Download - Sem2 Equilibrio AB
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
1/27
SEMINARIO
Tema: Equilibrio cido -base
OBJETIVOS:
Al finalizar la clase el alumno deber ser capaz de:
- Interpretar el concepto de equilibrio qumico aplicado a la disociacin decidos y bases dbiles. Interpretar los conceptos de producto inico del agua ypH
-Calcular el pH de soluciones de cidos y bases
- Calcular la concentracin de [H+], [Aceptor de H+] o [Dador de H+] a partir dela ecuacin de Henderson-Hasselbach- Calcular el punto isoelctrico (pI) de aminocidos con cadena lateral no polaro con grupos Ionizables
- Describir cmo se mantiene el equilibrio cido-base del metabolismo celular ycorporal
- Identificar diferentes patologas asociadas al equilibrio cido-base corporal.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
2/27
cidos y Bases
Desde que en 1884 el qumico sueco Svante August Arrhenius sentara las
bases de la disociacin inica en su tesis doctoral, un cido se defini como
una sustancia que, en solucin, desprende protones (H+), mientras que una
base es una sustancia que, en solucin, desprende iones oxhidrilo (OH-). Si las
cantidades de H+ y de OH- son idnticas, la solucin resulta neutra.
El qumico dans Johannes Nicolaus Bronsted sugiri en 1923 una definicin
ms general. Un cido no desprende simplemente un protn. El protn, una
vez desprendido de la molcula de cido, debe unirse rpidamente a otra
molcula. Por eso se habla habitualmente de pares cido-base siendo el cido
aquella molcula que en solucin libera H+ mientras que la base es aquella
molcula que en solucin capta H+. Cada cido y cada base tienen su
correspondiente base conjugada y cido conjugado respectivamente que
difieren por el H+ cedido o captado.
Por ejemplo: el cido actico y el in acetato forman un par cido-base
conjugados:
cido actico anin acetato
H3C-COOH H3C-COO- + H+
cido conjugado base conjugada
Una reaccin cido-base consiste en la transferencia de H+ desde un cido a
una base, es decir que el cido slo ceder H+ si est en presencia de una
base que los acepte. Por lo tanto, se requerir la participacin de otra sustancia
que, por lo general y tratndose especialmente de los lquidos biolgicos, ser
el agua (solvente universal).
De este modo, el agua acta como base:
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
3/27
cido actico agua anin acetato catin hidronio
H3C COOH + H2O H3C COO- + H3O
+
cido base base cidoconjugado 1 conjugada2 conjugada 1 conjugado 2
donde el cido 1 y la base 1 forman un par conjugado mientras que el cido 2 y
la base 2 forman otro par conjugado.
El agua tambin puede actuar como un cido:
amonaco agua in amonio in oxhidrilo
NH3 + H2O NH4+ + HO-
base cido cido baseconjugada 1 conjugado 2 conjugado 1 conjugada 2
donde el cido 1 y la base 1 forman un par conjugado mientras que el cido 2 y
la base 2 forman otro par conjugado.
El agua se puede comportar como cido o como base. Las sustancias que
como el agua tienen propiedades tanto cidas como bsicas se llaman
anfprtcas.
