UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

FACULTAD DE CIENCIAS VETERINARIAS

CÁTEDRA DE FISIOLOGÍA

FISIOPATOLOGÍA DE LOS TRASTORNOS ÁCIDO-

BÁSICOS

Profesores: Jesús A. Rojas U.(MV, MSc, PhD)Héctor A. Zerpa

G.(MV, MSc, PhD)

Octubre-noviembre de 2014

1

INTRODUCCIÓN

El mantenimiento del pH sanguíneo garantiza la

homeostasis orgánica. Desde hace años, ha habido

un creciente interés en el estudio del balance

ácido/básico, con el objetivo de integrar los factores

que originan los eventuales trastornos y los

mecanismos compensatorios que se desarrollan.

2

OBJETIVO

DESCRIBIR LOS MECANISMOS FISIOLÓGICOS

QUE PERMITEN EXPLICAR LAS ALTERACIONES ÁCIDO-

BÁSICAS MÁS COMUNES.

3

CONTENIDO• Principios biofísicos y bioquímicos de la regulación

ácido-básica.

• Definiciones y aspectos básicos.

• Homeostasis ácido/básica.

• Sistemas amortiguadores.

• Definición y clasificación de las alteraciones ácido-básicas.

4

PRINCIPIOS BIOFÍSICOS

Y BIOQUÍMICOS QUE

RIGEN LA REGULACIÓN

ÁCIDO-BÁSICA5

ASPECTOS IMPORTANTES EN LA HOMEOSTASIS

• Control de la oxigenación.

• Control de la presión arterial.

• Control del equilibrio hidro-electrolítico.

• Control del balance ácido-básico.6

BALANCE ÁCIDO-BÁSICO (IMPORTANCIA DE LOS IONES HIDRÓGENO)

La variación intracelular de los iones hidrógeno

[H+], altera el comportamiento celular,

modificando la carga proteica cambios de

estructura y función.

Ej., disminución de actividad de la

fosfofructoquinasa si el pH ↓ de 7,35 a 7,25.

7

DEFINICIONES Y

ASPECTOS

BÁSICOS 8

DEFINICIÓN DE ÁCIDO

Sustancia que cede o dona protones hidrogeniones (H+) cuando se disocia en un medio acuoso (la sangre en el caso nuestro y en el de los animales).

HA H+ + A-

(ácido) (protón) (base)

9

TIPOS DE ÁCIDOS

• Ácido fuerte: aquél que en disolución acuosa se disuelve total o casi totalmente. Ej. HCl, H2SO4

• Ácido débil: aquél que en disolución acuosa se disuelve poco. Ej., CH3COOH.

• Ácido volátil: ácido producido que puede ser eliminado por los

pulmones (CO2).

• Ácido fijo o titulable: ácido no volátil que debe ser excretado

por los riñones. La producción neta de ácido fijo es de aproximadamente 1 mEq/Kg/24 h.

10

ORIGEN DE LOS ÁCIDOS FIJOS

Los principales ácidos fijos provienen:

• Del metabolismo incompleto de precursores orgánicos

neutros a CO2 y H2O.

• Del catabolismo oxidativo de AA que contienen S,

como metionina y cisteína a H2SO4.

• De la hidrólisis de enlaces tipo fosfato de las proteínas

a H3PO4. 11

ORIGEN DE LOS ÁCIDOS FIJOS (CONT…)

Origen Metabólico

Producción diaria de H+ = 10.000a 15.000 mM/L, producto del metabolismo intermediario. Casi todo se elimina por vía

pulmonar y no se produce retención neta de ácido.

12

DEFINICIÓN DE BASEToda sustancia capaz de ceder OH- al medio

o de captar H+ del medio.

Ejemplos:

NaOH Na+ + OH-

NH3 + HOH NH4OH

En este caso, el amoníaco (NH3) no se disocia,

sino que capta un H+ del agua

13

Ca(OH)2 Ca++ + 2OH-SE DISOCIAN

El pHDefinición:

Se refiere al logaritmo negativo de la

concentración de iones hidrogeniones [H+]

presentes en una solución

Fórmula:

pH = log 1/[H+] ó -log [H+]

La [H+] se expresa en nM/L.

Los límites de pH compatibles con la vida oscilan entre

6,80 y 7,80, y su valor se representa por una escala

lineal.

El pH normal del LEC oscila entre 7,35 y 7,45, con un

promedio de 7,40 (40 x 10-9 M/L o 40 nM/L).

