unidad 2 parte ii equilibrio ácido base

REGULACIÓN HIDROELECTROLÍTICA Y EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE

Lic. Roy W. Morales Pérez

[email protected]

Parte II: Equilibrio acido-báse

Ácidos y Bases de Arrhenius

Son ácidos aquellas sustancias que en solución acuosa liberan

iones hidronio. Por otra parte, una base es aquella sustancia que

en solución acuosa libera iones hidroxilo. Son anfóteros aquellas

sustancias que dependiendo las condiciones pueden comportase

como un ácido o una base.

𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝐻+(𝑎𝑐) + 𝐶𝑙(𝑎𝑐)

−

𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎+(𝑎𝑐) + 𝑂𝐻(𝑎𝑐)

−

𝑯𝟐𝟎 → 𝑯+ + 𝑶𝑯−

Equilibrio hidroelectrolítico y regulación ácido-base. Parte II: Regulación ácido-base

Son ácidos aquellas sustancias capaces de donar protones

(cuando se hace referencia a protón se hace referencia al ión

hidronio), mientras que una base es aquella sustancia que puede

captar protones.

𝐻2𝑂(𝑙) + 𝐻𝐶𝑙 𝑎𝑐 → 𝐻3𝑂(𝑎𝑐)+ + 𝐶𝑙(𝑎𝑐)

−

Base Ácido Ácido Conjugado Base Conjugada

𝐻2𝑂(𝑙) + 𝑁𝐻3 (𝑎𝑐) → 𝑂𝐻(𝑎𝑐)− + 𝑁𝐻4 (𝑎𝑐)

+

Ácido Base Base Conjugada Ácido Conjugado

Ácidos y Bases de Bronsted- Lowry


Clasificación de Ácidos y Bases

Los ácidos y bases que

son electrolitos

fuertes, se denominan,

respectivamente, ácidos

y bases fuertes. Los

ácidos fuertes tienen

un valor de pKa bajo y

originan soluciones con

pH muy bajos. De otra

parte, las bases fuertes

tienen valores de pKb

elevados y en solución

dan pH elevados.

El jugo gástrico tiene una elevada concentración de ácido clorhídrico

(HCl), un ácido fuerte que causa que el pH de éste fluido sea alrededor

de dos (pH 1- 2). Cuando existe hiperacidosis estomacal, las mucosas

del estómago pueden sufrir laceraciones ocasionando úlceras pépticas.



Los ácidos y bases que

son electrolitos débiles,

se denominan,

respectivamente, ácidos y

bases débiles. Los ácidos

débiles tienen valores de

pKa mayores que los

respectivos para ácidos

fuertes. Así mismo, las

bases débiles tienen

valores de pKb menores

en comparación con las

bases fuertes.

La saliva contiene iones bicarbonato, que al mezclarse

con agua, genera ácido carbónico que es un ácido débil que

otorga el carácter ligeramente ácido del medio bucodental (pH 6,5)



Teniendo en cuenta el número de equivalentes, los ácidos y bases

se clasifican, respectivamente en:

ÁCIDOS BASES

Monopróticos Son capaces de transferir un equivalente de ácido o

liberar en solución acuosa un equivalente de ion hidronio. Monobásicas

Son capaces de aceptar un equivalente de ácido o liberar en solución acuosa un equivalente de ion hidroxilo.

Polipróticos

Dipróticos Son capaces de transferir dos equivalentes de ácido o

liberar en solución acuosa dos equivalente de ion hidronio.

Polibásicas

Dibásicas Son capaces de aceptar dos equivalentes de ácido o

liberar en solución acuosa dos equivalente de ion hidroxilo.

Tripróticos Son capaces de transferir tres equivalentes de ácido o

liberar en solución acuosa tres equivalentes de ion hidronio.

Tribásicas Son capaces de aceptar tres equivalentes de ácido o

liberar en solución acuosa tres equivalente de ion hidroxilo.

𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝐻(𝑎𝑐)+ + 𝐶𝑙(𝑎𝑐)

−

𝐻3𝑃𝑂4 (𝑎𝑐) ⇌ 𝐻2𝑃𝑂4 (𝑎𝑐)1− + 𝐻 𝑎𝑐

1+ ⇌ 𝐻𝑃𝑂4 (𝑎𝑐)2− + 𝐻 𝑎𝑐

1+ ⇌ 𝑃𝑂4 (𝑎𝑐)3− + 𝐻 𝑎𝑐

1+

𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎(𝑎𝑐)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑐)

−

𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 𝑎𝑐 ⇌ 𝑀𝑔 𝑂𝐻 𝑎𝑐1+ + 𝑂𝐻 𝑎𝑐

1− ⇌ 𝑀𝑔 𝑎𝑐2+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑐)

1−


Potencial de Hidrógeno

El potencial de hidrógeno,

pH, es una medida de la

acidez o basicidad de una

solución.