DISOCIACION DEL AGUA. CONCEPTO DE pH
El agua se disocia de acuerdo a la ecuacin:
H2O ========== H+ + OH-
El protn proveniente de la disociacin interactuar con el oxgeno de otramolcula de agua, formando el in hidronio, H30+. Por conveniencia no se
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
4/27
representar como hidronio sino como H+, aunque debe tenerse presente que
la especie H30+ es la realmente presente. A 25C el valor de K es muy
pequeo, del orden de 10-16, lo cual indica que el agua est muy poco
disociada:
[H+] [OH-]
K= ---------------- = 1,8 x 10-16 M
[H20]
La ecuacin puede plantearse como se indica:
K[H20] = [H+] [OH-] (1)
Considerando 1 litro de agua, el peso de la misma ser de 1 kg. La
concentracin molar del agua ser:
masa/ PM 1000 gr/18 gr mol-1
[H20]= ---------------- = ------------------------------------Volumen 1 litro
[H20] = 55,5 moles/litro = 55,5 M
Reemplazando en la ecuacin (1), queda:
K[H20] = [H+] [OH-]
1,8 x 10-16 M x 55,5 M = [H+] [OH-]
10 -14 M2 = [H+] [OH-]
El valor de K x 55,5 M es una constante e igual al producto de las
concentraciones de H+ e OH- y se denomina producto jnico del agua, Kw :
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
5/27
KW = 10 -14 M2 = [H+] [OH-] (2)
En el agua pura, la concentracin de protones es igual a la de hidroxilos, demodo que si se sustituye [OH-] por su equivalente en la ecuacin (2), queda:
[H+] [OH-] = 10 -14 M2
[H+]2 = 10 -14 M2
[H+] = (10 -14 M2) = 10 -7 M
Es decir, en el agua pura, la concentracin de protones es 10-7 M e igual a laconcentracin de hidroxilos.
El equilibrio entre las especies H20, H+ e OH- tambin existe en soluciones
acuosas que contienen otras sustancias disueltas. Si las sustancias disueltas
alteran la concentracin de H+ o de OH- , tal como ocurre con la adicin de un
cido o una base, deber ocurrir un cambio paralelo en la disociacin del agua
para contrarrestar el efecto (Principio de Le Chatelier).
Por ejemplo si agregamos al agua cido clorhdrico, ste se disocia:
CIH ------> CI- + H+
Por lo tanto, aumenta la concentracin de protones. Al mismo tiempo, el
equilibrio de disociacin del agua:
H2O ========== H+ + OH-
se desplazar hacia la izquierda, lo cual compensa el efecto del agregado del
cido. El valor de Kw permanece inalterado.
Si a 1 litro de agua se agrega CIH de manera que la concentracin final de ste
sea 10-3 M , el planteo numrico del caso es el siguiente:
[CI-] = 10-3 M y [H+] = [H+] ClH + [H+]H2O
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
6/27
donde [H+]CIH y [H+]HzO denota la concentracin de protones que aporta la
disociacin del cido clorhdrico y el agua respectivamente.
La concentracin de protones que aporta la disociacin del agua es mucho
menor que la que aporta la disociacin del CIH 10-3 M, por lo cual los protones
del agua son despreciables frente a 10-3 M.
(Importante: Tener en cuenta que en este caso la concentracin de protones que
aporta el agua es despreciable frente a la que aporta el ClH porque ste esta en una
solucin suficientemente concentrada, 10-3 M. Si la concentracin de CH es muy baja,
por ejemplo 10-10 M, entonces sta es despreciable frente a la concentracin de
protones que aporta el agua).
[H+] =[H+]CIH + [H+]H20
[H+] =10-3 M
De acuerdo a la ecuacin (2):
10-14 = 10-3 x [OH-]
10-14--------- = [OH-] = 10-1110-3
La concentracin de hidroxilos desciende desde 10 -7 M en el agua pura hasta
10-11 M luego de haber disuelto CIH en cantidad suficiente como para obtener
una concentracin 10-3 M de este.
Concepto de pH
Las reacciones qumicas en medio acuoso son profundamente infludas por la
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
7/27
concentracin de protones en el medio, como ocurre en los sistemas
biolgicos, razn por lo cual la determinacin de la misma constituye un tema
importante en el estudio bioqumico.
En 1909 el qumico dans Sorensen propuso expresar la concentracin molar
de H+ disociados aplicando el logaritmo negativo, denominndose pH al valor
resultante:
pH =-log [H+]
Se define potencial de hidrgeno o pH de una solucin acuosa como el
logaritmo de la inversa de la concentracin de protones.
De manera similar, la concentracin de iones hidroxilos se expresa como pOH :
pOH =-log [OH-]
Dado que [H+] [OH-] = 10-14, aplicando -log a ambos trminos de la igualdad
queda:
-log { [H+] [OH-] } =-log 10-14
-log [H+] -log [OH-] = 14pH + pOH =14
En el agua pura, [H+] = [OH-] =10-7, de modo que pH =pOH =7.