El pH (CONT…)

15

El pH (CONT…)

UN VALOR DE pH 7 SE CONSIDERA NEUTRO.

UN pH POR ENCIMA DE 7 ES ALCALINO.

UN pH POR DEBAJO DE 7 ES ÁCIDO.

16

El pH (CONT…)En resumen,

pequeños cambios en el pH, pueden reflejar grandes

cambios en las [H+]17

CONCEPTO DE ACIDOSIS Y ALCALOSIS EN GENERAL

Se habla de acidosis cuando, por un exceso en la[H+], el pH disminuye por debajo del rango normalestablecido para la especie.

Se habla de alcalosis cuando, por un exceso en la[OH-], el pH aumenta por encima del rango normalestablecido para la especie.

“

18

En condiciones fisiológicas, el equilibrio ácido-básico no se altera debido a que la mayoría de los compuestos orgánicos rinden CO2 y H2O. Si el metabolismo de un compuesto orgánico no procede completamente a CO2 y H2O, puede acumularse un exceso de H+ por:

1. Una vía metabólica que conduce a la producción de un ácido orgánico (ácido láctico).

2. Un ácido orgánico derivado de un proceso metabólico.

HOMEOSTASIS ÁCIDO-BÁSICA

19

HOMEOSTASIS ÁCIDO-BÁSICA (CONT…)

La homeostasis ácido-básica es el resultado de tres sistemas finamente integrados:

1. Amortiguadores químicos del

organismo.

2. El sistema respiratorio.

3. Los riñones. 20

SISTEMAS AMORTIGUADORES, TAMPONES O BUFFER

Definición:Son aquellas disoluciones cuya [H+] apenas varía al añadirácidos o bases fuertes, es decir, impiden las variacionesbruscas del pH y lo mantienen constante. Están constituidos pormezclas binarias de un ácido débil y una sal del mismo ácido obtenidaa partir de una base fuerte.

Ej., Una mezcla de CH3COOH y CH3COONa

CH3COOH CH3COO- + H+

(ácido acético) (ión acetato) (hidrogenión)

NaOH Na+ + OH-

CH3COO- + H+ + Na+ + OH- CH3COONa + HOH

acetato sódico agua (sal fuerte) 21

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS AMORTIGUADORES

I. EXTRACELULARES:

Ácido carbónico/bicarbonato (H2CO3/HCO3-).

Fosfato monosustituído/fosfato disustituído (H2PO4

/HPO4) Proteínas amortiguadoras. Amoníaco/sales amónicas. Ácidos orgánicos/sales alcalinas. Estructura cristalina del hueso.

II. INTRACELULARES:

Hemoglobina/oxihemoglobinato (1/3 de capacidad amortiguadora).

Proteínas amortiguadoras. 22

(ECUACIÓN DE HENDERSON)

Denominación genérica de ácido: HA

HA H+ + A-

KD [HA] = [H+] x [A-]

[H+] = K x [HA]

[A-]

23

[HA]

[H+] x KD =

Reaccionantes Productos

[A-]

LA ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBALCH

24

pH = pK + log [sa]/[ácido]

¿A QUÉ SE CONSIDERA UN BUEN “BUFFER” QUÍMICO?

25

¿POR QUÉ EL SISTEMA BICARBONATO/ÁCIDO

CARBÓNICO ES UN MAL AMORTIGUADOR QUÍMICO,

PERO UN BUEN AMORTIGUADOR FISIOLÓGICO?

26

1. SISTEMA BICARBONATO/ÁCIDO CARBÓNICO (HCO-

3/H2CO3)

pH = 6,1 + log [HCO3-]

[H2CO3]

[H+] = K [H2CO3] [HCO-

3]

El sistema HCO3-/H2CO3 es un sistema abierto.

Las [H2CO3] y las [HCO3-] pueden ser reguladas

independientemente: el H2CO3 es regulado por el sistema respiratorio; el HCO3

-, por los riñones.

AMORTIGUADORES EXTRACELULARES

27

AMORTIGUADORES EXTRACELULARES(CONT...)

2. Sistema fosfato monosubstituido/fosfato disubstituido

El sistema fosfato potencialmente tiene tres pKs:

a. El sistema H2PO- tiene un pK de 2

H3PO4

b. El sistema HPO42- tiene un pK de 6,8

H2PO4-

(MÁS IMPORTANTE FISIOLÓGICAMENTE)

A pH 7,4, habrá 4 moléculas de HPO42- por cada

molécula de H2PO4-(4/1)

c. El sistema PO43- tiene un pK de 11,8

HPO42-

28

AMORTIGUACIÓN DEL CO2

El lugar principal para amortiguar el CO2 es el glóbulo rojo (GR) y su amortiguadorprincipal es la hemoglobina (Hb-), debido a que los GRs son muy permeables alCO2, y por la presencia de la anhidrasa carbónica (AC).