En 1909 Söreh Peter

Sörensen estableció el pH

como el logaritmo decimal

negativo de la concentración

de iones hidronio (u

hidroxilo para el caso del

pOH)

𝑝𝐻 = −𝐿𝑜𝑔 𝐻+

𝑝𝑂𝐻 = −𝐿𝑜𝑔 𝑂𝐻−


Escala de pH

El agua es una sustancia anfótera que se disocia en un

equivalente de ión hidronio y un equivalente del ión

hidroxilo, según la ecuación siguiente:

2 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻3𝑂+ + 𝑂𝐻−

Esta reacción se conoce como autoprotólisis del agua, y la

producción de iones hidronio e hidroxilo es del orden de 1,0

E -7 M para cada ión a 25°C. Efectuando el producto entre

la concentración de estos iones se obtiene un nuevo valor

que se conoce como la constante de producto iónico del

agua KW .𝑲𝒘 = 𝑯+ ∗ 𝑶𝑯−

𝑲𝒘 = 𝟏, 𝟎𝒙𝟏𝟎−𝟕𝑴 ∗ 𝟏, 𝟎𝒙𝟏𝟎−𝟕𝑴𝑲𝑾 = 𝟏, 𝟎𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟒


Luego el pKw será:

𝑝𝐾𝑤 = −𝐿𝑜𝑔 𝐾𝑤

𝑝𝐾𝑤 = −𝐿𝑜𝑔 1,0𝑥10−14

𝑝𝐾𝑤 = 14

Lo que indica que cuando

una sustancia se disocia

generando iones hidronio o

hidroxilo, la suma entre el pH y

el pOH será como máximo 14.

𝒑𝑯 + 𝒑𝑶𝑯 = 𝟏𝟒

Escala de pH


El pKa, es una medida de la fuerza de disociación de

un ácido, cuanto más bajo sea su valor, más ácida será

la sustancia o lo que es lo mismo, estará disociada en

mayor proporción en el ión hidronio y su base conjugada

respectiva:

𝑪𝑯𝟑𝑪𝑶𝟐𝑯(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) ⇌ 𝑪𝑯𝟑𝑪𝑶𝟐 (𝒂𝒄)− + 𝑯𝟑𝑶(𝒂𝒄)

+

Escala de pH


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cd/ProtonTransfer.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cd/ProtonTransfer.png

El pKa define la escala de

pH, la cual muestra en

una recta los diferentes

valores de pH de las

sustancias. El punto de

neutralidad se ubica en

la séptima unidad.

Valores por debajo de éste

se consideran como

ácidos y por encima

básicos.

Escala de pH


Escala de pH


Medida del pH

Tiras de papel indicador

(semicuantitativo)

Medidor de pH (pH metro)

(cuantitativo)

Tiras de papel universal

(cualitativo)


Farmacocinética

La farmacocinética estudia

el movimiento de los

fármacos en el organismo y

permite conocer su

concentración en la biofase,

en función de la dosis y

tiempo transcurrido desde su

administración. Se denomina

biofase al medio en el cual el

fármaco ésta en condiciones

de interactuar con sus

receptores para ejercer su

efecto biológico.


Farmacocinética

Un fármaco es una sustancia

química que se utiliza para prevenir,

diagnosticar o tratar una

enfermedad o para modificar

procesos fisiológicos. La

farmacocinética permite conocer la

dosificación y los intervalos de

dosificación de los fármacos.

Liberación

Absorción

Distribución

Biotransformación

Eliminación

Curva de niveles plasmáticosPL: Periodo de Latencia; TE: Tiempo Eficaz;

CME: Concentración Mínima Eficaz; CMT:

Concentración Mínima Tóxica; IE: Intensidad del

Efecto


Farmacocinética

Antes de realizar la acción farmacológica,

los fármacos deben cruzar las

membranas celulares. Ello implica que

deben ser liposolubles (lipofílicos -

hidrofóbicos) e hidrosolubles (lipofóbicos

- hidrofílicos) para ser transportados a

través de las capas lipídicas que

constituyen las membranas y de los

fluidos corporales que son de naturaleza

acuosa. Las sustancias que tienen este

doble carácter en la solubilidad se

denominan anfipáticas, y su mayor o

menor grado de afinidad por la fase

lipídica o acuosa está definida por el

coeficiente de partición o reparto, el

cuál es un indicador de la mayor o

menor facilidad de un fármaco para

cruzar las membranas o circular por los

fluidos corporales.