La escala de pH tiene un rango de O a 14. El valor medio (pH =7) corresponde
a la neutralidad. Las soluciones de pH menor a 7 resultan cidas y las de pH
mayor a 7 bsicas o alcalinas.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
8/27
Por lo tanto, las expresiones fundamentales para la resolucin de problemas de
pH son:
Un cido o base fuerte, al disolverse en agua, se disocia totalmente. Un cido
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
9/27
dbil en cambio, es aquel que solamente libera una fraccin de H+. De cada
100 molculas en solucin existen, por ejemplo, slo 25 disociadas y el grado
de disociacin es, en este caso, del 25%. Para los cidos dbiles se establece
entonces un equilibrio:
AH + H2O A- + H3O+
caracterizado por la constante de disociacin Ka que se define a partir de la
expresin de equilibrio:
[A-] x [H+]Ka = ------------------
[AH]
donde los corchetes indican las concentraciones molares de las sustancias en
el equilibrio.
La tendencia de cualquier cido dbil a disociarse, es decir, la "fuerza del
cido", est dada por la constante de disociacin Ka. Cuanto mayor es Ka,ms disociado est el cido y mayor es su fuerza. Llamamos pKa al valor
de la expresin
pKa= - log Ka.
El pKa sirve tambin como indicador de la fuerza del cido. A menor pKa,
mayor es la fuerza del cido. Por ejemplo:
Ka pKacido actico 1,74 x 10-5 4.76cido lctico 1,38 x 10-4 3.86
Si bien los dos son cidos dbiles, el cido lctico es menos dbil que el cido
actico.
Para una base dbil se establece entonces un equilibrio:
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
10/27
BOH B+ + HO-
caracterizado por la constante de disociacin Kb que se define a partir de la
expresin de equilibrio:
[B+] x [OH-]Kb = ------------------
[BOH]
donde los corchetes indican las concentraciones molares de las sustancias en
el equilibrio. Llamamos pKa al valor de la expresin
pKb= - log Kb.
Titulacin
Cuando un cido y una base se combinan en una relacin estequiomtrica se
neutralizan mutuamente. Cada equivalente de H+ liberado por el cido
reacciona con un equivalente de OH- de la base con la consecuente
formacin de H2O.
La titulacin consiste en la adicin de sucesivas cantidades de una base o de
un cido fuerte a una solucin de cido o de base a titular con la medicin
simultnea de su pH, hasta el punto de equivalencia en el cual los equivalentes
de cido y de base se igualan. La titulacin permite determinar la concentracin
del cido (o de la base) en solucin.
Por ejemplo: se tiene un volumen conocido de una solucin de cido de
concentracin desconocida. Para determinar la concentracin del cido se le
agrega una solucin de una base de concentracin conocida y se mide el
volumen de base consumido para llegar al punto de equivalencia. El punto de
equivalencia se determina por medio de un sistema indicador de pH (colorante
que cambia de color de acuerdo al pH del medio).
En el punto de equivalencia se cumple:
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
11/27
Agitadormagntico
Barramagntica deagitacin
Matraz
llave
bureta
Nivel detitulador
Solucina titular
n equivalente cido= n equivalente base
n0 equivalente cido= N cido x V cido
n0 equivalente base = Nbase x V base entonces
Ncidox Vcido = Nbasex Vbase
A partir de esta ecuacin se puede calcular la concentracin del cido.