AC CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 H+ + HCO3-

H+ + Hb- HHb eritrocito

El HCO3- difunde fuera del GR y

se intercambia con Cl-

HCO3

-

29

REABSORCIÓN DEL BICARBONATO EN LA CÉLULA TUBULAR PROXIMAL RENAL

fluido peritubular célula tubular proximal lúmen tubular

Na2HCO3

Na+ + NaHCO3

Na+

Na+ NaHCO3

H+

NaH2CO3

HCO3

- + H+

HCO3- H2CO3

H+ + OH- + CO2 CO2 + H2O + Na+

ATP

AC

ATP

AC

+

H2CO3

AC

CO2 + H++ OH-

Na+

Na+

ATP

REGENERACIÓN DEL BICARBONATO POR LA CÉLULA TUBULAR DISTAL RENAL

peritúbulo célula tubular distal lúmen tubular

Na2HPO4

Na+ + NaHPO4

HCO3- + H+

NaH2PO4 HCO3

-

ATP

31

H+ H+ + NaHPO4

NH3

EL AMONÍACO COMO AMORTIGUADOR

sangre venosa células tubulares lúmen tubular vía peritúbulo distales y proximales (orina)

Glutamina pH = 4,5

Glutamato +

NH3

Glutamato HCO3- + H+ H+

H2CO3

HCO3-

CO2 + H+ + OH-

AC

ATP

+

32

NH4+ + Cl- NH4Cl

NH4+

¿POR QUÉ LA ORINA NO SE HACE EXCESIVAMENTE ÁCIDA?

Porque en la luz tubular, el H+ se combina

de tres maneras:

1. HPO-4 + H+ H2PO4 + Na+ NaH2PO4

2. NH3 + H+ NH4+

+ Cl- NH4Cl

3. HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O

DEFINICIONES DE LAS ALTERACIONES ÁCIDO-BÁSICAS DESDE EL PUNTO DE VISTA CLÍNICO

Acidosis: pH arterial por debajo del rango inferior parala especie. Alcalosis: pH arterial por encima del rango superiorpara le especie.

La acidosis y la alcalosis pueden dividirse en desórdenes

primarios, denominados respiratorios o metabólicos.

Un desorden respiratorio se caracteriza por una

alteración primaria de la PCO2 arterial.

Un desorden metabólico se caracteriza por una

alteración primaria en la [HCO3-] arterial.

34

EVENTOS QUE ACONTECEN EN EL ORGANISMO

Aquellos que tienden a oponerse al ↑ o ↓ en

el pH. A este tipo de eventos se les

denomina COMPENSACIÓN y tienen las

dimensiones de tiempo y alcance.

La compensación debe ser vista como

un evento secundario, en respuesta a

una alteración ácido-básica primaria. 35

CLASIFICACIÓN DE LOS DESÓRDENES ÁCIDO-BÁSICOS

EN FUNCIÓN DEL EVENTO INICIAL Y LA EXTENSIÓN Y

MAGNITUD DE LA RESPUESTA COMPENSATORIA

36

1. Acidosis Respiratoria Aguda: compensada por amortiguadores celulares.

2. Acidosis Respiratoria Crónica: compensada por la excreción renal de H+.

3. Acidosis Metabólica: compensada por amortiguadores y por respuesta ventilatoria.

ACIDOSIS

37

1. Alcalosis Respiratoria Aguda: se compensa mediante amortiguadores celulares.

2. Alcalosis Respiratoria Crónica: se compensa mediante la excreción renal de HCO3

-

3. Alcalosis Metabólica: se compensa por medio de amortiguadores y por respuesta ventilatoria.

ALCALOSIS

38

Si nos fijamos bien, se ha hecho una

distinción entre desórdenes respiratorios

agudos y crónicos, pero no entre alteraciones

metabólicas.

Los trastornos metabólicos no se dividen en

agudos o crónicos, porque las respuestas de

los amortiguadores y del sistema respiratorio

son muy rápidas.

ALTERACIONES ÁCIDO-BÁSICAS

39

ACIDOSIS RESPIRATORIA EN GENERAL

Definición: aumento primario de la PCO2 sanguínea =HIPERCAPNIA PRIMARIA.

