ÁREA EL SER HUMANO Y SU MEDIO “REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE”

Presentación del tema: "ÁREA EL SER HUMANO Y SU MEDIO “REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE”"— Transcripción de la presentación:

1 ÁREA EL SER HUMANO Y SU MEDIO “REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE”
Cátedra Fisiología Humana Facultad de Ciencias Médicas Universidad Nacional Rosario

2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer y aplicar el significado del término pH. Interpretar los distintos mecanismos de control del equilibrio ácido-base. Interpretar la ecuación de Henderson-Hasselbach. Comprender la utilidad del DIAGRAMA DE DAVENPORT para una correcta evaluación de los disturbios ácido-base. Aplicar los conocimientos adquiridos en la resolución de situaciones problemas. Entender como intervienen los MECANISMOS REGULATORIOS RENAL y PULMONAR en el equilibrio ácido-base.

3 PRIMERA REUNIÓN Recordar la fisicoquímica básica de los iones hidrógeno. Desarrollar los mecanismos fisiológicos involucrados en la regulación del pH plasmático. Desarrollar con los estudiantes la regulación pulmonar y renal del pH. Priorizar al sistema amortiguador bicarbonato con el objetivo de brindar una base para la interpretación de la ecuación de Henderson-Hasselbach. Recuperar los conocimientos adquiridos en el seminario de Física respecto al tema pH. Construir con la participación de los estudiantes el Diagrama de Davenport. Ejemplificar los disturbios ácido-base con un caso determinado ubicado en el diagrama para familiarizarlos con el mismo. Solicitar que continúen con el análisis de los desequilibrios del Diagrama y los traigan resueltos para el segundo encuentro.

4 FISICOQUÍMICA BÁSICA DE LOS IONES HIDRÓGENO
Concentración de iones hidrógeno = mEq/litro = 40 nEq/litro con variaciones normales de 3 a 5 nEq/litro. Aplicando escala logarítmica: pH = log 1/H+ = -log H+ Considerando que la concentración normal de H+ es 40 nEq/L ( Eq/L) pH = -log [ ] pH = 7.40 pH de sangre arterial = 7.4 pH de sangre venosa e intersticio = (mayor cantidad de CO2) Rango de normalidad = 7.35 – 7.45 Límite inferior compatible con la vida = 6.8 Límite superior compatible con la vida = 7.8

5 MECANISMOS FISIOLÓGICOS INVOLUCRADOS EN LA REGULACIÓN DEL pH
Buffers químicos extracelulares Bicarbonato % Hemoglobina % Proteínas séricas % Fosfatos orgánicos 3% Fosfatos inorgánicos 2% Mecanismos regulatorios respiratorios CO2 + H2O  H2CO3  HCO H+ Mecanismos regulatorios renales Mecanismos de acidificación urinaria Mecanismos de alcalinización urinaria Buffers químicos intracelulares Proteínas Fosfatos orgánicos e inorgánicos Ácidos orgánicos Bicarbonato

6 “REGULACIÓN RENAL DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE”
Los riñones excretan una cantidad de ácido igual a la producción de ácidos no volátiles y así recuperan el HCO3- que se pierde en la neutralización. Previenen la pérdida de bicarbonato por la orina.

7 REABSORCIÓN DE HCO3- EN LOS TÚBULOS RENALES
Carga filtrada: VFG x [HCO3-]p Carga filtrada: 180 l/día x 24 mEq/l 125 ml/min La carga de HCO3- filtrada es de 4320 mEq/día y son necesarios 50 a 100 mEq/día para equilibrar la producción de ácido no volátil filtrado. ≈ 0% En condiciones normales se reabsorbe más del 99.9% del HCO3- filtrado

8 EXCRECIÓN NETA DE ÁCIDOS POR LOS RIÑONES
Tanto la reabsorción del HCO3- filtrado como la excreción de ácido se adquieren mediante la secreción de H+ por las nefronas. Los riñones no pueden excretar una orina más ácida que un pH de 4 a 4,5. Por tanto para excretar suficiente ácido, los riñones eliminan los H+ con tampones urinarios. pH urinario: ácido oscila entre 4 - 8

9 EXCRECIÓN NETA DE ÁCIDOS POR LOS RIÑONES
3. Los diferentes tampones urinarios se denominan ÁCIDOS TITULABLES (AT): la cantidad de base añadida para titular la orina, es igual a la cantidad de H+ titulados por los tampones urinarios. La excreción de H+ como ácido titulable es suficiente para equilibrar la carga diaria de ácido no volátil. 4. Un mecanismo adicional e importante por el cual los riñones contribuyen al mantenimiento del equilibrio acidobásico es mediante la SÍNTESIS Y EXCRECIÓN DE NH4+.