Curvas de titulacin
Cuando se titula un cido, se puede graficar el pH resultante despus de cada
incremento de base fuerte, (por ejemplo: NaOH), en funcin de los equivalentes
de base agregados. De igual manera, cuando se titula una base se puede
graficar el pH que resulta despus del agregado de cido fuerte, en funcin delos equivalentes de cido agregados Se denomina a estos grficos curva de
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
12/27
titulacin. Las curvas de titulacin son diferentes segn se trate de cidos
fuertes o de cidos dbiles ( o bases)
Si se titula un cido fuerte, a
medida que se aade NaOH
la solucin va pasando de
cida (pH < 7) , a bsica (pH
> 7). Se observa que en las
proximidades del punto de
equivalencia el pH aumenta
rpidamente. Ello se debe a
que la disociacin del cido
es completa:
AH + H2O A-
+ H3O+
A diferencia de los cidos fuertes, la disociacin de los cidos dbiles responde
a un equilibrio:
AH + H2O A- + H3O+
En este caso, la curva de titulacin presenta una zona plana ("meseta")
alrededor del punto medio de la titulacin. A medida que se agrega ms base
fuerte, la [A-] va aumentando hasta que cuando se haya llegado al punto de
equivalencia, la [AH] ser despreciable.
[A-] x [H+]Ka = ------------------
[AH]
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
13/27
Si se aplica log.
[A-] x [H+]log (Ka) = log ( ------------------ )
[AH]
Ecuacin de Henderson-Hasselbalch
[A-]pH = pKa + log ( -----------)
[AH]
Cuando [A-] = [AH], se cumple que el pH = pKa. De este modo, el pKa
corresponde al pH del medio en el cual la concentracin de un cido y la de su
base conjugada es la misma.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
14/27
Las formas de las curvas de titulacin son muy semejantes para todos los
cidos dbiles. La diferencia es que las mismas se hallan desplazadas a lo
largo de la escala de pH.
El resultado de la titulacin indica si la solucin acta o no como buffer (tampno amortiguador), es decir, si puede amortiguar las variaciones de pH, dentro de
un cierto rango, en respuesta al agregado de un cido o de una base. En otras
palabras, un sistema formado por un cido dbil y su base conjugada acta
como buffer porque ante el agregado de una base (o un cido) no se producir
un cambio notable del pH: se agrega base y el pH permance constante (meseta
de la curva de titulacin). Esto sucede cuando las concentraciones de cido y
base son aproximadamente iguales (AH = A-
)
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
RESOLUCIN DE EJERCICIOS TIPO
1) a) Calcular la [H+] de una solucin 0.025 M de un cido fuerte diprtico.
b) Calcular el pH, pOH y [OH-] de dicha solucin.
a) Tomemos el caso de un cido fuerte diprtico, como el H2S04, entonces0.025 moles de un cido AH2 en 1 litro de solucin se disocia inmediatamente
en 0.025 moles de A- y 0.050 moles de H+.
En general para cualquiercido fuerte diprtico
AH2 A- + 2H+
En particular para el cido sulfrico.
H2SO4 SO42- + 2H+
Inicial 0.025 M 0 0
Final 0 0.025 M 0.050 M
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
15/27
El agua tambin se disocia liberando OH- y H+, pero al comportarse como un
cido dbil en este caso, su contribucin es despreciable en comparacin con
el aporte de H+ proveniente de la disociacin del cido fuerte AH2.
Por lo tanto la [H+]= 0,050 M.
b) Sabiendo que el producto [H+] . [OH-] es una constante (e igual a 10 -14) y
slo se modifica por la temperatura y conociendo algunos parmetros, tales
como [H+], [OH], pH o pOH, se pueden conocer los otros tres restantes
parmetros.
En este ejemplo, conociendo [H+] = 0,050 M = 5,0 10 -2 M
pH = -log (5,0 10 -2) = 1,3
pOH= 14 - pH= 12,7
entonces
10 -14 M2[OH-] = ----------------------= 2.0 10-13 M
5.0 10-2
M
2) a) Calcular el pH, pOH, [OH-] y [H+] de una solucin 20 mM de un cido
dbil cuya pKa = 6;63
b) Calcular el grado de ionizacin del cido.
a) Como el cido es dbil, hay una disociacin parcial del mismo. En otras
palabras, al llegar al equilibrio coexisten el cido no disociado, su base
conjugada y los protones liberados. Son cidos dbiles el H2C03, H3P04, R-
COOH, NH4+' R-NH3+, etc.
