CAPÍTULO 39: Acidificación de la orina y excreción de bicarbonato

Después de revisar este capítulo, el lector será capaz de:

• Describir los procesos que intervienen en la secreción de hidrogeniones (H⁺) hacia los túbulos y la importancia de estos procesos en la regulación del equilibrio acidobásico.

• Definir la alcalosis y la acidosis, así como mencionar la media normal y el intervalo de las concentraciones de hidrogeniones en la sangre (en mEq/L y pH) que son compatibles con un estado saludable.

• Enumerar los amortiguadores principales presentes en sangre, líquido intersticial y líquido intracelular y describir mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch, lo que caracteriza al sistema amortiguador de bicarbonato.

• Describir los cambios del análisis bioquímico de la sangre que se presentan durante la aparición de acidosis metabólica y alcalosis metabólica, así como las compensaciones respiratorias y renales de estos trastornos.

• Caracterizar los cambios del análisis bioquímico de la sangre que se presentan durante la aparición de acidosis y alcalosis respiratorias, y la compensación renal de estos trastornos.

Los riñones desempeñan una función clave en el mantenimiento del equilibrio acidobásico; para ello deben excretar ácido en la cantidad equivalente a la cantidad de ácidos no volátiles que se producen en el organismo. La producción de ácidos no volátiles varía con el tipo de alimentación, el metabolismo y las enfermedades. Los riñones también deben filtrar y reabsorber bicarbonato del plasma y de esta manera evitar la pérdida del mismo en la orina. Los dos procesos tienen una relación fisiológica dada la capacidad de la nefrona para secretar iones de H⁺ hacia el filtrado.

Las células de los túbulos proximales y distales, al igual que las de las glándulas gástricas (véase cap. 25) secretan iones de hidrógeno. La secreción de hidrógeno también ocurre en los conductos colectores. El transporte que interviene en la secreción de H⁺ en los túbulos proximales es el intercambiador de Na-H (principalmente NHE₃) (fig. 39-1). Este es un ejemplo de transporte activo secundario; el Na⁺ es desplazado desde el interior de la célula al intersticio por la Na, K ATPasa presente en la membrana basolateral, que mantiene en bajas concentraciones el Na⁺ intracelular, estableciendo así el impulso para que el Na⁺ entre en la célula, por medio del intercambiador de Na-H, desde la luz de los túbulos. El intercambiador de Na-H secreta H⁺ hacia la luz como intercambio por Na⁺.

Los iones H⁺ secretados se combinan con el HCO₃^– filtrado para dar origen a H₂CO₃; en presencia de anhidrasa carbónica en la membrana apical del túbulo proximal se forma H₂O y CO₂ a partir del H₂CO₃. La membrana apical de las células epiteliales que recubren el túbulo contorneado proximal es permeable al CO₂ y H₂O y penetra en el túbulo con rapidez. Ochenta por ciento de la carga de HCO₃^– filtrado se reabsorbe en el túbulo proximal.

En el interior de las células, la anhidrasa carbónica, que está presente en este sitio, puede catalizar la formación de H₂CO₃ a partir de CO₂ y H₂O. El H₂CO₃ se disocia en iones H⁺ y HCO₃^–; los iones H⁺ se eliminan a través de la luz tubular, como se mencionó antes y el HCO₃^– que se formó sufre difusión hacia el líquido intersticial. En consecuencia, por cada hidrogenión (H⁺) secretado, entran al líquido intersticial un ion de sodio (Na⁺) y uno de bicarbonato (HCO₃^–). La anhidrasa carbónica cataliza la formación de H₂CO_3, por lo que los fármacos que la inhiben deprimen tanto la secreción de ácido por los túbulos proximales como las reacciones que dependen de la misma.

