pH fisiológico y tampones

El pH fisiológico es una forma de cuantificar el equilibrio entre ácidos y bases en el organismo. De hecho, el pH depende de la concentración de iones de hidrógeno y puede describirse con esta ecuación.

Las células y enzimas de nuestros tejidos y órganos funcionan mejor cuando la concentración de iones de hidrógeno es de 40 x 10-9 Eq/l o 40 nEq/L.

Los pequeños cambios en esa cifra tienen mucha importancia, y como puede resultar molesto trabajar con números tan pequeños, los científicos convirtieron esta concentración en una función logarítmica y la expresaron como pH.

En este caso, una concentración de iones de hidrógeno de 40 x 10-9 ne/l, equivale a un pH de 7,4. Al utilizar esta función logarítmica es preciso recordar dos aspectos importantes.

En primer lugar, a medida que aumentan las concentraciones de hidrógeno, el pH disminuye, debido al signo negativo situado delante del logaritmo.

En segundo lugar, al tratarse de una función logarítmica, el pH y la concentración de iones de hidrógeno no tienen una relación lineal.

Por ejemplo, un aumento del pH de 7,4 a 7,6 significa una disminución de la concentración de hidrógeno de 15 nEq/l. En cambio, una disminución del pH de 7,4 a 7,2 revela un aumento de la concentración de hidrógeno de 23 nEq/l.

Por eso, el gráfico de la concentración de iones de hidrógeno frente al pH describe una curva, y no una línea recta. Para simplificar, cuando el pH del cuerpo desciende por debajo de 7,4, se considera acidemia, y cuando sube por encima de 7,4, se habla de alcalemia.

Por lo tanto, debido a esta relación logarítmica, un cambio en el pH en el intervalo ácido, pH < 7,4 mostrará un cambio mayor en las concentraciones de hidrógeno que si el mismo cambio ocurriera en el pH en el intervalo alcalino, pH > 7,4.

Mantener un pH entre 7,37 y 7,42 es esencial para el cuerpo humano. Esto se consigue con amortiguadores.

En el lenguaje cotidiano, un "amortiguador" es algo que actúa a modo de amortiguador o escudo protector, y lo mismo sucede con los amortiguadores fisiológicos: evitan que el pH suba o baje demasiado rápido.

La razón por la que el cuerpo necesita amortiguadores es que los ácidos (moléculas que ceden fácilmente sus iones de hidrógeno) son generados por el cuerpo durante todo el tiempo.

Estos iones de hidrógeno adicionales desplazarían el pH hacia la zona ácida, por lo que el organismo necesita una forma de manejarlos sin que se produzca un cambio importante en el pH general.

Para conseguirlo, los amortiguadores pueden absorber algunos de estos iones de hidrógeno sobrantes y evitar así que el pH descienda demasiado.

Los amortiguadores suelen ser un ácido débil con su forma de base conjugada, o una base débil con su forma de ácido conjugado.

El amortiguador más importante del organismo es el ácido carbónico débil H2CO3 y su base conjugada, el ion bicarbonato HCO3-.

El ácido carbónico se forma cuando el dióxido de carbono se combina con el agua con la ayuda de la enzima anhidrasa carbónica.

Como ácido débil, el ácido carbónico H2CO3 se disocia fácilmente en iones de hidrógeno H+ e iones bicarbonato HCO3-. Evidentemente, estas reacciones son reversibles y también pueden producirse en sentido contrario.CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-De hecho, debido a que el ácido carbónico es un ácido tan débil, cuando la concentración de iones de hidrógeno es baja, dejará caer su ion hidrógeno y la ecuación se mueve hacia la derecha, produciendo más bicarbonato y un ion hidrógeno, y cuando hay muchos iones de hidrógeno alrededor, el bicarbonato se unirá a uno y formará ácido carbónico, que puede ir en la otra dirección y dividirse en agua y dióxido de carbono.

El dióxido de carbono puede ser exhalado a través de los pulmones. Imagine que tiene un fluido extracelular con una cantidad normal de iones H+ que lo sitúan en el rango fisiológico normal de pH.

Ahora echamos un poco de NaOH, o hidróxido de sodio, que es una base fuerte. Esto significa que en el agua se disocia completamente en iones sodio Na+ e iones de hidróxido OH-.

Los iones de hidróxido OH- se unen a los iones de hidrógeno H+, formando agua, haciendo que el fluido sea más básico, ya que hay una disminución de iones de hidrógeno H+, lo que aumenta mucho el pH.

Ahora bien, cuando existe gran cantidad de CO2, reacciona con el agua para formar más ácido carbónico H2CO3, que se divide en iones bicarbonato e iones de hidrógeno, sustituyendo rápidamente los iones de hidrógeno H+ y amortiguando el pH, manteniéndolo en un intervalo normal.

Imagine, por otra parte, que se vierte HCl en el líquido, o ácido clorhídrico, que es un ácido fuerte. Se disociaría completamente en iones de hidrógeno H+ y un gran número de iones cloruro Cl-.

