REGULACIÓN DEL

BALANCE ÁCIDO-BÁSICO:

- FISIOLOGÍA DE ÁCIDOS Y BASES

- EXCRECIÓN RENAL DE H+

Miryam Romero R. MSc. PhD. Profesora de Fisiología

Departamento de Ciencias Fisiológicas

Universidad del Valle

1

2

• La [H+] extracelular = 40 nmol/litro (nanomol = 10-6

mmol) es mantenida dentro de límites muy estrechos.

• La regulación del pH es crucial en la homeostasis

celular: la mayoría de la reacciones bioquímicas y de

las funciones celulares dependen de enzimas y de

mecanismos que tienen una enorme dependencia del

pH.

• Cada día se ingiere una carga de ácido o de álcali que

proviene de la dieta y del metabolismo celular que

produce un número de sustancias que tiene impacto

sobre el pH de los fluidos corporales.

Por ejemplo: R-SH H2SO4 disminución

del pH

3

• El pH intracelular normal fluctúa entre 6.9 y 7.2

dependiendo del tipo de célula.

• La célula enfrenta continuamente cargas ácidas de

varias fuentes: procesos metabólicos y flujos pasivos

de ión hidrógeno impulsados por gradientes

electroquímicos.

• Algunas alteraciones agudas en la carga de ácido o

base del cuerpo:

La carga ácida aumenta con un aumento de la tasa metabólica como en caso de

EJERCICIO y alcanza niveles excesivos durante ejercicio anaeróbico de alta

intensidad. Energía para contracción muscular proviene de metabolismo de

carbohidrato a ácido láctico. Acumulación en sangre y metabolizado a CO2 en otros

órganos

La comida: H+ se secreta al estómago y deja en sangre una cantidad igual de álcali.

4

Enfermedades asociadas con alteraciones del balance

de H+:

• Vómito: Saca H+ del cuerpo.

• Metabolismo incompleto de grasas y carbohidratos que

acumulan productos ácidos intermedios:

Acido láctico (en acidosis láctica, por hipoperfusión o

shock)

Acido B hidroxibutírico y ácido acetoacético (en

cetoacidosis diabética)

• Ingestión de sustancias que tienen metabolitos ácidos:

Etilenglicol ácido oxálico.

Metanol ácido fórmico.

Aspirina ácido acético y salicílico.

• ÁCIDO: cualquier sustancia que añada H+ a los

fluidos corporales. Dona H+.

• ÁLCALI O BASE: sustancia que remueve o retira

H+ de los fluidos corporales. Recibe H+ .

H2CO3 H+ + HCO3-

HCl H+ + Cl-

NH4+ H+ + NH3

H2PO4- H+ + HPO4

2-

Acido Base

• Dos clases de ácidos fisiológicamente importantes:

a) Ácido carbónico (H2CO3)

(CO2 + H2O) distintas tasas de producción

b) Ácidos no carbónicos y de vías de excreción

(metabolismo de proteínas)

CO2 se excreta por pulmón

No carbónicos se excretan por riñón

Valores aproximados de pH de varios fluidos

corporales

Balance ácido-básico. Valores de un sujeto de 70

kg con una dieta típica “occidental”.

7

El rango fisiológico de concentración de H+ y el pH

correspondiente.

8

9

El sistema buffer HCO3-

• Con una [HCO3-] de plasma normal de 23-25 mEq/L y un

volumen de 14 L (para un individuo de 70 Kg), el

líquido extracelular puede amortiguar potencialmente

350 mEq de H+.

• El sistema buffer HCO3- difiere de los otros sistemas

amortiguadores del organismo (p. e. fosfato) en que es

regulado por riñón y por pulmones.

Interacción de CO2 con el agua

11

La ecuación de Henderson-Hasselbalch se

usa para cuantificar cómo los cambios en

CO2 y HCO3- afectan el pH.

Poder buffer en un sistema cerrado

Poder buffer en un sistema cerrado. En este caso, es una solución

que contiene 9 buffers cada uno a una concentración de 1mM y

con valores de pK espaciados 0.5 unidades de pH

Amortiguación de ácidos y bases fuertes por el sistema buffer CO2/HCO3- en

un sistema abierto

Poder buffer del sistema CO2/HCO-3. A pH 7.4 en la curva

azul, la solución tiene la misma composición del plasma

arterial: PCO2 de 40 mmHg y [HCO3] de 24 mM.