Algunas pruebas indican que el hidrogenión es secretado en los túbulos proximales por otros tipos de transportadores, pero los indicios de estos transportadores adicionales son polémicos y, en cualquier caso, su contribución es pequeña en comparación con el mecanismo de intercambio de sodio-hidrógeno. Esto contrasta con lo que ocurre en los túbulos distales y en los túbulos colectores, donde la secreción de hidrogeniones es relativamente independiente del sodio en la luz tubular. En esta porción del túbulo, la mayor parte del hidrogenión es secretada por una bomba de protones impulsada por trifosfato de adenosina (ATP). La aldosterona actúa sobre esta bomba al incrementar la secreción distal de hidrogeniones. Las células I de esta porción del túbulo renal secretan ácido y a diferencia de las células parietales en el estómago, contienen abundante anhidrasa carbónica y múltiples estructuras tubulovesiculares. Hay indicios de que la ATPasa que transfiere hidrogeniones y que produce la secreción de los mismos, se localiza en dichas vesículas, al igual que en la membrana celular apical y que, en la acidosis, el número de bombas de hidrogeniones aumenta por la inserción de tales tubulovesículas en la membrana celular apical. Parte del hidrogenión también es secretado por la H⁺-K⁺ ATPasa. Las células I contienen resina de intercambio aniónico 1 (AE1, principalmente conocida como banda 3) una proteína de intercambio de aniones en sus membranas de células basolaterales, que funciona como un intercambiador de Cl/HCO₃ para el transporte de bicarbonato hacia el líquido intersticial.

DESTINO DEL HIDROGENIÓN EN LA ORINA

La cantidad de ácidos que se secreta depende de los fenómenos subsiguientes ocurridos en la orina de los túbulos. En el ser humano, el gradiente máximo de hidrogeniones contra el cual los mecanismos de transporte pueden secretar corresponde a un pH urinario de casi 4.5, es decir, una concentración de hidrogeniones en la orina 1 000 veces mayor que el valor en plasma. Por consiguiente, un pH de 4.5 es el pH limitante y normalmente este se alcanza en los túbulos colectores. Si no hubiese amortiguadores que “fijaran” el valor superior de hidrogeniones en la orina, se llegaría rápidamente a este pH y se detendría la secreción de hidrogeniones. Sin embargo, tres reacciones importantes en el líquido tubular retiran el hidrogenión libre, lo cual hace posible la liberación de una mayor cantidad de ácido (fig. 39-2). Estas son las reacciones con bicarbonato para formar dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O) (comentado antes), con HPO₄^2– para formar H₂PO₄^– (ácidos cuantificables) y con NH_3, para formar NH₄⁺.

REACCIONES CON AMORTIGUADORES

Los tres amortiguadores importantes en el control renal de ácido y su secreción hacia la luz son, entonces, bicarbonato, fosfato dibásico y amoniaco. En las personas con alimentación promedio, alrededor de 40% de los ácidos no volátiles (cerca de 30 mEq/día) producidos por el organismo durante las diversas reacciones metabólicas es excretado como ácido cuantificable (es decir, sistema de fosfato) y 60% del ácido no volátil (alrededor de 50 mEq/día) es excretado como NH₄⁺. La pK’ del sistema de bicarbonato es 6.1, la del sistema del fosfato dibásico es 6.8 y la del sistema de amoniaco es 9.0. La concentración de iones bicarbonato en plasma y, como consecuencia, en el filtrado glomerular, normalmente es de casi 24 mEq/L, en tanto la de fosfato es de solo 1.5 mEq/L. Por tanto, en el túbulo proximal la mayor parte del hidrogenión secretado reacciona con el bicarbonato ionizado para formar ácido carbónico (H₂CO₃) (fig. 39-2). Este último se desdobla para formar dióxido de carbono y agua. En el túbulo proximal (pero no en el distal), hay una anhidrasa carbónica en el borde en cepillo de las células; esta facilita la formación de dióxido de carbono y agua en el líquido tubular. El dióxido de carbono, que se difunde fácilmente a través de todas las membranas biológicas, entra en las células tubulares, donde se añade a la posa de dióxido de carbono disponible para formar ácido carbónico. Dado que la mayor parte del hidrogenión es retirado del túbulo, el pH del líquido se modifica muy poco. Este es el mecanismo por el cual se reabsorbe bicarbonato; por cada mol de este último eliminado del líquido tubular, se difunde un mol de bicarbonato de las células tubulares a la sangre, aunque es importante advertir que no es el mismo mol que desapareció del líquido tubular. Se estima que por día se filtran y reabsorben alrededor de 4 500 mEq de HCO₃^–. El hidrogenión secretado también reacciona con el fosfato dibásico (HPO₄^2–) para formar fosfato monobásico (H₂PO₄^–). Esto ocurre en mayor grado en los túbulos distales y en los túbulos colectores, ya que es aquí donde el fosfato que escapa a la reabsorción proximal se concentra más por la reabsorción del agua. El hidrogenión también se combina en menor grado con otros aniones amortiguadores.