Como es un cido dbil se puede plantear el correspondiente equilibrio.
Si 20 mM = 0,020 M, entonces,
AH -------------:> A- + H+
inicial 0,02 M 0 0
final 0.02 x x x
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
16/27
donde x = [H+] en el estado de equilibrio.
Como la pKa = 6,63 y la Kw = 10-14, entonces Ka> >
Kw, con lo cual se
desprecia el aporte de H+ provenientes de la disociacin del agua.
[A-] [H+] x . xKa= ------------------ = ----------------- = 2.3 x 10-7
[AH] (0.02 x )
Como Ka es muy pequea, entonces el cido es dbil, lo cual indica que el
cido se disoci poco. Por lo tanto se despreciax
frente a la concentracin
inicial (AHinicial en este caso particular 0.02 M).
Como regla general, se puede despreciar (x) frente a AHinicial, siempre que:
(AHinicial)
------------- 100Ka
Esto permite despreciarx frente al valor de (AHinicial)en el trmino (AHinicial - x),
por lo tanto
x . x x2Ka = ----------- = ---------- = 2,3 10-7 M2
(AHinicial) 0.02 M
Entonces, x = (0,02 .2,3 10-7 )1/2 = 6,8 .10-5 M
x =[H+] = 6,8 .10-5 M
pH = - log [H+] = 4,2
pOH = 14 - pH = 14 - 4,2 = 9.8
[OH-] = 1,6 10-10 M
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
17/27
b) El grado de ionizacin () es la proporcin de moles que se disocian por
cada mol de cido o base inicial presente en la solucin.
moles disociados X 6,8 10-5 M = ------------------------------ = ----------------= ---------------------- = 0,0034
moles iniciales (AHinicial) 0,02 M
= 0,0034 o % = 0.34 %
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
18/27
AMINOACIDOS COMO ACIDOS Y BASES
La existencia en una misma molcula de por lo menos un grupo cido (grupo
carboxilo) y un grupo bsico (grupo amino) da a los aminocidos caractersticasparticulares.El grupo carboxilo se comporta como dador de H+
R-COOH R-COO- + H+ pKa COOH = 1,7-2,4
Mientras que el grupo amino se comporta aceptando H+.
R-NH2 + H+ R-NH3+ pKa NH3+ = 9-10
Todo compuesto que puede donar o aceptar protones sedenominan anflitos o anfteros.
Consideremos un aminocido con una cadena lateral nopolar como la glicina.
La estructura central es denominada in dipolar a pesar detener carga neta cero (suma de cargas totales). Al pH en el cualexiste predominantemente la especie con carga neta cero sedenomina punto isoelctrico (pI), en estas condiciones lamolcula no migra en un campo elctrico.
Como regla general se puede calcular el pI como el promedio de los dos pKa
de los equilibrios que involucran a la especie con carga neta cero.
Para el caso de la glicina, o cualquier aminocido con una cadena lateral no
polar, se calcula de la siguiente manera:
PKa1 + pKa2pI = ---------------------
2
COOHCH2H3N
H
COOCH2H3N
H
COOCH2H2N
Cation cido Ion dipolar Anin bsicopKa 1= 2,3 pKa 2= 9,8
COOHCH2H3N
HH
COOCH2H3N COOCH2H3N
HH
COOCH2H2N
Cation cido Ion dipolar Anin bsicopKa 1= 2,3 pKa 2= 9,8
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
19/27
y todos ellos tienen un valor cercano a 6.
En el caso de tener aminocidos con una cadena lateral polar, la situacin esalgo diferente, ya que este nuevo grupo de la cadena lateral en la mayora delos casos se puede ionizar.
Tomemos el ejemplo de un aminocido cido, como el cido asprtico, en estecaso tenemos tres equilibrios que se describen a continuacin.
Para este caso el clculo del pI seria:
Pka1 + pKa2pI = ---------------------
2
Y el pI tiene un valor de cercano a tres.Un caso particular es el de la histidina ya que el grumo imidazol presente eneste aminocido tiene un pKa = 6,0, por lo tanto los equilibrios son lossiguientes:
El clculo del pI involucra a los pKa2 y pKa3, siendo su valor es 7,5.
