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UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE MEDICINA HUMANA

SESIÓN TEÓRICA N° 5:

AMORTIGUADORES, BUFFERS O TAMPONES. AMORTIGUADORES FISIOLÓGICOS

• CHANAME ALVARADO CINTHIA GISSELA• COTRINA SERQUERA MARIA ELENA• JUAREZ ANCAJIMA NELLKN JHOEL• MONZÓN MONJE DANIXA • PURISACA ENRIQUEZ SHARON

MG: DOYLE ISABEL BENEL FERNANDEZ

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BALANCE DE HIDROGENIONES Y EL

EQUILIBRIO ACIDO - BASE

• Una persona sana mantiene un BALANCE entre los ingresos y egresos a su compartimiento corporal de iones H+ (40 nanomoles por litro (40 nmol/L = 40 x 10-9 mol/L).

• En condiciones fisiológicas, el pH sanguíneo, que representa el pH extracelular, puede variar entre 7,35 y 7,45.

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pH: Es el logaritmo negativo de la concentración

de iones de hidrógeno libres.

• Puede ser ácido, y se trata entonces de un donante de hidrogeniones (protones) y se subdivide en 2 categorías:

a) metabólicos (el metabolismo de estos ocurre en el hígado y los pulmones)

b) no metabólicos (son excretados por los riñones).

Los ácidos convencionales son el clorhídrico, el sulfúrico, el fosfórico y el carbónico. Todos ellos se disocian liberando protones. Tenemos dos clases de ácidos:

– Ácido fuerte

– Ácido débil• También puede ser básico y es el caso de receptor de

protones.

– base débil

– base fuerte.

pK: Es el pH en el que la sustancia está mitad disociada y mitad no disociada. Determinación Del Pk.- Se determina experimentalmente

obteniendo el valor de pH en la que la el amortiguador alcanza su mayor capacidad buffer.

La relación entre pK y pH está representada matemáticamente por la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log [A-] / [HA]

Donde: [A-] representa la forma desprotonada y [HA] representa la

forma protonada.

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También conocido con el nombre de BUFFER o TAMPÓN, es una sustancia o conjunto de ellas capaces de resistir, MEJOR QUE EL AGUA, un cambio de pH debido al agregado de un ácido o una base. Impide que los H+ queden libres, subtrayéndolos de la solución.

¿Cómo se puede lograr esto?¿Qué pasaría si, por alguna razón, un ácido fuerte se convierte en un ácido débil? Se liberarían menos H+ y el cambio de pH sería menor. Bueno, ese ES el papel de los buffers.

Por lo general, en la sangre y los líquidos corporales hay amortiguadores formados por un PAR de moléculas: UN ÁCIDO DÉBIL Y SU BASE CONJUGADA. ¿Qué es una base conjugada? Una molécula que difiere del ácido en un protón.

La base conjugada tiene un protón menos (de allí su carga negativa) y el ácido débil tiene un protón

más.

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LA PRIMERA LÍNEA DE DEFENSA: Sistema de buffers

1. Bicarbonato/CO2, en el plasma y líquido intersticial.

2. Hemoglobina, en los hematíes.

3. Proteínas plasmáticas.

4. Fosfato dibásico / Fosfato monobásico, en plasma, hematíes y líquido intersticial.

5. Amoníaco / Amonio

CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS BUFFERS

• Cada sistema buffer tiene un valor de pK característico.

• Buenos amortiguadores serán aquellos cuyo pK esté próximo a 7.4.

• Un sistema tampón o amortiguador es usado por el organismo para protegerse de variaciones bruscas de PH.

• Un BUFFER es un sistema formado por un ácido débil y una sal fuerte de dicho ácido, que funciona como base.

• El PH de una disolución reguladora no depende de las concentraciones absolutas de ácido y base o sal si no de la proporción entre las formas disociada y no disociada

• La amortiguación es máxima cuando el PH del medio coincide con el pK del amortiguador.

• Si la diferencia entre el PH y el pK es mayor a 2 entonces no hay capacidad amortiguadora.

• Una base débil actuará como tampón al añadir un ácido fuerte siempre que al reaccionar entre sí quede algún exceso de base.

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SISTEMA AMORTIGUADOR AMONÍACO

• NH₃ (amoníaco) + H⁺ NH₄⁺ (ión amonio)

Es un sistema amortiguador especial del líquido tubular de la nefrona. El AMONIO tiene un protón más que el AMONÍACO, por lo que debe considerarse como ácido débil, y la ecuación de Henderson- Hasselbach puede escribirse:

Producción y secreción de ión amonio (NH4+) por las células tubulares proximales.