El sistema de amortiguación de amoniaco permite que el H⁺ secretado se combine con NH₃ y esto ocurre en el túbulo proximal (donde se forma NH₃, véase adelante) y en los túbulos distales. El pK’ del sistema de amoniaco es 9.0, y el sistema de amoniaco es ajustado solo a partir del pH de la orina a un pH de 7.4, por lo que es escasa su contribución a la acidez cuantificable. Cada hidrogenión que reacciona con los amortiguadores contribuye a la acidez cuantificable urinaria, que se mide con el valor de la cantidad de álcali que debe añadirse a la orina para regresar su pH a 7.4, el pH de filtrado glomerular. Sin embargo, la acidez cuantificable desde luego mide solo una fracción del ácido secretado, por cuanto no toma en cuenta el ácido carbónico que se ha convertido en agua y dióxido de carbono.

La reabsorción de HCO₃^– es decisiva para el mantenimiento del equilibrio acidobásico, ya que una pérdida de un solo ion de HCO₃^–en la orina sería equivalente a añadir un ion de H⁺ a la sangre. Sin embargo, los riñones tienen la capacidad de restituir al organismo nuevos iones de bicarbonato. Esto ocurre cuando los iones de H⁺ son retirados del cuerpo como NH₄⁺ o ácido cuantificable, ya que se forma nuevo bicarbonato en el interior de las células y este entra en la sangre (es decir, estos iones de bicarbonato no son los originalmente filtrados y aún así, entran en la sangre).

SECRECIÓN DE AMONIACO

Las reacciones en las células tubulares renales producen amonio (NH₄⁺) y bicarbonato (HCO₃^–). El NH₄⁺ se encuentra en equilibrio con amoniaco (NH₃) y los hidrogeniones en las células. Puesto que la pK’ de estas reacciones es de 9.0, el cociente de amoniaco a amonio a un pH de 7.0 es de 1:100 (fig. 39-3). Sin embargo, el NH₃ es liposoluble y se difunde a través de las membranas celulares por su gradiente de concentración hasta el líquido intersticial y la orina tubular. En la orina, aquél reacciona con el hidrogenión para formar amonio, el cual permanece “atrapado” en la orina.

La principal reacción que produce el amonio en las células es la conversión de glutamina en glutamato. Esta reacción es catalizada por la enzima glutaminasa, que abunda en las células de los túbulos renales (fig. 39-3). La deshidrogenasa glutámica cataliza la conversión de glutamato en cetoglutarato α con la producción de más amonio. El metabolismo subsiguiente del cetoglutarato α utiliza dos hidrogeniones (2H⁺), con liberación de dos moléculas de bicarbonato (2HCO₃^–).

En la acidosis crónica, la cantidad de amonio excretado a un determinado pH de la orina también se incrementa dado que una mayor cantidad de amoniaco entra en la orina tubular. El efecto de esta adaptación de la secreción de amoniaco, cuya causa no se ha esclarecido, es una mayor eliminación de hidrogeniones del líquido tubular y, como consecuencia, una secreción de hidrogeniones más intensificada por los túbulos renales y excreción en la orina.

En las células de la médula interna del túbulo colector, el principal proceso por medio del cual se secreta NH₃ en la orina y por el que se cambia a NH₄⁺ se conoce como difusión no iónica (véase cap. 2), con lo que se conserva el gradiente de concentración para la difusión de NH₃. En el túbulo contorneado proximal, la difusión no iónica de NH₄⁺ es menos importante, porque este último puede secretarse hacia la luz, a menudo por sustitución por H⁺ con un intercambiador de Na-H.

Los salicilatos y muchos otros fármacos que son bases débiles o ácidos débiles también se secretan por difusión no iónica. Esas sustancias difunden hacia el líquido tubular a una tasa que depende del pH de la orina, de forma que la cantidad de cada fármaco excretado varía con el pH de la orina.

