGESTIÓN DE BICARBONATO DE SODIO

Objetivos

1. Al finalizar la práctica, el alumno constatará las actividades reguladoras del pulmón y el riñón para mantener el equilibrio ácido-base en condiciones que tienden a romperlo.
2. Mediante la determinación del pH observará la variación de la concentración de hidrogeniones en la orina de un individuo que ha realizado ejercicio muscular intenso.
3. Relacionará los resultados obtenidos con los cambios metabólicos originados por el ejercicio muscular intenso.

Material
Diez probetas o vasos de precipitado.
Orina.
Potenciómetro.
Piceta.

Método
Un alumno por equipo desayunará o comerá normalmente (evitar ingestión de jugos ácidos); después hará lo que se indica a continuación:

1. Tomar 250 ml de agua una hora antes de la clase práctica. Vaciar la vejiga y descartar esa orina.
2. Tomar 250 ml de agua inmediatamente antes de la clase práctica.
3. Orinar en un vaso de precipitado de 100 ml. Anotar el volumen de la muestra.
4. Ingerir 250 ml de agua.
5. Realizar ejercicio muscular intenso, como subir y bajar varias veces las escaleras de tres o cuatro pisos u otro ejercicio sugerido por el profesor.
6. Obtener muestras de orina cada 15 minutos, como en el inciso 3, hasta completar por lo menos cinco muestras.
7. A cada muestra se le determinará el pH inmediatamente después de haber sido obtenida ya que con el tiempo el pH tiende a aumentar debido a la pérdida de dióxido de carbono y a que el crecimiento bacteriano produce amoniaco a partir de la urea.
Análisis de resultados

Segunda parte

Objetivos

1. El alumno constatará el papel del riñón en el mantenimiento del equilibrio ácido-base en una situación de alcalosis metabólica provocada por la ingestión de bicarbonato de sodio.
2. Mediante la medición del pH, observar la variación de la concentración de hidrogeniones en la orina de un individuo que ha ingerido una carga de bicarbonato de sodio.

Material
Orina.
Solución de bicarbonato de sodio a 3%.
Potenciómetro.

Método
1. Tomar 250 ml de agua una hora antes de la clase práctica. Vaciar la vejiga y descartar esa orina.

2. Tomar 250 ml de agua inmediatamente antes de la clase práctica.
3. Orinar en una probeta de 100 ml. Anotar el volumen de la muestra.
4. Ingerir 250 ml de agua con 7.5 g de bicarbonato de sodio.
5. Obtener muestras de orina cada 15 minutos, hasta completar por lo menos 5 muestras.
6. A cada muestra se le determinará el pH inmediatamente después de haber sido obtenida.



EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE: LA REGULACIÓN DEL PH

Todas los procesos fisiológicos que tienen lugar en nuestro organismo, incluyendo la contractilidad muscular, las reacciones metabólicas, la conformación de las proteínas y el funcionamiento del SNC, entre otros, están profundamente influidos por el pH de nuestro medio interno. Por esta razón las variaciones del equilibrio ácido-base (que determinan el pH) deben estar finamente reguladas. El mantenimiento del pH dentro de límites estrechos, es de vital importancia para los seres vivos. Desarrollaremos a continuación conceptos bioquímicos que nos permitan comprender el concepto de pH y los diferentes sistemas del organismo que se encargan de regularlo.

Ácidos y Bases

Definimos ácido como una sustancia que, en solución, desprende protones (H+), mientras que una base es una sustancia que, en solución, desprende iones oxhidrilo (OH-) o capta protones. Cuando un ácido libera un protón se convierte en una base conjugada, y a la inversa, cuando una base acepta un protón se convierte en un ácido conjugado. Si las cantidades de H+ y OH- son idénticas la solución resulta neutra. Si la concentración de H+ excede la concentración de OH-, la solución resultara ácida. Por el contrario si la concentración de OH- excede la concentración de H+, la solución resultara básica o alcalina.

La escala de pH se extiende desde 0 a 14 en solución acuosa. Las soluciones con pH menor a 7 son consideradas ácidas; las que poseen un pH mayor a 7 son básicas o alcalinas; finalmente un pH de valor 7 indica la neutralidad de la solución.
Debido a que el principal disolvente que encontramos en nuestro organismo es el agua, podemos establecer las siguientes relaciones entre concentraciones de protones y oxhidrilos.

En disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. Pero, siendo más precisos, el pH al cual la disolución es neutra estará relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se trabaje. Al ser nuestro plasma sanguíneo una solución que presenta algunas características que lo diferencian del agua, su valor de neutralidad se fija en 7,40± 0,02 para la sangre arterial (el pH de la sangre venosa es levemente menor, pero en la práctica médica su valor no es tomado en cuenta). En otras palabras designaremos neutro a nuestro pH cuando este se encuentre entre 7,38 y 7,42, siendo básico cualquier valor que lo supere este rango (llevando a un estado llamado alcalosis) y ácido cualquier valor que este por debajo de 7,38 (implicando una acidosis). Todos los mecanismos que regulan el pH en el hombre, se encargan de mantener su valor dentro de este estrecho margen de neutralidad.