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La permeabilidad de la membrana apical para el NH4 + es mucho menor que para el NH3, por lo que el ion amonio formado queda "atrapado" en la luz tubular y se excretará en la orina, llevándose H⁺.

La formación de NH4 + hace que la concentración de H+ libres en la luz tubular disminuya, el gradiente de H+ entre el interior celular y la luz tubular aumente, lo que determina que se secrete más H+ y, consecuentemente, más NH3.

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El amoníaco es secretadoy pasa a la luz tubular donde se encuentra con un medio más ácido, lo que determina que se forme ión amonio.

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EFICACIA DEL SISTEMA NH₃ / NH₄⁺ • El pK de la reacción 9,2• Esto lo convertiría (en orinas de

pH bajos) un sistema amortiguador totalmente ineficaz.

• Sin embargo, el amoníaco tiene la enorme ventaja, frente a otros buffers, de ser SINTETIZADO en las propias células renales y que esta síntesis aumenta con los requerimientos.

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AMORTIGUADORESSISTEMA AMORTIGUADOR BICARBONATO

El sistema HCO3 - / H2CO3 tiene un pK de 6,1, por lo que, al pH sanguíneo de 7,40, estaría lejos de la zona de máxima capacidad buffer y sería poco útil como amortiguador químico. Sin embargo, opera con gran eficiencia para lograr que el CO2 sea transportado y liberado en los pulmones.

• Dada la ecuación: CO2 + H2O H2CO3 HCO3

- + H+

Proceda TOTALMENTE hacia la izquierda, convirtiendo TODO el bicarbonato y el ácido carbónico en CO2. El CO2 total (TCO2) se puede medir, de modo que:

TCO2 = [CO2 disuelto] + [H2CO3]

• El DIOXIDO DE CARBONO DISUELTO se puede calcular conociendo la PCO2 y el coeficiente de solubilidad del CO2.

- Temperatura: 37 °C- PCO2 = 40 mm Hg

- Coeficiente de solubilidad: a) corregido para 0 °C: 0,57 mL/mL de

agua = 570 mL/ L de agua b) para 37 ºC: 570. 310/273 = 647 mL/L

de agua

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Alternativamente, y esto es lo que se hace en la mayoría de los laboratorios, se puede calcular la concentración de bicarbonato en una muestra de plasma usando una ecuación de Henderson-Hasselbach MODIFICADA.

Ésta es la ecuación de Henderson-Hasselbach adecuada al sistema dióxido de carbono-bicarbonato. Permite obtener el pH del plasma a partir de la concentración del bicarbonato y de la presión parcial de dióxido de carbono.

¿SI EL HCO3 - / H2CO3 ES UN MAL BUFFER PORQUE

SU pK ESTA LEJOS DEL pH SANGUINEO, COMO ES QUE ACTUA? Si el HCO3

- / H2CO3 estuviera, en solución, pero en un ambiente cerrado, la observación sobre su relativa ineficacia seria cierta. Pero, como se ve en la misma figura, la sangre, y aquí está la diferencia, es un sistema abierto y cualquier aumento de la pCO2 determina un aumento del flujo de CO2 a través de la membrana alvéolo-capilar y el exceso de CO2 sale del sistema con el aire espirado.

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SISTEMA AMORTIGUADOR PROTEINAS

La hemoglobina es un amortiguador eficaz

dentro de los eritrocitos, la albúmina;

principal proteína amortiguadora en el

plasma.

Amortiguador más abundante en el LIC y en el plasma.

Los grupos funcionales del sistema amortiguador proteínico son el grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2).

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El grupo carboxilo libre actúa como ácido al liberar H⁺ cuando se eleva el pH. En esta forma el H⁺ puede reaccionar con cualquier exceso de OH⁻ en la solución para formar agua.

El grupo amino puede actuar como base y combinarse con H⁺ cuando disminuye el pH. Los grupos amino (- NH₂) son los grupos funcionales comunes que contienen nitrógeno.Los grupos amino son básicos, y frecuentemente llegan a ser ionizados por la adición de un ión de hidrógeno (H⁺), formando grupos amino positivamente cargados (- NH₃⁺).

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ACIDEMIA La albúmina, que tiene una gran fórmula con un extremo amino terminal puede variar su polaridad a necesidad.Esto quiere decir que si el pH de la sangre entra en acidemia, la terminación amino , la neutralizará.