CAMBIOS DEL pH EN LAS NEFRONAS

En el líquido del túbulo proximal ocurre un descenso moderado del pH pero, como se mencionó antes, la mayor parte de los hidrogeniones generados tiene escaso efecto sobre el pH luminal a causa de la formación de dióxido de carbono y agua a partir de ácido carbónico. En cambio, el túbulo distal posee menos capacidad para secretar hidrogeniones, pero la secreción en este segmento tiene un efecto más importante sobre el pH urinario.

FACTORES QUE AFECTAN LA SECRECIÓN DE ÁCIDO

La secreción renal de ácido se altera por los cambios en la Pco₂ intracelular, la concentración de potasio ionizado, la cifra de anhidrasa carbónica y la concentración de hormona corticosuprarrenal. Cuando la Pco₂ es elevada (acidosis respiratoria), se dispone de mayor cantidad de ácido carbónico intracelular para amortiguar los iones hidroxilo y se intensifica la secreción de ácido, pero ocurre lo opuesto cuando desciende la Pco₂. La disminución de iones de potasio intensifica la secreción de ácido, al parecer porque su pérdida causa acidosis intracelular aun cuando el pH plasmático pueda estar elevado. En cambio, el exceso de iones de potasio en las células impide la secreción de ácido. Cuando se inhibe la anhidrasa carbónica, se bloquea la secreción de ácido por la reducción de la formación de ácido carbónico. La aldosterona y los otros corticoesteroides que intensifican la reabsorción tubular de sodio ionizado también aumentan la secreción de hidrogeniones y potasio ionizado.

EXCRECIÓN DE BICARBONATO

Aunque el proceso de reabsorción del bicarbonato (HCO₃^–) en realidad no implique el transporte de este ion hacia las células tubulares, dicha reabsorción es proporcional a la cantidad filtrada en un intervalo relativamente amplio. No hay un Tm demostrable, pero la reabsorción de HCO₃^– disminuye por un mecanismo desconocido cuando se expande el volumen del líquido extracelular (ECF) (fig. 39-4). Cuando la concentración plasmática de bicarbonato es baja, se reabsorbe todo el HCO₃^– filtrado; pero cuando está elevada, es decir, por encima de 26 a 28 mEq/L (el umbral renal para el HCO₃^–), este aparece en la orina, la cual se torna alcalina. Por lo contrario, cuando el bicarbonato plasmático se reduce a menos de unos 26 mEq/L, el valor en el cual todo el hidrogenión secretado se está utilizando para reabsorber bicarbonato, se dispone de mayor cantidad de hidrogeniones para combinarse con otros aniones amortiguadores. Por consiguiente, cuanto más desciende la concentración de bicarbonato plasmático, más ácida se vuelve la orina y tanto mayor es su contenido de amonio (recuadro clínico 39-1).

La tradición que envuelve al tema del equilibrio acidobásico hace necesario señalar que el problema central no es “la base amortiguadora” o “el catión fijado” o algo parecido, sino simplemente conservar la concentración de los hidrogeniones del líquido extracelular. Los mecanismos reguladores de la composición del líquido extracelular son muy importantes respecto de este ion específico, ya que el aparato celular es muy sensible a los cambios en la concentración de hidrogeniones. Esta última, que puede medirse con el uso de microelectrodos, colorantes fluorescentes sensibles al pH y resonancia magnética con fósforo, es diferente del pH extracelular y, al parecer, es controlada por diversos procesos intracelulares. Sin embargo, es sensible a los cambios en la concentración de hidrogeniones en el líquido extracelular.

La notación del pH es un medio útil para expresar las concentraciones de hidrogeniones en el organismo, porque estas son bajas en comparación con las de otros cationes. Por consiguiente, el valor normal de iones sodio en plasma arterial que se ha equilibrado con eritrocitos es de casi 140 mEq/L, en tanto la concentración de hidrogeniones es de 0.00004 mEq/L (cuadro 39-1). Así, el pH, es decir, el logaritmo negativo de 0.00004, es 7.4. Desde luego, una disminución de una unidad en el pH, por ejemplo, de 7.0 a 6.0, representa un aumento de 10 tantos en la concentración del hidrogenión. Es importante recordar que el pH sanguíneo corresponde al pH del plasma verdadero (plasma que ha estado en equilibrio con los eritrocitos) ya que los eritrocitos contienen hemoglobina, la cual desde el punto de vista cuantitativo es uno de los amortiguadores sanguíneos más importantes (véase cap. 36).

