Correlación clínica del pH

Traducción hecha en las Universidades de Valladolid y de Alcalá de Henares, España

Problemas de
correlación clínica del pH

Problema 2: el bicarbonato como tampón biológico

Tutoría para ayudar a responder este problema

El bicarbonato es un tampón fundamental en el organismo y normalmente está presente en los fluidos biológicos como bicarbonato sódico (siendo el sodio el principal ion positivo en los fluidos extracelulares). ¿Qué características del bicarbonato sódico contribuyen a su eficacia como tampón biológico?

A. El ion bicarbonato (HCO₃^-) se puede combinar con un protón (H⁺) para formar ácido carbónico (H₂CO₃), absorbiendo así protones de la disolución y elevando el pH sanguíneo.

B. El ácido carbónico, que se puede formar a partir de CO₂ y agua, puede disociarse en H⁺ y HCO₃^- para proporcionar H⁺ y bajar el pH sanguíneo.

C. El ácido carbónico, que se puede formar a partir del bicarbonato, se convierte en CO₂ y agua mediante una reacción enzimática muy rápida.

D. El CO₂, por ser volátil, puede ser rápidamente eliminado del organismo en cantidades variables mediante la respiración.

Tutoría

Tampones biológicos

La capacidad de tamponamiento es una propiedad importante para los sistemas biológicos, donde un rápido cambio de pH puede tener consecuencias desastrosas. Un tampón biológico eficaz debe ayudar a mantener la sangre en el intervalo "seguro" de pH = 7,35 a 7,45 evitando los cambios de pH en cualquier sentido fuera de este intervalo. Los cambios hacia pH ácido (es decir, por debajo de 7,35) son particularmente indeseables dadas las variaciones en la producción de ácidos, como láctico, pirúvico, acético, etc., en el metabolismo. La producción de dichos ácidos en el ejercicio extremo puede bajar el pH de la sangre periférica incluso por debajo de 7,0.

El sistema del tampón bicarbonato es clave en la regulación del pH en la sangre humana y puede responder a los cambios de pH de varias formas:

El ion bicarbonato es realmente la base conjugada del ácido carbónico: H⁺ + HCO₃^- [H₂CO₃] ; pK_a = 6,14
[Reacción ácido-base no enzimática, prácticamene instantánea]
El ácido carbónico, sin embargo, es rápidamente convertido en CO₂ y agua por la anhidrasa carbónica, lo que hace de él una especie transitoria: [H₂CO₃] CO₂ + H₂O ; pK_a = 6,14
[Reacción enzimática con muy alta velocidad]
En relación a los dos productos de la reacción de la anhidrasa carbónica, el agua es fácilmente absorbida por el sistema, mientras que el CO₂ se puede eliminar mediante la respiración. Además, la tasa de eliminación del CO₂ en la respiración está controlada a través de mecanismos neurológicos.
La [HCO₃^-] y la [H⁺] pueden ser controladas (lenta e incompletamente) por mecanismos fisiológicos a nivel renal.

Todas estos aspectos se pueden resumir como sigue:

CO₂	+	H₂O	[H₂CO₃]	H⁺	+	HCO₃^-
producido en el metabolismo		siempre disponible	en equilibrio con las especies de cada lado	producido en el metabolismo		tampón sanguíneo preexistente
eliminado directamente en los pulmones		controlada en el riñón vía mecanismos fisiológicos no relacionados con el pH	convertido en los productos de la izquierda por la anhidrasa carbónica (glóbulos rojos)	control en el riñón o reacción con el bicarbonato para dar los productos de la izquierda		control en el riñón o reacción con los H⁺ para dar los productos de la izquierda

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The Biology Project
Department of Biochemistry and Molecular Biophysics
The University of Arizona
January 19, 1999
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