10 EXCRECIÓN NETA DE ÁCIDOS POR LOS RIÑONES
5. Con respecto a la regulación del equilibrio acidobásico cada NH4+ excretado en la orina tiene como resultado el retorno de un HCO3- a la circulación sistémica. 6. La excreción de ácido neta (EAN) puede ser cuantificada como sigue: EAN= cant. excretada de NH4+ + cant. excr. AT - cant. excr. HCO3- cantidad excretada de HCO3- (bicarbonato perdido en la orina) es equivalente a añadir H+ al organismo.

11 EXCRECIÓN NETA DE ÁCIDOS POR LOS RIÑONES
EN RESUMEN: Los riñones contribuyen a la homeostasia acidobásica mediante: la reabsorción de la carga filtrada de HCO3-. la excreción de ácido equivalente a la cantidad de ácido no volátil producida cada día (excreción neta de ácido aprox. 1/3 ácido titulable y 2/3 como NH4+).

12 REABSORCIÓN DEL HCO3- POR LAS CÉLULAS DEL TÚBULO PROXIMAL
1. 3. 2. 4. CA: Anhidrasa Carbónica

13 REABSORCIÓN DEL HCO3- POR LAS CÉLULAS DEL TÚBULO PROXIMAL
La secreción de H+ a través de la membrana apical de las células se produce tanto mediante un intercambiador Na+-H+ (vía predominante) como por la H+-ATPasa. En el interior de la células el H+ y el HCO3- se producen en una reacción que es catalizada por la anhidrasa carbónica. El H+ es segregado al líquido tubular y el HCO3- a través de la membrana basolateral retorna a la sangre peritubular.

14 REABSORCIÓN DEL HCO3- POR LAS CÉLULAS DEL TÚBULO PROXIMAL
3. Este HCO3- que se reabsorbe, sale de la célula por un co-transportador que acopla la salida de 1Na+ con 3HCO3-. Además algo del HCO3- puede salir intercambiándose por Cl-. 4. La anhidrasa carbónica también está presente en el borde en cepillo de las células del túbulo proximal. Cataliza la deshidratación del H2CO3 en el líquido luminal y por lo tanto facilita la reabsorción de HCO3-.

15 REABSORCIÓN DE HCO3- El mecanismo celular para la reabsorción de HCO3- por la rama ascendente gruesa de Henle es muy parecido a la del túbulo proximal. Los túbulos distal y colector reabsorben la pequeña cantidad de HCO3- que escapa a la reabsorción del túbulo proximal y asa de Henle.

16 CÉLULA SECRETORA DE H+ (REABSORBE HCO3-)
El H+ y el HCO3- se producen mediante la hidratación del CO2. El H+ es segregado por la H+-ATPasa y mediante una K+-ATPasa. El HCO3- se reabsorbe a través de la membrana basolateral intercambiándose por Cl-. 2. 1. CÉLULA INTERCALAR (A) DEL TUBO COLECTOR

17 CÉLULA SECRETORA DE HCO3- CÉLULA INTERCALAR (B) DEL TUBO COLECTOR
En estás células la H+ ATPasa está localizada en la membrana basolateral y el intercambiador Cl-/ HCO3- en la membrana apical. La actividad de éstas células está incrementada durante la ALCALOSIS METABÓLICA. Sin embargo en la mayoría de las condiciones predomina la secreción de H+ en estos segmentos. CÉLULA INTERCALAR (B) DEL TUBO COLECTOR

18 FORMACIÓN DE NUEVO HCO3-
La reabsorción de la carga filtrada de HCO3- es importante para maximizar la excreción neta de ácido. Sin embargo, la reabsorción de HCO3-, no recupera la pérdida de bicarbonato durante la neutralización de los ácidos no volátiles. Para mantener el equilibrio acidobásico los riñones deben reemplazar este bicarbonato perdido con nuevo HCO3-. Esto se logra mediante la excreción de ÁCIDO TITULABLE y a través de la SÍNTESIS Y EXCRECIÓN DE NH4+.