Confirindole caractersticas cido-base particulares a este aminocido.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
20/27
BUFFERS
Las soluciones de cidos dbiles y sus bases conjugadas se comportan como
"soluciones amortiguadoras" o "buffers" ya que tienden a resistir los cambiosde pH. El efecto amortiguador se produce debido al equilibrio:
AH + H2O A- + H3O+
Por ejemplo si el sitema buffer esta constitudo por AH y A- en medio acuoso,
estas especies estarn en equiibrio de acuerdo a la ecuacin anterior. Si se
agrega un cido (por ejemplo ClH) , aumentar la [H+], lo cual determina que
el equilibrio se desplace hacia la izquierda favoreciendo la formacin del
cido, lo cual consumir los protones aadidos. Si en cambio se agrega una
base (por ejemplo NaOH), se producir inicialmente una disminucin de la
[H+] debido a que los hidroxilos liberados reaccionan con los protones y esto
favorecer la disociacin del cido (el equilibrio se desplazar hacia la
derecha) que repondr los H+ gastados.
La eficacia del amortiguador o tampn depende del pH del medio y es
mxima cuando este valor es prximo al pKa.
BUFFERS BIOLGICOS
El metabolismo celular genera permanentemente agua, calor y metabolitos
cidos.
Estos ltimos comprenden:
1.- cidos voltiles: el dixido de carbono (CO2) es un importante producto
final de la oxidacin de glcidos, lpidos y aminocidos. Se lo considera
"cido" en virtud de que reacciona con el agua para formar cido carbnico
(H2CO3, el cual, por ser un cido dbil, se disocia en bicarbonato (HCO3-) y
H+.
CO2 + H2O H2CO3
H2CO3 + H20 HCO3-+ H30+
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
21/27
Se denomina "voltil" debido a que es un gas y puede ser eliminado por los
pulmones.
2.- cidos fijos: cido sulfrico (H2SO4) y cido fosfrico (H3PO4) provenientesprincipalmente de las protenas de cuyo metabolismo procede alrededor del
65% del total; fundamentalmente de la oxidacin de los aminocidos azufrados
para dar H2SO4 y de las fosfoprotenas para dar H3PO4. Este ltimo tambin es
producto del metabolismo de los cidos nucleicos y de los fosfolpidos. Estos
cidos deben ser neutralizados y posteriormente eliminados por los riones.
Por ejemplo, las dietas de leche y carne generan unos 70 meq de H+ por da y
los riones tienen que excretar a diario una cantidad semejante para mantenerel pH sanguneo.
3.- cidos orgnicos: la oxidacin parcial de glcidos, lpidos y aminocidos da
lugar a la formacin de cidos orgnicos (lactato, piruvato, acetoacetato, -
hidroxibutirato) siendo todos ellos cidos dbiles capaces de liberar H+.
Como se ve, la produccin potencial de H
+
en el organismo es enorme. Con unpH plasmtico normal de 7,4, la [H+] libres es slo de unos 0,0000398 meq/l.
Esta concentracin se debe mantener dentro de lmites muy estrechos ya que
de ella depende la acidez del medio que es un determinante fundamental de
las funciones celulares. Estos valores se conservan gracias a la accin de dos
mecanismos: los amortiguadores o buffers por un lado y los sistemas
respiratorio y renal como excretores de cidos por el otro.
Los sistemas buffers se pueden dividir en:
1.- extracelulares: HCO3-/H2CO3
HPO42-/H2PO4
-proteinatoshemoglobina (HbO2/HbH)
2. - intracelulares:
El sistema HCO3-/ H2CO3 constituye el sistema regulador fisiolgico ms
importante del plasma. El cido carbnico tiene pKa1=3,89 y pKa2=10,22,
tendra una capacidad amortiguadora pequea en los seres humanos si no
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
22/27
fuera porque se deshidrata a CO2 que puede ser espirado. Esta reaccin est
catalizada por la enzima anhidrasa carbnica (AC).
