“ANHIDRASA CARBONICA Y ACIDEZ TITULABLE”

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Bioquímica – Deshidratación Biolog.

Elaborado por: epartamento Ciencias Fisiológicas.

Dr. José J. Marte Septiembre 2004

Santiago, Rep. Dominicana Área Ciencias Fisiológicas.

epartamento de Medicina. PUCMM

1. INTRODUCCION

1.1 Sistemas Buffers (Amortiguadores)

Un BUFFER es un sistema formado por un ácido débil y una sal fuerte de dicho ácido, que funciona como base. En los líquidos corporales, tanto extra como intracelulares, existen buffers cuya misión es amortiguar, es decir, disminuir los cambios de acidez de una solución cuando a ésta se le añade un ácido o un álcali y conseguir, por lo tanto, que el pH de la solución cambie lo menos posible; su efecto es prácticamente inmediato. Lo ideal es que un buffer tenga la misma cantidad de sus dos componentes (ácido y base), para amortiguar tanto un ácido como una base.

Los buffers del compartimento extracelular son los siguientes: a) Bicarbonato/CO2, en el plasma y líquido intersticial. b) Hemoglobina, en los hematíes. c) Proteínas plasmáticas. d) Fosfato disódico/fosfato monosódico, en plasma, hematies y líquido intersticial.

En condiciones normales, el sistema bicarbonato/CO2 representa el 75% de la capacidad buffer total

Los buffers del compartimento intracelular son cuantitativamente más importantes, pero no bien conocidos. Aparte del sistema de la hemoglobina, los más importantes son el del fosfato disódico/fosfato monosódico y el de las proteínas intracelulares (imidazol). Los H+ penetran en las células intercambiándose por Na+, K+ y lactato, y son neutralizados por ellos; este proceso tarda de 2 a 4 horas.

2. ANHIDRASA CARBONICA

2.1 Estructura

La anhidrasa carbónica es una proteína monomérica de 30,000 D de peso molecular cuya síntesis es comandada por el cromosoma 17 (17q21). En los seres humanos, como sabemos, pertenece al tipo de eucariótico de anhidrasa lo que la difiere de su contraparte procariótico por su estructura lineal, aunque ambas constan aproximadamente de 328 aminoácidos. Su centro de actividad (sitio activo) necesita de zinc para su óptima actividad, lo que la convierte entonces en una metaloenzima. Su actividad radica en la función de carbonato deshidratasa la cual le confiere su actividad de biológica sobre los compuestos de un solo carbón (ej. ácido carbónico) y el desarrollo del cerebro. Su ubicación citoplasmática se encuentra no completamente esclarecida

2.2 Actividad Biológica

Como ya se ha comentado, esta enzima interviene en el metabolismo del ácido carbónico y del dióxido de carbono, donde encontramos sitios claves para esta actividad, la sangre y el sistema de túbulos renasles (principalmente borde en cepillo del TCP), con esto creando un efecto de amortiguación o buffer sobre el líquido donde se encuentre y sobre todo para el transporte del CO2 a nivel sanguíneo. Esta proteína con actividad enzimática hidrata el anhídrido carbónico produciendo un protón y un anión bicarbonato de manera reversible. Es particularmente abundante en los eritrocitos. Los inhibidores de la anhidrasa carbónica se utilizan como diuréticos y para el tratamiento del glaucoma. La deficiencia en anhidrasa carbónica produce el síndrome de osteopetrosis tubular con acidosis Los hidrogeniones (H+) por su mayor parte, pasar al hematíe, una vez dentro del mismo, una parte se disuelve, otra se hidrata a bicarbonato, ya que en el hematíe hay abundante anhidrasa carbónica, y otra parte se une a la Hb formando compuestos carbamino. El H2CO3 formado se disocia en HCO3- y H+; la unión del CO2 a la Hb libera también un H+. Estos H+ han de ser neutralizados para evitar el descenso de pH. Tanto los fosfatos intraeritrocíticos como sobre todo la hemoglobina pueden aceptar la mayor parte de estos H+. Cuando la Hb se desoxigena, cada gramo puede aceptar 0.043 mmol de H+, y por cada mmol de Hb que se desoxigena se cede a los tejidos 1 mmol de O2. Como el cociente respiratorio normal es de 0.8, se genera metabólicamente 0.8 mmol de CO2, que al hidratarse dentro del hematíe mediante la anhidrasa carbónica, producen 0.8 mmol de HCO3- y 0.8 mmol de H+; como se ha comentado, cuando 1 mmol de Hb (16.1 g) se desoxigena, puede aceptar 0.053 x 16.1 = 0.7 mmol de H+ sin que cambie el pH. Es decir que 0.7 mmol de los H+ producidos al hidratarse el CO2 dentro del hematíe pueden ser aceptados por la Hb desoxigenada y solo 0.1 mmol de H+ por cada mmol de Hb (alrededor de 4 mmol/l) deben ser amortiguados por los otros buffers. Por esta razón, la sangre venosa es solo ligeramente más ácida (0.04 U pH en condiciones normales) que la arterial. La producción continua de bicarbonato dentro del hematíe hace que su concentración aumente progresivamente; al alcanzar cierto nivel sale al plasma, intercambiándose por el Cl- y agua (efecto Hamburger), por lo tanto parte del CO2 se transporta en la sangre venosa en forma de bicarbonato plasmático, por esta razón el bicarbonato de la sangre venosa es ligeramente más alto (alrededor de 1 mEq/l) que el de la sangre arterial. En el pulmón aumenta la PCO2 del eritrocito, difunde CO2 hacia el plasma, aumentando la pCO2 , debido a su gran capacidad de difusión, el CO2 atraviesa la membrana alvéolo - capilar y se elimina con el aire espirado. La ventilación alveolar está exactamente regulada para que la pCO2 alveolar y en consecuencia la arterial, para que se mantenga en unos 40 mmHg; si la pCO2 arterial aumenta de esta cifra aumenta la ventilación alveolar y por lo tanto la eliminación de CO2, y al contrario.