19 PRODUCCIÓN DE NUEVO HCO3- COMO RESULTADO DE LA EXCRECIÓN DE ÁCIDO TITULABLE
NEFRÓN DISTAL NUEVO BICARBONATO 1. 2. Ácidos Titulables (AT)

20 PRODUCCIÓN DE NUEVO HCO3- COMO RESULTADO DE LA EXCRECIÓN DE ÁCIDO TITULABLE
Cuando se segrega H+ se combina con tampones no bicarbonato (principalmente con fosfato) y se excreta como ÁCIDO TITULABLE. Dado que el H+ se produjo dentro de la célula a partir de la hidratación del CO2, también se produce HCO3-. Este bicarbonato se devuelve al LEC como NUEVO HCO3-. La excreción de fosfato aumenta con la ACIDOSIS. Sin embargo esta respuesta es insuficiente para generar la cantidad requerida de HCO3- nuevo.

21 PRODUCCIÓN DE NUEVO HCO3- COMO RESULTADO DE LA EXCRECIÓN DE NH4+
El NH4+ lo producen los riñones y su síntesis y posterior excreción añade HCO3- al LEC. Es importante destacar que este proceso está regulado como respuesta a los requerimientos acidobásicos del cuerpo.

22 MANEJO RENAL DEL AMONIO
Células del Túbulo Contorneado Proximal 1. 3. Células del Conducto Colector Cortical 4. 5. Difusión no iónica 2. 1. La glutamina es metabolizada por las células del TCP produciéndose 2 moléculas de HCO3- y 2 de NH4+. Atrapamiento del NH4+ en el líquido tubular 2. El HCO3- retorna a la circulación como nuevo bicarbonato y el NH4+ es secretado en el líquido tubular. 5. 3. La mayor parte del NH4+ es secretado por el intercambiador Na+/H+ en reemplazo por el H+. A su vez algo del NH4+ puede ingresar al líquido tubular como NH3 dónde luego es protonado. Secreción de NH4+ vía las glicoproteínas RhGC: son transportadores de NH4+ 4. En el asa ascendente gruesa de Henle se reabsorben cantidades significativas de NH4+, sustituyendo al K+ en el cotransportador Na+-K+-2Cl- y además por la vía paracelular. 5. El NH4+ reabsorbido en el paso anterior debe ser re-secretado en el líquido tubular, esto ocurrirá en el CCC.

23 METABOLISMO RENAL DE LA GLUTAMINA
El riñón capta la glutamina y la metaboliza en dos moléculas de NH4+ y HCO3-. El NH4+ se excreta en la orina, y el bicarbonato el cual se llama “nuevo bicarbonato” retorna a la circulación reemplazando al HCO3- que se perdió en la titulación de los ácidos no volátiles. Cuando el amonio en lugar de ser excretado retorna a la circulación se convierte en urea en el hígado y en este proceso se genera un H+. Este H+ es buffereado por bicarbonato y por lo tanto anula la generación de “nuevo bicarbonato”. Por lo tanto, desde la perspectiva renal de la fisiología ácido-base el amonio producido en el riñón debe ser excretado en la orina y no retornar a la circulación.

24 RESPUESTA DE LOS RIÑONES A LA ACIDOSIS
Con la acidosis aumenta la excreción renal de ácidos. Esta respuesta incluye: 1. Reducción o eliminación de todo el HCO3- de la orina. 2. Aumento de la excreción de los ácidos titulables. 3. Aumento de la excreción de amonio.

25 De este modo se minimizan los cambios de la concentración de H+
AMORTIGUACIÓN DEL EAB AMORTIGUADOR: Cualquier sustancia capaz de unirse reversiblemente a los iones hidrógeno. Amortiguador + H+  Amortiguador H Si aumenta la concentración de H+  La reacción se desplaza a la derecha. Si disminuye la concentración de H+  La reacción se desplaza a la izquierda. De este modo se minimizan los cambios de la concentración de H+ Reaccionan en segundos. No eliminan ni añaden H+. Se limitan a atraparlos hasta que se restablece el equilibrio.

26 AMORTIGUACIÓN DEL EAB SISTEMA AMORTIGUADOR BICARBONATO
Adición de hidrógenos (Ejemplo: agregado de Cl-) CO2 + H2O  H2CO3  HCO H+   Adición de bases (Ejemplo: agregado de NaOH) CO2 + H2O  H2CO3  HCO H+   El OH- del NaOH se combina con H2CO3 formando más HCO3-. La base débil NaHCO3 sustituye a la base fuerte NaOH. Disminuye el H2CO3 porque reacciona con NaOH y el CO2 se combina con H2O para sustituirlo.