EQUILIBRIO DEL HIDROGENIÓN

El pH del plasma arterial normalmente es de 7.40 y el del plasma venoso es ligeramente más bajo. Técnicamente, se presenta una acidosis siempre que el pH arterial es menor de 7.40, y una alcalosis cuando se encuentra por encima de 7.40, aunque ocurren variaciones de hasta 0.05 unidades de pH sin la aparición de efectos adversos. Las concentraciones hidrogeniones en el líquido extracelular compatibles con la vida abarcan un intervalo de alrededor de cinco tantos, desde 0.00002 mEq/L (pH 7.70) hasta 0.0001 mEq/L (pH de 7.00).

Los aminoácidos son utilizados en el hígado para la gluconeogénesis, dejando el amonio y bicarbonato como productos de sus grupos amino y carboxilo (fig. 39-5). El NH₄⁺ se incorpora en la urea (véase cap. 28) y los protones formados son amortiguados dentro de la célula por el bicarbonato, de manera que escasas cantidades de amonio y bicarbonato escapan hacia la circulación sanguínea. Sin embargo, el metabolismo de los aminoácidos que contienen sulfuro produce ácido sulfúrico (H₂SO₄) y el metabolismo de los aminoácidos fosforilados, como la fosfoserina, produce ácido fosfórico (H₃PO₄). Estos ácidos potentes entran a la circulación y presentan una carga importante de hidrogeniones a los amortiguadores en el líquido extracelular. Dicha carga derivada del metabolismo de los aminoácidos normalmente es de casi 50 mEq/L. El dióxido de carbono formado por el metabolismo en los tejidos en gran parte es hidratado a ácido carbónico (véase cap. 36) y la carga total de hidrogeniones de esta fuente es mayor de 12 500 mEq/día. Sin embargo, la mayor parte del dióxido de carbono se excreta en los pulmones y solo pequeñas cantidades de hidrogeniones se conservan para eliminarse por los riñones. Las fuentes comunes de cargas adicionales de ácido son el ejercicio vigoroso (ácido láctico), la cetosis diabética (ácido acetoacético y ácido hidroxibutírico β), así como el consumo de sales acidificantes, como el cloruro de amonio (NH₄Cl) y cloruro de calcio (CaCl₂), que en efecto añaden ácido clorhídrico al organismo. La deficiencia de los riñones enfermos para excretar cantidades normales de ácido también es una causa de acidosis. Las frutas constituyen la principal fuente alimentaria de álcalis. Contienen sales de sodio y potasio de ácidos orgánicos débiles y los aniones de estas sales se metabolizan a dióxido de carbono, dejando bicarbonato de sodio (NaHCO₃) y bicarbonato de potasio (KHCO₃) en el cuerpo. El bicarbonato de sodio y otras sales alcalinizantes a veces son ingeridas en grandes cantidades, pero una causa más frecuente de alcalosis es la pérdida de ácido del cuerpo como consecuencia del vómito del jugo gástrico rico en ácido clorhídrico (HCl). Esto desde luego, equivale a añadir álcali al organismo.

AMORTIGUACIÓN

La amortiguación es de importancia decisiva para mantener la homeostasis del hidrogenión. En el capítulo 1 se define dicha homeostasis, misma que se describe en el capítulo 36 en el contexto del transporte de gases, con énfasis en las funciones para las proteínas, la hemoglobina y el sistema de la anhidrasa carbónica en la sangre. La anhidrasa carbónica también se encuentra en altas concentraciones en las células gástricas secretoras de ácido (véase cap. 25) y en las células tubulares renales (véase cap. 39). La anhidrasa carbónica es una proteína con un peso molecular de 30 000, que contiene un átomo de cinc en cada molécula; es inhibida por cianuro, ácido y sulfuro. La amortiguación in vivo, por supuesto, no está limitada a la sangre. En el cuadro 39-2 se enumeran los principales amortiguadores presentes en esta última, así como el líquido intersticial y el líquido intracelular. Los principales amortiguadores hallados en el líquido cefalorraquídeo (LCR) y en la orina son los sistemas de bicarbonato y de fosfato. En la acidosis metabólica, solo 15 a 20% de la carga de ácido es amortiguada por el sistema ácido carbónico-bicarbonato (H₂CO₃^–HCO₃^–) en el líquido extracelular y la mayor parte restante es amortiguada en las células. En la alcalosis metabólica, alrededor de 30 a 35% de la carga de hidróxido (OH^–) es amortiguada en las células, mientras en la acidosis y la alcalosis respiratorias, casi toda la amortiguación es intracelular.