Luego de lo revisado anteriormente, la reacción que cataliza la anhidrasa carbónica, de manera reversible, se resume en el siguiente esquema:

Los efectos apreciados de la anhidrasa carbónica entonces van dirigidos en sangre a: 1) facilitar el transporte de dióxido de carbono; 2) amortiguar el pH; y 3) facilitar el depósito de oxígeno en los tejidos periféricos y la captación del mismo a nivel pulmonar. Estos efectos se pueden apreciar de mejor manera en el siguiente esquema:

O2

O2

O2

3. ACIDEZ TITULABLE 3.1 Introducción

Como sabemos, la regulación de los hidrogeniones es similar, en cierta forma, a la regulación de los demás iones del organismo y tal como sucede con ellos el riñón juega un papel importante en la regulación de su eliminación, de esta manera ayuda a

la regulación del equilibrio ácido-base produciendo una orina ácida o alcalina de acuerdo a la condición (pH) existente en el organismo en un momento dado. Esto va regulado íntimamente la producción diaria de bases (HCO3-) y la producción de ácidos no volátiles (los volátiles se eliminan por vía pulmonar principalmente) donde el organismo en condiciones normales produce aproximadamente 80mEq diarios los cuales proceden principalmente del catabolismo proteico. En condiciones normales existe una excreción diaria de estos elemento haciendo que sea posible cuantificar, sobre todo, la excreción de ácidos a nivel renal, conociendo esto como acidez titulable en orina. Este procedimiento es útil para el estudio de la actividad secretora de hidrogeniones por el túbulo distal. Por lo tanto valora la función secretora del túbulo distal en nefrona. 3.2 Cuanttificación De La Excreción Ácido-Base Renal 3.2.1 Excreción De Bicarbonato:

Se calcula en función a la diuresis multiplicada por la concentración urinaria de bicarbonato (D o tasa de flujo urinario x U[HCO3-]). Este número indica la rapidez con que los riñones eliminan el bicarbonato de la sangre, que es la misma con que se añaden iones hidrógeno a la sangre. En el caso de una alcalosis, la pérdida de bicarbonato (adición de hidrogeniones) ayuda a la recuperación del pH sanguíneo. 3.2.2 Excreción de iones hidrógeno

La cantidad de bicarbonato nuevo añadido a la sangre es igual a la cantidad de hidrogeniones excretados por el riñón que acaban amortiguados por sistemas distintos al bicarbonato, como lo es el sistema del ión amonio (NH4+) y el fosfato. Por tanto, la cantidad de bicarbonato añadido a la sangre (y de hidrogeniones excretados a través de NH4+) se calculapor la siguiente fórmula: D x U[NH4+]. El resto del amortiguador distinto al bicarbonato y el amonio se mide determinando la acidez titulabe. Denota la cantidad de álcali requerido en la titulación de la orina ácida para alcanzar el pH plasmático.

Si se recoge la orina durante un lapso determinado y se titula con un álcali (base fuerte), a partir de su pH inicial hasta alcanzar el pH sanguíneo, la cantidad de álcali añadido equivale a la acidez titulable urinaria, que se expresa como una cantidad determinada de miliequivalentes de hidrógeno excretado en el mismo tiempo. En condiciones fisiológicas la acidez titulable urinaria se debe en gran parte a los fosfatos y otros amortiguadores orgánicos. Los fosfatos en el plasma se encuentran en su mayor parte el estado dibásico (Na2HPO4), se transforman en el túbulo distal en fosfato ácido monosodico,

dentro de la célula, por acción de la anhidrasa carbónica a expensas del CO2 y H2O. El ácido carbónico se disocia en ión bicarbonato (CO3-) e H+.

El ión atraviesa la membrana celular y llega a la luz tubular donde reemplaza a un catión de fosfato dibásico, transformándolo en fosfato ácido monosodico. El catión sodio liberado pasa a la célula y se une al anión del ácido carbónico para formar bicarbonato que pasa a la sangre, mientras que el fosfato ácido monosódico es elimina por la orina.

La excreción de acidez titulable es una aproximación a la cantidad de HCO3-

regenerado como resultado de una reducción del pH urinario por debajo del plasmático.

Entonces, luego de lo revisado anteriormente, se puede determinar la excreción neta de ácidos por los riñones revisando la siguiente fórmula:

Excr. neta= (excreción NH4+) + ácido titulable – excreción HCO3-

Para mantener el equilibrio ácido-base, la excreción neta de ácido debe ser igual a la producción de ácidos no volátiles por el organismo. Además, la excreción neta es también igual a la adición neta de bicarbonato a la sangre, por tanto en una condición donde haya una excreción elevada de NH4+ y de ácido titulable, se produce una adición de bicarbonato a la sangre. En el caso de la aparición de una alcalosis, la excreción neta de ácidos llega a ser un valor negativo, esto significa que existe un pérdida neta de bicarbonato a partir de la sangre (lo mismo que añadir hidrogeniones a la sangre), mientras que los riñones no generan nuevo bicarbonato.