𝑃 =𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑙𝑖𝑝í𝑑𝑖𝑐𝑎

𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎

En la ecuación anterior, P es el coeficiente de

reparto, S fase lipídica y S fase acuosa, expresan

respectivamente la solubilidad en las membranas y

los fluidos corporales. Si P 1 entonces el fármaco

tiene mayor afinidad por la fase lipídica (membrana)

y si P 1, la afinidad del fármaco por la fase acuosa

será mayor.


Farmacocinética

El coeficiente de reparto, y por tanto la

absorción de un fármaco, depende de su valor

de pKa y del pH del medio como puede verse en

la tabla. Valga señalar por el momento que

cuando el valor de pH es menor que el pKa, la

fracción no disociada del fármaco es mayor que

la disociada, lo que aumenta la liposolubilidad

del fármaco.


Composición del aire

El aire atmosférico es una mezcla gaseosa

cuya composición porcentual es de 78%

nitrógeno, 21% de oxígeno, 0.03% de dióxido de

carbono y 0.92% de helio y argón (aire seco).

El aire alveolar, por otra parte, tiene una

composición porcentual de 77% de nitrógeno,

16% de oxígeno, 5% de dióxido de carbono y 2%

de vapor de agua.


Composición del aire


El sistema respiratorio

humano consta de un

sistema de conducción

(fosas nasales, boca,

faringe, laringe, tráquea,

bronquios) y un sistema

de intercambio (sacos

alveolares).

Sistema Respiratorio

Ver video en YouTube:

http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=HiT621PrrO0


http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=HiT621PrrO0

Ventilación Pulmonar

La ventilación pulmonar puedeentenderse como un procesofisiológico involuntarioindispensable en losorganismos aerobios, el cualconsiste en un intercambio desustancias gaseosas a travésde un proceso de difusiónentre el organismo y el medioambiente que lo circunda através de dos etapas:inspiración (inhalación) yespiración (exhalación).


La ventilación pulmonar depende dela función de quimiorreceptores, loscuales son receptores de señalesquímicas internas o externas.

Centrales: se localizan en el bulboraquídeo y responden a cambios depH. Así por ejemplo, si el pHsanguíneo disminuye hace queaumente la ventilación pulmonar.

Periféricos: responde a los cambiosde concentración de oxígeno ydióxido de carbono. Se ubican en elcuerpo carotídeo y en el arco aórtico.

Ventilación Pulmonar


Intercambio Gaseoso


http://www.youtube.com/watch?v=wNAiyhcDWBI


http://www.youtube.com/watch?v=wNAiyhcDWBI

Solubilidad de gases en líquidos

La solubilidad de un gas en un líquido es descrita

por la Ley de Henry:

𝐶𝑔𝑎𝑠 = 𝑘𝐻 ∗ 𝑃𝑔𝑎𝑠Ver video en YouTube:

http://www.youtube.com/watch?v=18Y_2IAM5qY


http://www.youtube.com/watch?v=18Y_2IAM5qY

Difusión de Gases

El intercambio gaseoso

durante la respiración puede

ser explicado a través de la

Ley de Fick, la cuál

establece que dada una

diferencia de concentración

entre dos regiones de un

sistema (diferencia de

potencial químico, µ),

existirá un flujo espontáneo

desde la zona de mayor a la

de menor potencial químico.J= Flujo; D= Coeficiente de Difusión; C Gradiente de Concentración

𝐽 = −𝐷 ∗ ∆𝐶


Flujo alveolo capilar

Intercambio gaseoso en la

región alveolo-capilar

Intercambio gaseoso entre la sangre

oxigenada y los tejidos periféricos


Flujo alveolo capilar


http://www.youtube.com/watch?v=dW1763QoIng


http://www.youtube.com/watch?v=WXOBJEXxNEo


http://www.youtube.com/watch?v=dW1763QoIng

http://www.youtube.com/watch?v=WXOBJEXxNEo

Hemoglobina y transporte de gases

• La solubilidad del oxígeno en el plasma sanguíneo a la temperatura corporal es de

2,3 mL O2/ L plasma.