AC
CO2 + H2O H2CO3 HCO3-+ H
+
El sistema acoplado tiene un pKa de 6,1 y es adecuado para mantener el pH
sanguneo siempre que haya un exceso de bicarbonato con respecto al CO2.
De todas maneras a pesar de que el sistema amortiguador de bicarbonato no
es particularmente poderoso, tiene igual importancia que todos los dems delcuerpo humano porque la concentracin de cada uno de los elementos del
sistema bicarbonato puede regularse: el CO2 por el sistema respiratorio y el
bicarbonato por los riones.
El buffer fosfato: es el principal sistema buffer de la orina y de los lquidos
intracelulares debido a que la concentracin de fosfatos a este nivel es varias
veces mayor que en los lquidos extracelulares y tambin porque el pH de loslquidos intracelulares se halla generalmente ms cerca del pKa del buffer
fosfato. Adems tiene importancia en los lquidos tubulares de los riones por
dos motivos: en primer lugar, el fosfato suele concentrarse mucho en los
tbulos, con lo cual aumenta el poder amortiguador del sistema. En segundo
lugar, el lquido tubular se vuelve ms cido que los lquidos extracelulares
acercndose al pKa del sistema.
En el sistema fosfato el par conjugado efectivo para mantener el pH fisiolgico
es:
H2PO4- HPO4
2- + H+ pKa= 6,8
En el plasma la relacin HPO42-/H2PO4
-es 4/1.
En la orina a pH 5,4 predomina la forma cido conjugado.
Las protenas pueden funcionar como uno de los sistemas buffers msimportantes de la sangre y los tejidos y su capacidad amortiguadora procede
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
23/27
de los grupos disociables que poseen los aminocidos que las forman. Sin
embargo el pKa de los grupos carboxilos de los aminocidos es de alrededor
de 2 y el pKa de los grupos amino es de alrededor de 9,5, lo cual se aleja del
pH de la mayora de los lquidos biolgicos.Debido a que el pKa del grupo imidazol tiene un valor de 6, la histidina es el
nico aminocido con una capacidad reguladora importante del pH fisiolgico.
La hemoglobina es una protena buffer efectiva debido a su alta concentracin
y a sus residuos histidinas. Contribuye tambin a la efectividad el hecho de que
la desoxihemoglobina tiene grupos imidazlicos con un pKa ligeramente ms
alto que la oxihemoglobina. El CO2 producido en los tejidos entra al glbulo rojo
en donde es hidratado en una reaccin catalizada por la anhidrasa carbnica.El cido carbnico resultante se disocia rpidamente en bicarbonato y H+. Los
H+ son aceptados por la hemoglobina cuyo poder buffer evita que disminuya el
pH.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
24/27
ALTERACIONES ACIDO-BASE
Muchas patologas estn asociadas con alteraciones del equilibrio cido-base.
Teniendo en cuenta al sistema bicarbonato/C02 como principal sistema
amortiguador del pH, el estudio del estado cido base se basa en el anlisis de
los componentes de este sistema. Segn los valores de pH del plasma y el
componente del sistema buffer originalmente afectado, las alteraciones cido-
base se clasifican clsicamente en los siguientes grupos: acidosis respiratoria,
acidosis metablica, alcalosis respiratoria y alcalosis metablica. Las
condiciones clnicas caracterizadas como metablicas se relacionan con las
alteraciones en la concentracin de HC03- y las llamadas respiratorias serelacionan con perturbaciones de la pC02.
Ante una alteracin cido-base el organismo pone en marcha mecanismos
compensadores. Por ejemplo, en una acidosis metablica se estimula el centro
respiratorio el cual facilita la eliminacin del CO2. En la alcalosis metablica, la
respuesta es inversa y tiende a retener el CO2. Cuando el desequilibrio cido-
base tiene un origen respiratorio, el rin es el que produce la respuesta
compensadora, esta respuesta no es instantnea y necesita varios das. Enuna acidosis respiratoria aumenta la eliminacin de protones por orina y la
reabsorcin de bicarbonato. En una alcalosis respiratoria disminuye la
excrecin de protones y aumenta la eliminacin de bicarbonato.