En las células de animales, los principales reguladores del pH intracelular son los transportadores de bicarbonato. Los caracterizados hasta el momento son el intercambiador de Cl^–HCO₃^– AE1, tres cotransportadores de Na⁺-HCO₃^– y un cotransportador de potasio-bicarbonato (K⁺-HCO₃^–).

RESUMEN

Cuando se añade un ácido potente a la sangre, las principales reacciones amortiguadoras son impulsadas a la izquierda. Como consecuencia, descienden las concentraciones sanguíneas de los tres “aniones amortiguadores”: Hb- (hemoglobina), Prot- (proteína) y HCO₃^– (bicarbonato). Los aniones del ácido añadido son filtrados hacia los túbulos renales. Asimismo, son acompañados (“cubiertos”) por cationes, sobre todo sodio, en virtud de la conservación de la neutralidad electroquímica. Mediante los procesos descritos antes, los túbulos sustituyen el sodio con hidrogeniones y, al hacerlo, reabsorben cantidades equimolares de iones de sodio y bicarbonato; con ello conservan los cationes, eliminan el ácido y normalizan el aporte de aniones amortiguadores. Cuando se añade dióxido de carbono a la sangre, ocurren reacciones similares, excepto que al formarse ácido carbónico, el bicarbonato plasmático aumenta en vez de descender.

COMPENSACIÓN RENAL DE LA ACIDOSIS Y LA ALCALOSIS RESPIRATORIAS

Como se mencionó en el capítulo 36, una elevación de la PCO₂ arterial a causa de disminución en la ventilación produce acidosis respiratoria y, por el contrario, una disminución de la PCO₂ genera alcalosis respiratoria. Los cambios iniciales, mostrados en la figura 35-7, ocurren de manera independiente de cualquier mecanismo compensador; es decir, corresponden a los de la acidosis o la alcalosis respiratoria descompensada. En cualquiera de las dos situaciones, los cambios surgen en los riñones, los cuales luego tienden a compensar la acidosis o la alcalosis, al ajustar el pH hacia lo normal.

La reabsorción de bicarbonato en los túbulos renales depende no solo de la carga filtrada de esta sustancia, que es el producto de la tasa de filtración glomerular (GFR) por la concentración plasmática de bicarbonato, sino también de la velocidad de secreción de hidrogeniones por las células de los túbulos renales, ya que el bicarbonato es reabsorbido en intercambio por hidrogeniones. La tasa de secreción de estos últimos (y, por tanto, la rapidez de la reabsorción de bicarbonato) es proporcional a la PCO₂ arterial, probablemente porque a mayor dióxido de carbono disponible para formar ácido carbónico en las células, más hidrogeniones pueden secretarse. Asimismo cuando la PCO₂ se encuentra elevada, el interior de la mayor parte de las células se vuelve más ácido. Por tanto, en la acidosis respiratoria, la secreción de hidrogeniones en los túbulos renales está aumentada, retirando hidrogeniones del cuerpo; y aun cuando se eleve el bicarbonato plasmático, aumenta la reabsorción de bicarbonato, lo cual incrementa más el primero. Esta compensación renal de la acidosis respiratoria se muestra en forma gráfica en la figura 35-7 por el cambio de la acidosis respiratoria aguda a crónica. Aumenta la excreción de cloruros y desciende el cloro plasmático a medida que se incrementa el bicarbonato del plasma. En cambio, en la alcalosis respiratoria, la PCO₂ baja dificulta la secreción renal de hidrogeniones, la reabsorción de bicarbonato se deprime y este es excretado, reduciendo más el bicarbonato plasmático ya bajo y disminuyendo el pH hacia lo normal.