Cuando sólo el sistema CO2/HCO3 es el único buffer. Si se dobla

PCO2 el pH cae 0.3 y no hay mucho cambio en la concentración

de HCO3. Si se dobla la HCO3 el pH sube 0.3.

Para mantener el balance ácido-base, el riñón no sólo

debe reabsorber prácticamente todo el HCO3- filtrado

sino que también debe secretar hacia la orina la

producción diaria de ácidos no volátiles. Así, los

componentes de la excreción de ácido en orina serán: 1

+ 2 - 3

1. H+ excretado unido a fosfato (H2PO4-), creatinina y ácido úrico.

2. H+ excretado unido a NH3 (como NH4+).

3. Excreción de HCO3- filtrado.

El riñón debe generar nuevo HCO3- y esto lo hace a

través de la excreción de ácidos titulables y de la

excreción de sales de NH4+.

17

Los procesos de reabsorción

de HCO3- y de excreción de

ácidos titulables y de sales de

NH4+ comparten todos la

secreción de H+ desde la

sangre hacia la luz tubular.

18

Factores que regulan la secreción de H+

(reabsorción de HCO3-) por el nefrón

19

Titulación de amortiguadores o “buffers” luminales por el H+

secretado. Modelo genérico de secreción de H+ en varios sitios del

nefrón.

20

Titulación de amortiguadores o “buffers” luminales por H+

secretado. Modelo genérico de secreción de H+ en varios sitios del

nefrón.

21

Titulación de amortiguadores o “buffers” luminales por H+

secretado. Manejo del ión amonio por túbulo proximal

22

Manejo ácido-básico a lo largo del nefrón

23

Transporte ácido-base a nivel celular y

molecular

Tres componentes en la secreción de ácido desde la sangre hacia el lumen:

1. Transporte de H+ desde la célula tubular hacia el lúmen que resulta en producción de OH- intracelular.

2. Conversión de OH- intracelular a HCO3-,

catalizado por la anhidrasa carbónica.

3. Transporte del HCO3- nuevo formado desde la

célula tubular a la sangre.

24

A - El H+ atraviesa la membrana apical de la célula tubular

utilizando tres mecanismos:

1. El intercambiador Na+-H+

2. La bomba electrogénica de H+.

3. La bomba electroneutra de intercambio H+-K+

B - Las anhidrasas carbónicas en la luz tubular y en el citoplasma

estimulan la secreción de H+ al acelerar la interconversión de

CO2 y HCO3-. Las AC pueden actuar en tres sitios distintos de

las células secretoras de ácido:

1. La fase extracelular de la membrana apical.

2. El citoplasma.

3. La fase extracelular de la membrana basolateral.

25

C - El paso de HCO3- a través de la membrana

basolateral utiliza dos mecanismos de transporte:

1. Un cotransporte electrogénico Na/HCO3: tres

HCO3- por cada Na+.

2. Un intercambiador Cl-HCO3.

Por consiguiente, estos mecanismos son responsables

de la regulación del pH intracelular de las células

secretoras de ácido en la medida en que ajustan, en

forma precisa, la secreción de H+ a través de la

membrana apical con la recaptura de HCO3- a través

de la membrana basolateral. 26

27

Modelos celulares de secreción de H+

28

Modelos celulares de secreción de H+

Modelos celulares de secreción de H+

29

30

Modelos celulares de secreción de H+

Generación de nuevo HCO3- a

través de excreción urinaria de

Sales de Amonio

El amonio (NH4+) se sintetiza a

partir de la glutamina en el túbulo

proximal, se reabsorbe

parcialmente en el Asa de Henle y

se secreta pasivamente hacia los

túbulos colectores papilares. 31

Manejo del ión Amonio (NH4+)

32

Manejo del ión Amonio (NH4+)

33

Manejo del ión Amonio (NH4+)

34

Manejo del ión

Amonio (NH4+).

El destino que

toma en

médula.

35

La cooperación entre

Hígado y Riñón en la

excreción de nitrógeno

proveniente del

rompimiento de

aminoácidos.

En el ejemplo se asume una

liberación de 940 mmoles/día

de grupos amino que resultan

en la excreción urinaria de 450

mmoles/día de urea (900

mmoles/día de nitrógeno

amino) y 40 mmoles/día de

NH4+

36

37

Balance Ácido-Básico: ácidos volátiles y no

volátiles

• Los mayores constituyentes de la dieta son carbohidratos y

grasas.