Causas más comunes:• Enfermedad pulmonar primaria.• Depresión del SNC.• Edema pulmonar agudo.• Enfermedades neuromusculares u óseas del tórax.

40

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ACIDOSIS RESPIRATORIA

Caracterizada por:

• Elevación de la PCO2 • Incremento de la [H+].• Disminución del pH.• Aumento compensatorio del [HCO3

-].

El CO2 retenido → ↓ pH arterial (pHa)

El cuadro clínico y las respuestas compensatoriasdistinguen entre acidosis respiratoria aguda y crónica.

41

COMPENSACIÓN DE LA ACIDOSIS RESPIRATORIA EN GENERAL

A nivel renal:

↑ Excreción de H+ → ↑ reabsorción HCO3- (compensación)

↑ Acidez titulable ↑ Excreción NH4

+

Cl-

En eritrocitos:

En otras células:

HCO3

-

K+

H+ H+

K+ K+

HCO3

-

HCO3

-

Cl-

42

ACIDOSIS RESPIRATORIA AGUDA

• Se produce hipercapnia aguda: los amortiguadores intracelulares proveen >95% de la respuesta compensadora. Pobre respuesta de los extracelulares (H2CO3/HCO3

-).

• El CO2 retenido → ↑ H2CO3 ↔ ↑H+

• El H+ penetra en las células y se intercambia por Na+ o K+.

• El H+ es amortiguado por Hb- y el HCO3- abandona al GR y se intercambia

con Cl-

• El HCO3- que se queda en el LEC → ↑ HCO3

- y provee parte de la respuesta compensatoria.

• El CO2 difunde rápido al interior del GR, formándose H2CO3 mediado por AC.

• El H2CO3 se disocia en H+ + HCO3-

43

ACIDOSIS RESPIRATORIA CRÓNICA

• Si la hipercapnia se prolonga, se agotan los amortiguadores celulares y la compensación dependerá de los riñones.

• En las primeras 24 h de la hipercapnia, hay un pequeño pero rápido ↑ en [HCO3

-] sin aumento en la secreción renal de H+. Esto constituye la respuesta de los amortiguadores.

• La [HCO3-] se ↑ progresivamente los 3-4 días subsiguientes, hasta alcanzar

un nuevo estado estable.

• Este ↑ secundario en [HCO3-] es producto del aumento en secreción de

H+ en forma de NH4Cl.

• El ↑ secreción [H+] por los riñones se facilita por la ↑ PCO2 arterial.

• A pesar de todo esto, la compensación del pH es incompleta.

• La compensación produce un ↑ mucho > en la [HCO3-] que en la

acidosis aguda.

44

ALCALOSIS RESPIRATORIA AGUDA

Es el resultado de la ↓ primaria de la PCO2 en sangre (hipocapnia primaria). Se produce una ↓ [H+] → ↑pH

CAUSAS:1.Hiperventilación:

Hipoxemia (anemia intensa) Estrés. Dolor.

2.Estimulación del Centro Respiratorio: Meningoencefalitis. Sepsis por Gram negativos.

La compensación de la alcalosis respiratoria aguda depende casitotalmente de los amortiguadores intracelulares:

45

Cl-

H+ HCO3

- K+

ALCALOSIS RESPIRATORIA CRÓNICA

La respuesta a la hipocapnia crónica es bifásica:

Una caída inicial rápida en la [HCO3-]

Una disminución definitiva de [HCO3-] que no es el resultado

neto de la excreción de [HCO3-], sino una clara disminución

en la excreción de H+ o de NH4+ o de la acidez titulable.

El H+ retenido disminuye el HCO3-.

La retención de H+ explica la caída total del HCO3-, indicando

que se ha reestablecido la capacidad amortiguadora.46

1. Aumento en la producción de ácidos.

2. Disminución en la excreción de ácidos.

3. Incremento en la pérdida de bases.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LA ACIDOSIS METABÓLICA

47

1. Aumento de cuerpos cetónicos como en la diabetes.

2. Aumento del ácido láctico como en el shock hemorrágico.

3. Diarreas.

4. Acidosis tubular renal.

EJEMPLOS DE ACIDOSIS METABÓLICA

48

La clasificación de la acidosis metabólica (AM), se basa en el patrón de electrólitos séricos, y se divide en:

a. AM hiperclorémica con brecha aniónica normal.

b. AM normoclorémica con brecha aniónica elevada.

CLASIFICACIÓN CLÍNICA DE LA ACIDOSIS METABÓLICA

49

PERO ¿QUÉ ES LA BRECHA ANIÓNICA?