ACIDOSIS METABÓLICA

Cuando se añaden a la sangre ácidos más potentes que Hb (hidrogeniones y hemoglobina) y los otros ácidos amortiguadores, se produce acidosis metabólica; además, cuando la concentración de hidrogeniones libre desciende como resultado de añadir álcalis o eliminar ácido, sobreviene una alcalosis metabólica. Siguiendo el ejemplo del capítulo 35, si se añade ácido sulfúrico, se amortigua el hidrogenión y descienden las concentraciones plasmáticas de hemoglobina, proteína y bicarbonato. El ácido carbónico que se forma es convertido en agua y dióxido de carbono y este último rápidamente se excreta a través de los pulmones. Esta situación ocurre en la acidosis metabólica no compensada. De hecho, el incremento del hidrogenión plasmático estimula la respiración, de manera que la PCO₂, en vez de aumentar o mantenerse constante, se reduce. Dicha compensación respiratoria eleva aún más el pH. Los mecanismos compensadores renales normalizan luego la excreción del hidrogenión adicional y los sistemas amortiguadores.

COMPENSACIÓN RENAL

Los aniones que remplazan bicarbonato en el plasma en la acidosis metabólica son filtrados, cada uno con un catión (principalmente sodio), manteniendo así la neutralidad eléctrica. Las células tubulares renales secretan hidrogeniones hacia el líquido tubular en intercambio por iones de sodio; así, por cada hidrogenión secretado, se añaden a la sangre un ion de sodio y un bicarbonato. El pH urinario limitante de 4.5 se alcanzaría rápidamente y la cantidad total de hidrogeniones secretada sería pequeña si no hubieran amortiguadores en la orina para “ajustar” el hidrogenión. Sin embargo, el hidrogenión secretado reacciona con bicarbonato para formar dióxido de carbono y agua (reabsorción de bicarbonato); con fosfato dibásico para constituir fosfato monobásico; y con amoniaco para formar amonio. De esta manera, se pueden secretar grandes cantidades de hidrogeniones, lo cual hace posible de manera correspondiente el retorno de grandes cantidades de bicarbonato (en el caso de la reabsorción de bicarbonato) o la adición a las reservas corporales agotadas y gran cantidad de cationes para que se reabsorban. Solo cuando la carga de ácido es muy grande, se pierden los cationes con los aniones y se produce diuresis y agotamiento de las reservas de cationes del organismo. En la acidosis crónica, aumenta la síntesis hepática de glutamina, con la utilización de parte del amonio que suele convertirse en urea (fig. 39-5); asimismo, la glutamina proporciona a los riñones una fuente adicional de amonio. La secreción de amoniaco aumenta durante un periodo de días (adaptación de la secreción de amoniaco), lo cual mejora más la compensación renal de la acidosis. Además, el metabolismo de la glutamina en los riñones produce cetoglutarato α y este, a su vez, es descarboxilado, generando bicarbonato, que entra en la circulación sanguínea y ayuda a amortiguar la carga de ácido (fig. 39-5).

La reacción global en la sangre cuando se añade un ácido potente como el ácido sulfúrico es la siguiente:

Por cada mol de hidrogenión que se añade, se pierde 1 mol de bicarbonato de sodio (NaHCO₃). El riñón en efecto revierte la reacción:

y son excretados el hidrogenión (H⁺) y el sulfato (SO₄^2–). Desde luego, el ácido sulfúrico (H₂SO₄) no es excretado como tal y el hidrogenión (H⁺) que aparece en la orina corresponde a acidez cuantificable y amonio (NH₄⁺).

En la acidosis metabólica, la compensación respiratoria tiende a inhibir la respuesta renal en el sentido de que un descenso provocado en la Pco₂ dificulta la secreción de ácido, pero también disminuye la carga filtrada del bicarbonato y de esta manera su efecto inhibidor neto no es considerable.