• 1,0 g Hb transporta en promedio 1,34 mL de O2.

• 1,0 L de sangre puede transportar aproximadamente 150 g Hb (15 g Hb/dL sangre).

• El volumen de sangre en el adulto sano corresponde aproximadamente a 1/13 de

su peso corporal (± 5,0 L).



Mioglobina: proteína globular monomérica

que se encuentra principalmente en la región

musculo-esquelética. Su función más

importante es la de almacenar oxígeno dado

que no es un transportador eficiente de ésta

molécula. La mioglobina está constituida por

153 residuos de aminoácidos y tiene una

masa molecular de 17000 Da.

Hemoglobina: puede clasificarse como una

metaloproteína, tetramérica,

heterooligomérica. Se encuentra

principalmente en el eritrocito y su función

más relevante es la de transportar oxígeno

hacia los tejidos periféricos y dióxido de

carbono e iones hidronio hacia los pulmones.

La masa molar de la Hb es de 64,5 kDa.



La hemoglobina (Hb) es una heteroproteína que está conformada por un

átomo de hierro central unido mediante enlaces de coordinación, a un anillo

de porfirina (grupo prostético). Aunque existen diversos tipos de Hb, la más

importante en los seres humanos mayores de siete meses de edad es la

Hb-A o hemoglobina del adulto (22) que corresponde al 90% de la Hb total.



La fijación de las

moléculas de oxígeno a la

hemoglobina, responden a

una interacción

homotrópica, esto es, la

fijación de una primera

molécula de oxígeno

facilita la fijación de las

siguientes.



Factores que afectan la fijación de oxígeno

Hb + O2 ⇌ HbO2

HbO2 + O2 ⇌ Hb(O2)2Hb(O2)2 + O2 ⇌ Hb(O2)3Hb(O2)3 + O2 ⇌ Hb(O2)4

Hb + 4 O2 ⇌ Hb(O2)4

P50 medida de la concentración de oxígeno

necesaria para saturar 50% de Hb. Cuanto

mayor sea su valor, menor será la afinidad

de la hemoglobina por el oxígeno.



Transporte isohídrico de dióxido de carbono

Efecto Haldane: la desoxigenación de la sangre

aumenta la habilidad de la hemoglobina para transportar

dióxido de carbono.

Efecto Bohr: cuando el pH plasmático disminuye, la

afinidad de la hemoglobina por el oxígeno disminuye

(efecto heterotrópico inhibidor).

Efecto Hamburger: el dióxido de carbono se transporta

en el plasma principalmente en forma de ion

bicarbonato, con el concomitante desplazamiento de

cloruro al interior celular para conservar la

Electroneutralidad.


Un amortiguador ácido- base, es una mezcla de sustancias

(generalmente un ácido débil con su base conjugada) que

permite mantener el pH de un medio estable cuando se le

adicionan sustancias ácidas o básicas.

𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝑳𝒐𝒈𝑨−

𝑯𝑨

Ecuación de Henderson- Hasselbalch: permite determinar el pH de

una solución amortiguadora a partir de la concentración del ácido débil

(HA) y su base conjugada (A-)

Regulación acidobásica


pH = pKa + LogA−

HA

pH = 3.5 + Log24

𝑚𝑚𝑜𝑙

𝐿

3×10−3 𝑚𝑚𝑜𝑙

𝐿

= 7,4

El amortiguador de mayor importancia fisiológica es el par ácido carbónico/

bicarbonato. A la temperatura corporal promedio (37°C), la pKa para ésta

reacción es de 3,5. Bajo estas condiciones, la concentración de ácido

carbónico es de 3,0 E-3 mM, y para el bicarbonato de 24 mM.

pH = pka + LogHCO3

−

H2CO3



Sin embargo, dado que el ácido carbónico es una sustancia altamente inestable, se

toma preferiblemente como sistema amortiguador el conformado por el par dióxido

de carbono/ bicarbonato. El pKa para éste equilibrio es de 6,1 a la temperatura

corporal, y la concentración del dióxido se calcula a partir del producto entre su

presión arterial y la constante de Henry a esta temperatura.

pH = pka + LogHCO3

−

CO2= pka + Log

HCO3−

p vCO2∗ kHCO2

pH = 6.1 + Log24

𝑚𝑚𝑜𝑙

𝐿

40 𝑚𝑚𝐻𝑔 ∗0.03 𝑚𝑚𝐻𝑔= 7,4




Ácidos producidos por el organismo

Fijos 50- 100 mEq/día

Iones hidronio producidos durante el metabolismo de

proteínas que contienen aminoácidos que enlazan

sulfuro (metionina, cisteína) y catiónicos (lisina y

arginina).