27 ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBACH
Según el equilibrio de masas, las concentraciones de iones hidrógenos y bicarbonato son proporcionales a la concentración de H2CO3. H2CO3  H+ + HCO3- Para cualquier ácido, la relación entre su concentración y sus iones disociados es definida por una constante de disociación, K K = H+ x HCO3¯ H2CO3 Despejando la concentración de H+ de la ecuación anterior queda: H+ = K x H2CO3 HCO3¯

28 ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBACH
Puesto que en el plasma el equilibrio para la formación de H2CO3 a partir de CO2 + H2O está desplazado hacia la izquierda, el término H2CO3 en la ecuación anterior es proporcional a la presión de CO2 y es definida por la ley de solubilidad de los gases de Henry: [H2CO3]p = α x PCO2 Dónde α es el coeficiente de solubilidad del CO2 que tiene un valor de 0,03 mmol/mmHg a la temperatura corporal y en condiciones fisiológicas. Quiere decir que en sangre se encuentran 0.03 mmoles de H2CO3 por cada mmHg de PCO2. Por tanto la ecuación queda: H+ = K x (0.03 x PCO2) HCO3¯

29 ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBACH
Como la concentración de H+ se expresa en unidades de pH (-log H+), entonces también se puede expresar la constante de disociación de forma similar: pK = - log K Al reemplazar la constante de equilibrio y convertirla a logaritmo negativo, quedará la concentración de H+ en unidades de pH: -log H+ = -log K - log (0.03 x PCO2) HCO3¯ Reordenando: pH = pK + log HCO3¯ (0.03 x PCO2) En el sistema de amortiguación del bicarbonato el valor de pK es 6.1: pH = log HCO3¯ (0.03 x PCO2) Un aumento de HCO3¯ elevaría el pH (alcalosis) Un aumento de la PCO2 disminuiría el HCO3¯ (acidosis)

30 GRAFICANDO ESTAS VARIABLES EN FUNCIÓN DE SUS RANGOS DE VALORES NORMALES SE OBTIENE UN ÁREA DE NORMALIDAD DONDE OSCILA EL VALOR DE pH: PCO2 mmHg HCO3- mEq/L 45 35 26 22 7.35 7.45 pH

31 CONSTRUCCIÓN DEL DIAGRAMA DE DAVENPORT
Con fines pedagógicos se considera la titulación de una muestra de sangre en condiciones estándar, punto de normalidad al que llamaremos A. Corresponde a: HCO3- mEq/L pH = 7.40 ± 0.05 HCO3─ = 24 ± 2 mEq/l PCO2 = 40 ± 5 mmHg PCO2 mmHg 24 A 7.4 pH

32 Partiendo de A se titula la muestra con ácidos y bases fuertes para obtener las curvas clásicas del Diagrama HCO3- mEq/L HCO3- mEq/L HCO3- mEq/L PCO2 40 mmHg Déficit de ácidos fijos Exceso de ácido volátil Acidosis Alcalosis 24 24 24 Exceso de ácidos fijos EB=0 Déficit de ácido volátil 7.4 pH 7.4 pH 7.4 pH

33 Al superponer los tres gráficos se obtiene el siguiente diagrama conteniendo 6 posibles desequilibrios ÁCIDO-BASE HCO3- mEq/L PCO2 40 mmHg 2 1 6 3 24 EB=0  2 mEq/L 4 5 7.4 pH

34 BICARBONATO STANDARD [HCO3-]40: Es el HCO3- plasmático, medido por la diferencia entre el CO2 disuelto (0.03 x PCO2) y el contenido total de CO2. Es también una medida del CO2 sanguíneo o del depósito corporal de álcali, convencionalmente llamado RESERVA ALCALINA para neutralizar ácidos fijos: una disminución en [HCO3-]40 indica incremento en el influjo de ácidos fijos un aumento indica un incremento de álcalis fijos En la práctica clínica, el [HCO3-]40 no es medido directamente pero su desviación de lo normal, llamado EXCESO DE BASE es rutinariamente aproximado por mediciones de la PCO2 arterial, pH y hemoglobina total. La validez de esta estimación depende ampliamente del cuidado de la extracción de la sangre arterial y de la rapidez con la cual es analizada.