La brecha aniónica (BA) se refiere a la diferencia entre los aniones no medidos

(ANM-) y los cationes no medidos (CNM+) en el suero. De acuerdo a la Ley de

la Electro-neutralidad:

([Na+] + [K+] + [CNM+]) – ([Cl]- + [HCO3-] + [ANM-]) = 0

Cuando se aplica clínicamente,

BA = (Na+ + K+) – (Cl- + HCO3-) = (ANM- - CNM+)

BA = (144 + 4) – (102 + 26) = 148 – 128 = 20 mEq/L

La BA normal oscila entre 17 y 20 mEq/L

ANM-: HPO2-, SO2-, proteínas, ácidos orgánicos

CNM-: Ca2+, Mg2+ (muy baja concentración). 50

ACIDOSIS METABÓLICA HIPERCLORÉMICA CON BRECHA ANIÓNICA NORMAL

En esta acidosis, el HCO3- se va consumiendo

para amortiguar el exceso de ácido y el Cl-

aumenta para mantener la electro-neutralidad.

En esta situación, la diferencia entre ANM- y

CNM+ será la misma y, en consecuencia, la

BA se mantendrá. Ej., nefritis intersticial.

51

MECANISMO DE PRODUCCIÓN DE ACIDOSIS METABÓLICA EN LA NEFRITIS INTERSTICIAL

Disminuye la producción de NH3, desencadenando una serie de eventos:

• Cuando se utiliza todo el NH3 disponible para amortiguar al H+ segregado, el pH urinario cae a sus máximos niveles y limita la secreción adicional de H+.

• Si cesa la secreción de H+ antes de que todo el Na+ se haya reabsorbido como NaHCO3, se pierde esta sal en la orina.

• La pérdida de NaHCO3 en orina, producirá una caída del HCO3-

y Na+ séricos y habrá retención de H+ 52

MECANISMO DE PRODUCCIÓN DE ACIDOSIS METABÓLICA EN LA NEFRITIS INTERSTICIAL

(CONT…)

• La pérdida del Na+ en la orina conducirá a una contracción del LEC que estimula al complejo renina-aldosterona.

• La aldosterona actúa para retener el Na+ en forma de NaCl, aumentando la [Cl-].

• El Na+ también se intercambiará con el K+ bajo influencia de la aldosterona.

• El resultado será una ACIDOSIS METABÓLICA HIPERCLORÉMICA CON BA NORMAL. 53

ACIDOSIS METABÓLICA NORMOCLORÉMICA CON BRECHA

ANIÓNICA ELEVADA

En este caso, el HCO3

- se reemplaza por ANM-,

y la diferencia entre ANM- y

CNM+ se incrementa, es decir, la BA aumentará,

mientras que el Cl- permanecerá invariable. Ejs.,

cetoacidosis diabética, acidosis láctica.

54

MECANISMO DE PRODUCCIÓN DE LA CETOACIDOSIS DIABÉTICA

La cetoacidosis diabética se origina por un aumento en la producción deácidos orgánicos.

Deficiencia de insulina↓

↑movilización [AGL] del tejido adiposo↓

Los AGL se convierten en cuerpos cetónicos (CC) en hígado↓

Al pH sanguíneo, los CC están altamente ionizados↓

Su tasa de producción es muy elevada (7 mM/min)↓

La capacidad amortiguadora del LEC y riñón está sobrepasada↓

ACIDOSIS NORMOCLORÉMICA CON BA AUMENTADA + HIPERKALEMIA

55

ALCALOSIS METABÓLICA

Se produce alcalosis metabólica por aumento de la [HCO3-]s debido a:

• Ganancia directa de HCO3- como en la ingestión de NaHCO3 para el

alivio de la acidez gástrica.

• Pérdida de H+ que se observa con frecuencia en las obstrucciones

pilóricas.

En el proceso de secreción de HCl por las células del estómago, el HCO3- pasa

desde las células hacia la luz del órgano. En el caso de la obstrucción pilórica,

como se ha perdido líquido segregado debido al vómito, se produce una

ganancia neta de HCO3-

56

CONCLUSIÓN

LA INTERPRETACIÓN DE LOS TRASTORNOS ÁCIDO-BÁSICOS REQUIERE DE LA INTEGRACIÓN

CLÍNICA, BASADA EN LA MEDICIÓN CONJUNTA DE GASES SANGUÍNEOS Y

ELECTRÓLITOS.

57