Volátiles 10000- 20000 mEq/ día En forma de ácido carbónico.

𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻2𝐶𝑂3 ⇌ 𝐻+ + 𝐻𝐶𝑂3−



Mecanismos de regulación acidobásicos

Regulación respiratoria Eliminación o retención de CO2

Regulación renal

Producción y reabsorción glomerular de HCO3-

Eliminación de H3O+ a través de la neutralización con

tampones de fosfato y amoniaco

Regulación bufferCompartimento Extracelular

Plasma: CO2/HCO3-

(75% capacidad buffer

total)

Hematíes: Hemoglobina.

Proteínas plasmáticas

Compartimento Intracelular NaH2PO4/ Na2HPO4


Trastornos Ácido- Base

Trastorno Ácido- Base Causas Respuesta Etiología

Acidemia

Acidosis respiratoria

Incremento de la

concentración de CO2 por

encima del rango normal

(hipercapnia: paCO2 mayor

36- 44 mmHg) y/o existe

hipoventilación

Aumenta la producción y

reabsorción de HCO3-, y la

excreción de H2CO3

Sustancias depresoras del

SNC, obstrucción de vías

respiratorias (asma , EPOC),

enfermedad neuromuscular

(síndrome de Guillain-

Barré), hipoventilación por

obesidad

Acidosis metabólica

Aumento exógeno o

endógeno de H3O+;

disminución en la producción

y/o reabsorción de HCO3-

Hiperventilación alveolar,

Diarrea, cetoacidosis

diabética, consumo de

metanol.

Alcalemia

Alcalosis respiratoria

Descenso de la concentración

de CO2 por debajo del rango

normal (hipocapnia: paCO2

menor a 36- 44 mmHg) y/o

existe hiperventilación

Disminución en la

producción y reabsorción de

HCO3-

Ansiedad, estrés, fiebre,

mudarse a regiones de

elevada altitud,

medicamentos estimulantes

respiratorios (doxapran)

Alcalosis metabólica

Disminución de H3O+;

aumento en la producción y/o

reabsorción de HCO3-

Hipoventilación alveolar

Vómito, diuréticos,

alteraciones en la función

renal.


Trastornos Ácido- Base

Diagrama de Davenport

El diagrama de Davenport es una

herramienta gráfica y

conceptual que permite describir la

concentración de bicarbonato en la

sangre y el pH seguido a una

perturbación respiratoria o

metabólica. El diagrama representa

una superficie tridimensional y

describe todos los posibles

estados de equilibrio entre el

dióxido de carbono, el

bicarbonato y los hidronios en la

interface alveolo- capilar.


Bibliografía

Boyer, M. (2009). Matemáticas para enfermeras. Guía de bolsillo para cálculo de dosis y preparación de medicamentos.

2 ed. Manual Moderno.

Drucker, R. (2005). Fisiología Médica. México D.F.: Manual Moderno.

Feduchi, E. et al. (2011). Bioquímica. Conceptos Básicos. Madrid: Editorial Médica Panamericana.

Holum, J. (2000). Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de la Salud. México D.F.:

Limusa Wiley.

Lozano, J.A. et al. (2000). Bioquímica y Biología Molecular para Ciencias de la Salud. España: Mc Graw Hill-

Interamericana.

Murray, R. et al. (2009). Harper Bioquímica. México D.F.: Mc Graw- Hill.

Lecturas Complementarias

Heredero, M., mena, V., Riverón, R. (2000). Acidosis láctica: algunas consideraciones. Rev. Cubana. Pediatria. 72 (3),

pp. 183- 193. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-75312000000300004

Montes de Oca, M., Xóchitl, M., Olvera, C., Franco, J. (2010). Ajuste de la relación PaO2/FiO2 a la presión

barométrica. Rev. Asc. Mex. De Medicina Crítica y Terapia Intensiva. 24 (1), pp. 8 -12. Disponible en:

http://www.medigraphic.com/pdfs/medcri/ti-2010/ti101b.pdf


http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-75312000000300004

http://www.medigraphic.com/pdfs/medcri/ti-2010/ti101b.pdf

unidad 2 parte ii equilibrio ácido base

Health & Medicine