35 EB = BBR – BBN (valor normal: 0 2 mEq/L)
EL VALOR DEL EXCESO DE BASE ESTÁ EN RELACIÓN CON LOS VALORES DE BASES BUFFER TOTALES (BICARBONATO Y NO BICARBONATO) EB = BBR – BBN (valor normal: 0 2 mEq/L) BBN BBT BBR BBT = BBB + BBnoB

36 ACIDOSIS METABÓLICA: el EB disminuye ya que las BBB y BBnB disminuyen paralelamente.
ALCALOSIS METABÓLICA: el EB aumenta porque las BBB y BBnB aumentan simultáneamente. ACIDOSIS RESPIRATORIA AGUDA DESCOMPENSADA: el H+ aumentado se combina con las bases fijas, por tanto las BBnB disminuyen proporcionalmente con el aumento de las BBB. El EB se mantiene normal. ACIDOSIS RESPIRATORIA AGUDA PARCIALMENTE COMPENSADA: la reabsorción renal de bicarbonato incrementa las BBB sin generar cambios en las BBnB y el EB aumenta. ALCALOSIS RESPIRATORIA AGUDA DESCOMPENSADA: la disminución de H+ aumenta las BBnB, las cuales son proporcionales a la disminución de las BBB. El EB se mantiene normal. ALCALOSIS RESPIRATORIA AGUDA PARCIALMENTE COMPENSADA: la secreción renal de bicarbonato disminuye las BBB sin cambios en las BBnB y por lo tanto el EB disminuye.

37 ANÁLISIS DE LOS DESEQUILIBRIOS ÁCIDO-BÁSICOS
La ACIDOSIS y la ALCALOSIS son estados caracterizados por patrones de anormalidad en la PCO2 arterial, [HCO3-]p, [HCO3-]40 y pH. Los dos primeros están siempre alterados, pero los dos últimos algunas veces lo están y otras no. Es por lo tanto importante recordar que ACIDEMIA (bajo pH plasmático) tal como ocurre en hipercapnia (alta PCO2) y ALCALEMIA (alto pH plasmático) tal como ocurre en hipocapnia (baja PCO2) se refieren solamente a un elemento del disturbio y no son sinónimos de acidosis o alcalosis. Los disturbios en el balance ácido-base pueden ser descompensados o compensados a varios grados. Los disturbios respiratorios en general tienen compensación renal, pero los desequilibrios metabólicos tienen compensación respiratoria y renal (siempre y cuando en el desequilibrio metabólico no este implicado el riñón). Para ello, cada regulador intentará compensar los efectos de las causas iniciales modificando su propio sistema.

38 ANÁLISIS DE LOS DESEQUILIBRIOS ÁCIDO-BÁSICOS

39 EJEMPLIFICAR UN DISTURBIO ÁCIDO-BASE CON UNA SITUACIÓN DEL DIAGRAMA
pH 24 7.4 2 3 4 5 6 1 HCO3- mEq/L DATOS DEL DIAGRAMA (1) pH elevado (> 7.40) HCO3─ elevado (> 26 mEq/l) PCO2 normal (= 40 mmHg) EB positivo (> 2 mEq/L , ácidos fijos disminuidos) Observar el pH= ALCALOSIS Determinar si es RESPIRATORIA: la PCO2 es normal, se excluye. Determinar si es METABÓLICA: el EB es positivo (las bases están aumentadas, o los ácidos fijos disminuidos), coincide con el pH. ALCALOSIS METABÓLICA DESCOMPENSADA

40 EJEMPLIFICAR UN DISTURBIO ÁCIDO-BASE CON UNA SITUACIÓN DEL DIAGRAMA
Punto 1*: efecto secundario o compensador, el organismo responde con una hipoventilación para elevar la PCO2 tratando de volver el pH a su valor normal, aunque no lo consigue. ALCALOSIS METABÓLICA PARCIALMENTE COMPENSADA pH 24 7.4 2 3 4 5 6 1 1* HCO3- mEq/L

41 SEGUNDA REUNIÓN Retomar el análisis respecto a todos los desequilibrios del Diagrama de Davenport previamente realizados por los estudiantes. Realizar los problemas de la guía

42 ACLARACIÓN: el valor de pH aislado es insuficiente para precisar la naturaleza de estos desequilibrios, es necesario contar con información sobre todos los parámetros del EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE además de los DATOS CLÍNICOS.