ALCALEMIA O ALCALOSIS

La alcalemia ocurre cuando el nivel de pH

en la sangre aumenta y sobrepasa el 7.45, que

es el limite superior

ALCALEMIA RESPIRATORIA La alcalemia respiratoria es el incremento rápido en la ventilación pulmonar causando una disminución en PaCO₂ (Presión arterial de CO₂)

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SISTEMA AMORTIGUADOR HEMOGLOBINA

• La molécula de HEMOGLOBINA es una compleja molécula de proteína (masa molar 65000 g), que contiene varios protones ionizables.

• La Hemoglobina de la sangre arterial está en un 97% como HbO2 y tiene un pH de 7,4.

• A grandes rasgos se puede tratar como una ácido monoprótico de tipo HHb:

HHb(ac) H+(ac) + Hb-

(ac)

Donde HHb representa la molécula de hemoglobina y Hb- la base conjugada de HHb. La oxihemoglobina (HHbO2), formada por la combinación de oxígeno con hemoglobina, es un ácido más fuerte que HHb:

HHbO2 H+(ac) + HbO2

-(ac)

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• Por la ionización del ácido carbónicoH2CO3 (ac) H+

(ac) + HCO3-(ac)

• Los iones H+ desplazan el equilibrio en favor de la molécula de oxihemoglobina no ionizada:

H+(ac) + HbO2

-(ac) HHbO2(ac)

• Debido a que libera oxígeno con más rapidez que su base conjugada, la formación del ácido promueve la siguiente reacción de

izquierda a derecha: HHbO2(ac) HHb(ac) + O2(ac)

Las moléculas de O2 se difunden fuera del eritrocito y las recogen otras células para llevar a cabo el metabolismo.

• Cuando la sangre venosa regresa a los pulmones, los procesos antes mencionados se invierten. Los iones bicarbonato ahora se difunden en el interior del eritrocito, donde reaccionan con la hemoglobina para formar ácido carbónico

HHb(ac) + HCO3-(ac) Hb-

(ac) + H2CO3 (ac)

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• La mayor parte del ácido se convierte en CO2 mediante la anhidrasa carbónicaH2CO3 (ac) H20(l) + CO2(ac)

• El CO2 se difunde hacia los pulmones y finalmente se exhala. La formación de iones Hb- también favorece la captación de oxígeno en los pulmones

Hb-(ac) + O2(ac) HbO2

-(ac)

SANGRE RETORNA A LOS TEJIDO, CICLO SE REPITELA HEMOGLOBINA ES UN BUFFER

POR SU PARTE PROTEICA• Esto se lo debe a los grupos

IMIDAZOL de la HISTIDINA, un aminoácido de la Hemoglobina.

• La unión de los H+ con la Hb se hace en sitios totalmente diferentes a donde se une la Hb con el O2.

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AMORTIGUADORESSISTEMA AMORTIGUADOR FOSFATOS

H₂PO₄⁻(Ácido débil)

HPO₄⁻²(Base conjugada débil) H⁺

• Presente en líquidos intracelulares y mantiene el pH en torno al 6,86 .

• Las especies del fosfato con capacidad de tamponar son H₂PO₄⁻ y HPO₄⁻² ya que su valor de pK es de 6,8.

+

• Para el tampón fosfato: pH = 6,8 + log HPO4-2 / H2PO4-

• A pH fisiológico de 7,4 la concentración de HPO4-2 (un 80%) es 4 veces superior a la de H2PO4- (un 20%). Así pues, el tampón fosfato es un sistema muy eficaz para amortiguar ácidos.

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HO- + H2PO4- → H2O + HPO4

2-

Ion fosfato Agua fosfato Hidróxido dibásico monobásico (Base fuerte) (Ácido débil) (Base débil)

H + + HPO42- → H2PO4

-

Ion fosfato fosfatoHidrogeno monobásico dibásico(Ácido fuerte) (Base débil) (Ácido débil)

El fosfato dibásico actúa como ácido débil y puede amortiguar bases fuertes que liberan gran cantidad de iones (OH-), como sigue:

Por el contrario, el fosfato monobásico actúa como base débil y puede amortiguar el H+ que liberan ácidos fuertes como el clorhídrico (HCl):

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• La concentración de fosfato en la sangre es baja (2 mEq/L) por lo que tiene escasa capacidad de tamponar si lo comparamos con otros tampones como el bicarbonato.

• El sistema fosfatos es el amortiguador más importante en la orina, debido a que los protones excretados en la orina son principalmente en la forma de la especie H2PO4

-1.

• Durante la acidosis prolongada, la amortiguación por fosfato se relaciona con los huesos debido a que son una buena reserva del fosfato cálcico en forma de hidroxiapatita, el cual no es muy soluble, pero su solubilidad es mayor durante la acidosis y algo de fosfato cálcico en los huesos se convierte en solución.