PH bIOQUIMICO

Ácidos, bases y pH: pH biológico                                                                   Bioquímica

1. Introducción 

El mantenimiento del pH del medio interno debe permanecer constante dentro de unos límites muy estrechos.    

       El pH sanguíneo está comprendido entre 7,35-7,45. Valores superiores a 7,45 indican alcalosis e inferiores a 7,35 acidosis; ambas son alteraciones patológicas para el organismo.

       El pH se mantiene entre los límites normales a pesar de los residuos orgánicos y los productos ingeridos con la dieta que tienden a modificarlos; pero existen unos sistemas reguladores que evitan variaciones. Los niveles de pH deben ser constantes, ya que las enzimas del organismo tienen su punto máximo de funcionamiento o pH máximo de acción a estos valores, y si estos varían las enzimas no pueden activar y las funciones biológicas se alteran o no se producen.

       En el metabolismo normal de un individuo se produce de forma habitual ácidos ya que al catabolizarse todos los compuestos inmediatos ingeridos con la dieta se produce CO2 y agua, que al combinarse producen ac. Carbónico (CO2H2), que es el ácido más frecuente en el organismo.

       El catabolismo de los hidratos de Carbono da lugar a ácidos volátiles como CO2H2, y ácidos no volátiles o fijos como son ác. Láctico y ác. pirúvico. En el catabolismo de lípidos obtenemos CO3H2 y cuerpos cetónicos.   En el catabolismo de proteínas sólo se obtiene CO3H2. Todas las sustancias catabolizadas son de carácter ácido volátil o fijo, que tienden a modificar el pH del medio; por lo que, el individuo debe estar preparado para contrarrestar dichas acciones.

2. Mecanismos de defensa frente a los cambios de pH 

El organismo ante los cambios de pH reacciona:

a) Teniendo un buffer que sea capaz de amortiguar el pH sanguíneo. Los buffer sanguíneos son mezcla del ácido débil y base asociada. Actúan amortiguando los cambios de acidificación/alcalinización que sufre el organismo. El buffer más frecuente del organismo es el formado por ácido carbónico (CO3H2) y bicarbonato sódico (CO3HNa). En la sangre hay una mezcla de dichas sustancias en una proporción determinada. Dicho buffer actúa como:

• Si añadimos un ácido: se libera H+; el buffer amortigua o capta H+ por el ión CO3H-, hasta que se sature. El pH tendería a bajar, es decir, el pH se acidificaría, pero esto no es así. El buffer va amortiguando el cambio hasta que se forma ac. Carbónico (CO3H2); el cual es eliminado por el pulmón en forma de CO2. En sangre la [CO3H-] baja, por lo que, el organismo intenta recuperarlo primero por pulmón y luego por riñón (tarda unas horas)
• Si añadimos bicarbonato a una base fuerte: este amortigua o coge OH- por el ión H+. El pH tendería a subir, es decir, se alcalinizaría, pero no ocurre así. El buffer lo amortigua haciendo que los OH- se unan al H+ formando agua, lo que hace que se elimine H+ y el ác. Carbónico se disocie más, para que su constante de disociación (K) permanezca equilibrado. Así se consigue que el pH que había aumentado vuelva al valor normal y no se modifique el pH del medio.

       Como es un buffer, se le puede aplicar la fórmula de Hendersson-Hasselbach, pudiendo conocer las concentraciones de estos en sangre:

                                                                   [pic 1]

       Como el ácido carbónico se puede determinar en sangre y procede del CO2 se puede determinar la proporción de CO3H2/CO2 que hay en el organismo por una fórmula que consiste en medir la presión de CO2 en sangre y multiplicarla por la constante de solubilidad (α). La α mide la PCO2 que pasa al agua para ser disuelto. Por cada 1mmHg de CO2 que pase se determina la cantidad de CO2 que pasa al agua, en la cual se puede disolver. La α tiene un valor de 0,03[pic 2] 

                                                                      [pic 3]CO2+H2O ↔CO3H2 

       Una vez que el CO2 pasa al agua y se disuelve con él se forma H2CO3, por lo que, en 1L de agua al pasar 0,03 mmol de CO2 al aumentar 1 mmHg tenemos: CO3H2= α·PCO2

       De esta forma podemos sustituir en la fórmula de Hendersson-Hasselbach la [Co3H2], quedando una sola incógnita y obteniendo:

                                                                   [pic 4]

       Aunque podemos encontrar otros buffer en el organismo como son ácido fosfórico, sales de fosfato, proteínas, hemoglobina…Las dos últimas aunque no se asocien con otros, también actúan como primera defensa ante los cambios de pH, amortiguando el pH de la sangre principalmente.

b) La segunda línea de defensa la realizan el pulmón y el riñón, previa actuación del buffer ac. Carbónico-bicarbonato sódico.

                                                      CO2 + H2O ↔CO3H2 ↔ CO3H- + H+ 

                                                      CO3HNa ↔ CO3H- + Na+ 

       Ambos órganos se encargan de recoger los ácidos y el buffer, para su posterior eliminación, tras agotamiento del buffer al realizar su acción.

       Estos órganos liberan H que satura el buffer, para que los iones que los captaron no se agoten y puedan permanecer en el organismo formando el buffer.

       El buffer al aumentar la [H+] produce aumento de CO3H2 en el medio, que provoca descenso de pH, pero se corrige, ya que el CO2 que produce el ac. Carbónico es eliminado por el pulmón a través de la respiración por excitación del centro respiratorio. El aparato respiratorio tiene quimiorreceptores sensibles a la concentración de H+ ubicados en el bulbo raquídeo, en la aorta y en la bifurcación de las carótidas. La estimulación de estos receptores por acidemia determina un aumento de la actividad ventilatoria, lo que produce una mayor eliminación de CO2, causando una caída en la concentración de H2CO3 y, por lo tanto, un aumento del pH que tiende a corregir la acidemia. Por el contrario, la alcalemia induce una menor ventilación que tiene el efecto opuesto al ejemplo anterior.

       El aparato respiratorio puede compensar eficientemente y en forma bastante rápida cambios en la concentración de hidrogeniones debidos a variaciones metabólicas en su producción, pero su capacidad máxima de compensar estas alteraciones es limitada. Obviamente, cuando el trastorno del equilibrio ácido base es de causa respiratoria, este aparato no puede servir para compensar la alteración.

       El riñón actúa variando la [CO3H-] que se pierde en él por la producción de orina. En este órgano por una anhidrasa carbónica se produce por aumento de CO2, aumento de CO3H-. Mediante sucesivos procesos se produce CO3H- que pasa a sangre para restituir el buffer sanguíneo ac. Carbónico-bicarbonato sódico y eliminar un exceso de agua por orina. Cuando aumenta la [CO2] en sangre, aumenta la [CO3H-] que recupera el riñón manteniendo constante la cantidad de buffer sanguíneo. El CO2 que usa el riñón permanece constante ya que este órgano no es capaz de eliminarlo y necesita al pulmón para ello.

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