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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
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