Las causas de las alteraciones del equilibrio cido-base pueden superponerse
originando condiciones mixtas que complican su identificacin.
Evaluacin del estado cido-base:
Acidemia: pH sanguneo < 7,35
Alcalemia: pH sanguneo > 7,45
Acidosis y alcalosis: estados patolgicos que pueden llegar a la acidemia o
alcalemia respectivamente. En el siguiente cuadro se muestran los parmetros
de laboratorio que caracterizan una alteracin cido-base y las respuestas
compensatorias de los sistemas renales y respiratorio para corregir eldisbalance.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
25/27
Acidosis metablica
La acidosis metablica se puede detectar por una disminucin del bicarbonato
plasmtico. Las causas de la prdida de bicarbonato pueden ser:
1.- Una mayor produccin de cidos orgnicos que exceda la velocidad de
eliminacin. El bicarbonato se pierde cuando se combina con los H+. Por
ejemplo, la produccin de cuerpos cetnicos en la cetoacidosis diabtica y la
produccin de cido lctico en la acidosis lctica.
2.- Una reduccin en la excrecin de H+ como se observa en algunas
alteraciones renales.
3.- Una excesiva prdida de bicarbonato debido a una mayor excrecin renal
(disminucin de la reabsorcin renal) o a una prdida del fluido duodenal
(diarrea).
Cuando se produce alguna de estas alteraciones, la relacin bicarbonato/COz
disminuye. El descenso del pH estimula la hiperventilacin como un
mecanismo compensador respiratorio que resulta en una mayor eliminacin de
CO2Los riones responden aumentando la excrecin de protones en forma de
amonio y preservando la base con un aumento de la reabsorcin de
bicarbonato.
Acidosis respiratoria
Cualquier alteracin que disminuya la eliminacin del CO2 por los pulmonesproduce un aumento de la pCO2 y una acidosis respiratoria. Las causas
pueden ser factores que depriman el centro respiratorio a nivel del sistema
nerviosos central (traumas, drogas o infecciones) o factores que afecten al
aparato respiratorio como por ejemplo una obstruccin de las vas areas. El
aumento en la pC02 lleva a un aumento del cido carbnico que se disocia
liberando protones. La compensacin de la acidosis respiratoria se produce
inmediatamente a travs de otros sistemas buffers principalmente el sistema dela hemoglobina y otras protenas. Los riones responden, con mayor tiempo, de
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
26/27
la misma manera que en una acidosis metablica aumentando la eliminacin
de amonio y la reabsorcin de bicarbonato.
Alcalosis metablica
La alcalosis se produce cuando se agrega un exceso de base al sistema o se
pierden fluidos cidos (vmitos gastrointestinales). Ante un dficit de sodio o de
potasio, la reabsorcin de bicarbonato y la excrecin de protones estn
aumentadas lo que tambin puede conducir a una alcalosis. En la alcalosis
metablica el paciente hipoventila. Si el aumento del pH es importante,
aumenta la actividad neuromuscular y se produce tetania. La causa es una
disminucin de la concentracin de calcio libre debido a un aumento de la
unin del calcio a protenas u otros aniones.
Alcalosis respiratoria
Se produce una disminucin de la pC02 como resultado de un aumento en la
velocidad de la respiracin. La excesiva prdida de CO2 desplaza el sistema
bicarbonato hacia la formacin de cido carbnico con la consiguiente
disminucin de la concentracin de protones y el aumento del pH. Tambin se
produce una disminucin de bicarbonato, lo cul atena el aumento del pH. Los
mecanismos compensadores actan a dos niveles. En primer lugar otros
sistemas buffers proveen de protones y en segundo lugar, el rin disminuye la
reabsorcin de bicarbonato.
-
7/28/2019 Sem2 Equilibrio AB
27/27