Sin un amortiguador, esto haría que se volviera ácido, ya que hay más H+, y, por lo tanto, el pH bajaría. Los nuevos iones de hidrógeno H+ serían captados instantáneamente por los iones bicarbonato HCO3- y convertidos en ácido carbónico H2CO3, que se disociaría en dióxido de carbono CO2 y H2O.

Una vez más, este amortiguador normaliza el pH. Lo positivo es que existe un aporte muy elevado de ácido carbónico, ya que se forma a partir de dióxido de carbono CO2 y H2O, muy abundantes en el cuerpo.

Por último, si hay demasiado dióxido de carbono CO2, es expulsado por los pulmones, y si la cantidad de iones bicarbonato HCO3- es excesiva, estos iones son eliminados por los riñones.

Además, del sistema amortiguador de bicarbonato, también existe el sistema amortiguador de fosfato. De nuevo, se trata de una mezcla del ácido débil dihidrogenofosfato H2PO4- y su base conjugada monohidrogenofosfato HPO42-.

El dihidrogenofosfato tiene dos hidrógenos y siempre está dispuesto a ceder uno de ellos para convertirse en monohidrogenofosfato HPO42-, que tiene un solo hidrógeno.H2PO4- H+ + HPO42 Ahora bien, el líquido extracelular y, especialmente, el plasma también están llenos de proteínas, como la albúmina, que sirven como otro sistema amortiguador extremadamente importante.

Esto se debe a que algunos de los aminoácidos de las proteínas tienen expuestos grupos carboxilo —COOH, que actúan como ácidos débiles, lo que significa que están preparados para liberar iones de hidrógeno H+ cuando el pH empieza a subir:—COOH —COO- + H+, mientras que otros tienen expuestos grupos aminos —NH2 que actúan como bases débiles, lo que significa que pueden unir un ion hidrógeno, impidiendo que disminuya el pH:—NH2 + H+ —NH3+.En otras palabras, una sola molécula de proteína puede actuar como un ácido o como una base, dependiendo del pH que tenga que afrontar.

No obstante, a diferencia del sistema amortiguador de bicarbonato, en el plasma sanguíneo hay un número limitado de proteínas, lo que limita su capacidad de amortiguación.

Hasta ahora hemos explorado el líquido extracelular, pero el pH intracelular, el existente dentro de las células, también tiene que mantenerse equilibrado.

Las células están llenas de proteínas y constituyen el amortiguador intracelular más importante. Un ejemplo es la hemoglobina de los eritrocitos.

La hemoglobina puede unir de forma reversible iones de hidrógeno H+, que se enlazan a la propia proteína, u O2 que se une al hierro del grupo hemo; lo interesante es que, cuando se une uno de ellos, se libera el otro.

Así que, cuando los eritrocitos están en los capilares de varios tejidos, los niveles de O2 son bajos, y los de CO2, elevados.

El CO2 se difunde en los eritrocitos, donde la enzima anhidrasa carbónica combina H2O con CO2 para formar ácido carbónico, H2CO3, que posteriormente se disocia en H+ y HCO3-.

Dada la alta cantidad de CO2, la reacción continúa en la dirección de generar más H+ y HCO3-, y con el tiempo la acumulación de iones de hidrógeno puede hacer que el pH descienda.

Para evitar que la concentración de iones de hidrógeno aumente demasiado deprisa, cada hemoglobina desoxigenada se une a los iones de hidrógeno.

El bicarbonato HCO3-, por su parte, se desplaza hacia el plasma a cambio de iones cloruro Cl-. Este intercambio, denominado desplazamiento de cloruro, mantiene equilibradas las cargas positivas y negativas.

Ahora bien, una vez que el glóbulo rojo llega a los capilares de los pulmones, hay un bajo nivel de dióxido de carbono y un alto nivel de O2, por lo que el proceso se invierte.

El oxígeno se une a la hemoglobina y se liberan iones de hidrógeno H+. El bicarbonato vuelve a entrar en el eritrocito y se combina con los iones de hidrógeno para formar ácido carbónico, que se disocia en H2O y CO2, y el CO2 es exhalado por los pulmones.

El líquido intracelular también tiene grandes cantidades de fosfatos orgánicos, como el ATP y la glucosa-6-fosfato, que pueden servir de amortiguadores intracelulares.

El grupo fosfato de estas moléculas orgánicas puede actuar como fuente o sumidero para el exceso de iones H+ de hidrógeno.

Y ahora, un resumen rápido: el pH fisiológico se sitúa entre 7,37 y 7,42. El organismo utiliza sistemas amortiguadores para mantener el pH dentro de este intervalo.

Los amortiguadores son pares de un ácido débil y su base conjugada o una base débil y su ácido conjugado, y su función fisiológica en el organismo es resistir a los cambios de pH.

Los amortiguadores más importantes en el líquido extracelular son el bicarbonato, el fosfato y las proteínas plasmáticas, mientras que dentro de las células son las proteínas, como la hemoglobina, y los fosfatos orgánicos, como el ATP.

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