Regulación del pH


Existen tres sistemas de regulación de pH o del Equilibrio Ácido-Base

1) Sistemas Buffer de los Líquidos Corporales, de respuesta inmediata.
2) Riñón, excretando excedentes por orina
3) El sistema respiratorio, eliminando o reteniendo CO2

SISTEMAS BUFFER DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES

Los denominados sistemas tampón o buffer representan la primera línea de defensa que posee nuestro organismo ante los cambios desfavorables en el pH. Esto se debe a su capacidad de aceptar o ceder protones de manera tal de compensar los desequilibrios de nuestro medio interno, manteniendo los valores de pH dentro de un rango estricto.
Las soluciones buffer están constituidas por un ácido débil y su base conjugada. Ahora bien, que es un ácido débil? Si AH es un ácido débil significa que la unión AH no es vencida fácilmente por la interacción de las especies químicas A- y H+ con el agua. Por lo tanto AH se disociará parcialmente. En este caso A- es la base conjugada del ácido AH ya que posee la capacidad de aceptar protones para convertirse en AH.

Bicarbonato

El sistema Ácido Carbónico-Bicarbonato es el buffer más importante de nuestro organismo. Existen múltiples características que hacen de este sistema un regulador de pH el más eficaz en el hombre. En primer lugar se trata de un sistema que está presente en todos los medios tanto intracelulares como extracelulares. A primera vista su pKa parecería corresponder a un buffer poco útil para nuestro organismo ya que su valor es de 6,10. Sin embargo este hecho se ve compensado por la posibilidad de regular independientemente las concentraciones tanto de la especie aceptora de protones como la dadora de protones. El H2CO3 está en equilibrio con el CO2.

De este modo la concentración de la especie aceptora de protones (H2CO3) va a estar regulada por un sistema de intercambio de solutos a nivel renal y la concentración de la especie dadora de protones (CO2) será regulada por un sistema de intercambio de gases a nivel pulmonar.
Si tomamos los valores de concentración para el CO2 y el H2CO3 y calculamos el valor del pH utilizando la ecuación de Henderson-Hasselbach obtendremos 7,40 como resultado, lo que implica que este buffer es ideal para mantener la homeostasis de nuestro pH.

REGULACIÓN RESPIRATORIA DEL PH

Nuestro sistema respiratorio se encarga de regular la presión parcial de dióxido de carbono (PCO2) arterial. El CO2 es barrido en los pulmones por la ventilación. La presión parcial de dióxido de carbono es proporcional a su concentración. Nuestros pulmones regulan indirectamente la concentración de ácido del organismo. Al ser la PCO2 de la sangre mayor que la alveolar, en condiciones normales se va a producir una difusión neta de CO2 hacia el interior del alveolo desde donde será eliminado.
La respuesta ventilatoria ante los cambios de pH es una respuesta rápida y está mediada por los quimiorreceptores de los cuerpos carotídeos y aórticos y del centro respiratorio bulbar. Dichos receptores son sensibles a los cambios de la concentración de protones del líquido extracelular y a los cambios en la PCO2, de manera que ante un descenso del pH (o el ascenso de la PCO2), el aumento en la concentración de H+ estimula a los quimiorreceptores provocando una hiperventilación, aumentando de este modo la eliminación de CO2, y disminuyendo por tanto la PCO2 arterial. Por el contrario, si el pH se eleva el descenso de la concentración de protones inhibe los quimiorreceptores provocando un descenso rápido de la ventilación, una reducción de la eliminación de CO2, y por tanto una elevación de la P CO2 arterial.
La capacidad del sistema respiratorio como sistema buffer es 1 a 2 veces mayor que el del resto de los sistemas. La duplicación de la tasa ventilatoria (hiperventilación) implica un ascenso del pH en 0,25 unidades. Una disminución a la mitad de la tasa ventilatoria (hipoventilación) implica in descenso de 0,25 unidades de pH.

REGULACIÓN RENAL DEL PH

El sistema renal tiene una participación clave en la homeostasis del pH ya que por medio de tres mecanismos regula la concentración de HCO3-.

Regula el HCO3- recuperado o reabsorbido del filtrado glomerular. El bicarbonato es filtrado continuamente hacia la luz del túbulo renal de modo que en el filtrado glomerular intacto la concentración de bicarbonato es prácticamente igual a la del plasma, de ahí la importancia del proceso de reabsorción del mismo. A la concentración fisiológica de bicarbonato plasmático (24 mEq/l), prácticamente todo el bicarbonato filtrado va a ser reabsorbido. Este proceso tiene lugar fundamentalmente en el túbulo contorneado proximal (TCP) donde se reabsorbe un 85%. El resto es reabsorbido en el asa de Henle (10-15%) y en el túbulo contorneado distal (TCD) y colector.