• Si la perfusión es adecuada, (el O2 está disponible para los

tejidos) y la insulina está presenta en cantidades normales, los

carbohidratos y las grasas se metabolizan para dar CO2 y H2O.

• De 15-20 moles de CO2 se generan a través de este proceso.

• Esta cantidad normalmente se elimina por los pulmones. No

representa impacto al balance ácido-básico.

• Este CO2 se denomina ácido no volátil porque tiene el potencial

de generar H+ después de la hidratación con H2O.

38

Balance Ácido-Básico: ácidos volátiles y no

volátiles

• El ácido no derivado directamente de la hidratación del CO2

se llama ácido no volátil (por ejemplo ácido láctico).

• Metabolismo de aminoácidos que contienen sulfuro (cisteína y

metionina ) llevan a producción de ácido sulfúrico.

• Metabolismo de lisina, arginina e histidina llevan a la

producción de ácido clorhídrico.

• Una porción de la carga de ácido no volátil se contrarresta con

la producción de HCO3- a través del metabolismo de los

aminoácidos aspartato y glutamato.

39

Balance Ácido-Básico: ácidos volátiles y no

volátiles

• Los ácidos no volátiles no circulan a través del cuerpo porque

son neutralizados inmediatamente por el HCO3- del líquido

extracelular.

• La producción de ácido de los individuos con dieta rica en

carne, excede la producción de HCO3-.

Características de los desórdenes

ácido-básico simples

ICF: fluido intracelular, ECF: fluido extracelular, NAE: excreción neta de ácido

40

41

En la clínica:

• Cuando el ácido no volátil aumenta como en el caso de

cetoacidosis diabética, la [H+] aumenta (pH disminuye) y [HCO3-]

disminuye.

• La concentración de aniones asociados con el ácido no volátil

aumenta.

• Este cambio de concentración de aniones proporciona una forma

práctica de analizar la causa de la acidosis metabólica por lo que se

conoce como la Brecha Aniónica («anion gap»): representa la

diferencia entre la concentración del principal catión (Na+) del

fluido extracelular y los principales aniones (Cl- y HCO3-) del

fluido extracelular: (Es normal entre 8-16 mEq/L)

Una aproximación para el análisis de los

desórdenes acido-básico simples

*Si la respuesta compensatoria no es apropiada se debe sospechar un desorden ácido-basico mixto 42

43

En la clínica:

• Para lograr calcular la excreción urinaria de NH4+ se hace

indirectamente.

• Por ejemplo: en situación de acidosis metabólica, la

respuesta apropiada renal es la excreción neta de ácido.

• Poco o nada de HCO3- en orina. La orina será ácida y la

excreción de NH4+ se aumentará y los cationes urinarios

son Na+, K+, y NH4+.

• Si sólo se calculan los valores de Na+, K+ y Cl- :

Por consiguiente, la brecha aniónica urinaria debe ser

negativa si hay cantidades adecuadas de NH4+ excretado.

Una forma de identificar las causas de una acidosis

metabólica:

La brecha aniónica (“anion gap”)

44

Regulación de la secreción renal

de ácido

• La acidosis respiratoria estimula la

secreción renal de H+.

• La acidosis metabólica estimula la secreción

proximal de H+ y la producción de NH3.

• La alcalosis metabólica reduce la secreción

proximal de H+ y en túbulo colector cortical

puede producir secreción de HCO3-

45

46

EXCRECIÓN NETA DE ÁCIDO POR LOS RIÑONES • 50 a 100 m Eq/L de H+ se excretan por la orina, equivalente a

la cantidad de ácido no volátil producida.

• Se secretan en el día aprox. 4390 mEq de H+. La mayoría sirve

para reabsorción de HCO3- filtrado ( 4320 mEq/día).

• La orina es ácida pero no más ácida que pH 4.0 a 4.5. Es decir,

la concentración máxima de H+ es solamente de 0.1 mEq/L. El

resto del H+ secretado se excreta unido a amortiguadores

urinarios de los cuales el principal es el fosfato (Pi). Estos

buffers se llaman ácidos titulables.

• La síntesis y excreción de NH4+ también implica

mantenimiento del balance ácido básico a través de la

formación de un nuevo HCO3- por cada NH4+ excretado.

Excreción renal de ácido

47

Excreción renal de ácido

48