Genera HCO3- nuevo que reemplaza al que se pierde amortiguando ácidos producidos por el organismo
Si a pesar del proceso de reabsorción la concentración de bicarbonato plasmático permanece por debajo del valor normal, en las células tubulares se va a sintetizar bicarbonato. Esto sucede fundamentalmente en el túbulo contorneado distal a partir del CO2 procedente de la sangre o del propio metabolismo de la célula tubular por acción de la anhidrasa carbónica. El H2CO3 así generado se disocia en bicarbonato que se reabsorbe hacia la sangre y un protón que es eliminado..

Secreta HCO3- en condiciones de alcalosis crónica. El sistema renal es lento en su ejecución como sistema amortiguador, requiriendo entre 10 y 20 horas para iniciar una actuación eficaz y 4-5 días para desarrollarse por completo. Es por eso que su accionar es muy eficaz en condiciones de desequilibrio crónico.

Alteraciones Acido-Base

Acidosis respiratoria: se caracteriza por la incapacidad de los pulmones para eliminar todo el CO2 producido por el organismo, por lo que la PCO2 aumenta. De este modo se produce una disminución en la relación bicarbonato / ác. carbónico. La causa primaria es la Hipoventilacion que puede deberse al uso de psicofármacos o a la existencia de enfermedades pulmonares por ejemplo. La Respuesta Compensatoria es llevada a cabo por el sistema renal que producirá un incremento de la concentración de HCO3-.


Alcalosis Respiratoria: se caracteriza por una eliminación excesiva de CO2 a través de los pulmones con una consecuente disminución de la PCO2. La causa primaria es la Hiperventilacion. Esta situación puede deberse a estados de ansiedad, fiebre alta, la exposición a grandes alturas o la intoxicación con ciertos fármacos, entre otras. La Respuesta Compensatoria también surge en los riñones, que se encargarán de disminuir la concentración de HCO3-.


Acidosis Metabólica: se caracteriza por la disminución en la concentración de HCO3- debido a una disfunción en su recuperación del filtrado. Un nivel disminuido de bicarbonato en presencia de una pCO2 normal produce unta disminución de la relación entro el bicarbonato y el ácido carbónico, por lo que ocasiona una reducción del pH por acumulación anormal de ácidos orgánicos. La Respuesta Compensatoria es llevada a cabo por los pulmones que tienden a compensar eliminando cantidades mayores de CO2, hiperventilando. También existe una pequeña respuesta compensatoria llevada a cabo por el propio riñón que disminuye la velocidad de filtrado glomerular.


Alcalosis Metabólica: se caracteriza por la presencia de bicarbonato en exceso. Esto puede deberse a una pérdida de líquidos (vómitos, diarrea, diuréticos) o la ingesta de un exceso de base, entre otros. La Respuesta Compensatoria surgirá en el sistema respiratorio. El centro de control respiratorio inducirá una hipoventilación y su consecuente retención de CO2. En este caso el sistema renal también genera su aporte compensatorio aumentanto el filtrado glomerular.

No debemos olvidar que, 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.

EJERCICIO

El ejercicio máximo, de corta duración produce grandes desbalances de pH por la gran producción de ácido láctico. Este proceso provoca valores de ph = 7 en sangre y pH = 6,4 en músculo (la concentración de acudo láctico es más elevada en músculo y además los sistemas buffer de la sangre son mas efectivos que los que encontramos en los miocitos).

La primera línea de defensa ante los cambios del pH está en la misma célula. Los sistemas buffer intracelulares las comunes como las proteínas (60%) y los grupos fosfato (10-20%). Las concentraciones de bicarbonato intracelular también son importantes (20-30%).

Parece razonable admitir que en descenso del pH puede ser un factor limitante del desarrollo del ejercicio de alta intensidad. El grado de acidosis con pH menor a 7.0 puede acarrear mareos, cefaleas y dolor en los grupos musculares. Puede el entrenamiento mejorar las capacidades buffer del organismo?

Entrenamientos muy intensos pueden capacitar a una persona a tolerar concentraciones mayores de ácido láctico y niveles menores de pH sanguíneo. Pero no se evidencia un mayor rendimiento de los sistemas buffer. La mayor resistencia puede estar relacionada con influencias motivacionales, ya que el hecho de enfrentarse constantemente durante los entrenamientos a descensos del pH importantes, puede modificar la aptitud del sujeto para resistir consecuencias adversas y tolerar el trabajo físico en esas condiciones.


Conclusión: el pulmón y el riñón mantienen actividades reguladoras para mantener el equilibrio acido-base en condiciones que tienden a romperlo; El sistema renal tiene una participación clave en la homeostasis del pH ya que por medio de tres mecanismos regula la concentración de HCO3-. ; Nuestro sistema respiratorio se encarga de regular la presión parcial de dióxido de carbono (PCO2) arterial. El ejercicio máximo, de corta duración produce grandes desbalances de pH por la gran producción de ácido láctico. Este proceso provoca valores de ph = 7 en sangre y pH = 6,4 en músculo
Alcalosis Metabólica se caracteriza por la presencia de bicarbonato en exceso.