ALCALOSIS METABÓLICA

En la alcalosis metabólica, aumentan las concentraciones plasmáticas de bicarbonato, así como el pH (fig. 39-6). La compensación respiratoria es una disminución de la respiración originada por la declinación de la concentración de hidrogeniones, lo que incrementa la Pco₂. Tal situación vuelve a normalizar el pH al tiempo que eleva aún más la concentración plasmática de bicarbonato. La magnitud de esta compensación es limitada por los mecanismos de los quimiorreceptores carotídeo y aórtico, que estimulan el centro respiratorio si ocurre algún descenso perceptible en la PO₂ arterial. En la alcalosis metabólica, se consume más secreción renal de hidrogeniones para reabsorber la mayor carga filtrada de bicarbonato; y si la concentración de este en plasma supera los 26 a 28 mEq/L, entonces el mismo aparece en la orina. La elevación de la Pco₂ inhibe la compensación renal al facilitar la secreción de ácido, pero su efecto es relativamente leve.

NOMOGRAMA DE LA CURVA DE SIGGAARD-ANDERSEN

El uso del nomograma de la curva de Siggaard-Andersen (fig. 39-6) para tratar las características acidobásicas de la sangre arterial es útil en situaciones clínicas. Este nomograma tiene la Pco₂ representada en una escala logarítmica en el eje vertical y el pH en el eje horizontal. Por tanto, cualquier punto a la izquierda de una línea vertical trazado a través del pH de 7.40 indica acidosis, en tanto cualquier punto a la derecha indica alcalosis. La posición del punto por arriba o por debajo de la línea horizontal a través de una Pco₂ de 40 mmHg define el grado eficaz de hipoventilación o hiperventilación.

Si una solución contiene bicarbonato de sodio (NaHCO₃) y ningún amortiguador se equilibra con mezclas de gas que contienen diversas cantidades de dióxido de carbono, los valores de pH y Pco₂ en equilibrio descenderían sobre la línea de rayas del lado izquierdo de la figura 39-6 o en una línea paralela a la misma. Si hubiera amortiguadores, el declive de la línea sería mayor, y cuanto mayor sea la capacidad de amortiguación de la solución, tanto más escarpada es la línea. Para la sangre normal que contiene 15 g de hemoglobina por 100 ml, la línea de cuantificación del dióxido de carbono pasa a través de la marca de los 15 g/100 ml en la escala de la hemoglobina (en el lado inferior de la escala curvada superior) y del punto donde se intersecan las líneas de la Pco₂ = 40 mmHg y pH = 7.40, según se muestra en la figura 39-6. Cuando el contenido de hemoglobina de la sangre es bajo, hay una pérdida importante de la capacidad de amortiguación y disminuye el declive de la línea de cuantificación del dióxido de carbono. Sin embargo, la sangre contiene desde luego amortiguadores además de la hemoglobina, de manera que incluso la línea trazada desde el punto cero en la escala de la hemoglobina a través de la intersección de Pco₂-pH normal, es más escarpada que la curva para una solución que no contenga amortiguadores.

Para uso clínico, se retira en condiciones anaeróbicas la sangre arterial o la sangre capilar arterializada y se mide su pH. También se valoran los pH de la misma sangre luego del equilibrio con cada una de las dos mezclas de gases que contienen diferentes cantidades conocidas de dióxido de carbono. Los valores de pH en los niveles de Pco₂ conocidos se trazan y conectan para obtener la línea de cuantificación del dióxido de carbono para la muestra de sangre. El pH de dicha muestra antes del equilibrio se traza sobre esa línea y se lee la Pco₂ de la muestra en la escala vertical. El contenido de bicarbonato estándar de la muestra está indicado por el punto en el que la línea de cuantificación del dióxido de carbono se interseca con la escala de bicarbonato en la línea de la Pco₂ = 40 mmHg. El bicarbonato estándar no es la concentración de bicarbonato real (efectivo) de la muestra, sino más bien, lo que sería la concentración de bicarbonato después de eliminar cualquier componente respiratorio. Esta es una medida de la reserva de álcalis de la sangre, excepto que se mide al determinar el pH más que el contenido de dióxido de carbono total de la muestra después del equilibrio. Al igual que la reserva de álcalis, constituye un índice del grado de acidosis metabólica o alcalosis presente.

Se proporcionan graduaciones adicionales en la escala de la curva superior del nomograma (fig. 39-6) para medir el contenido de la base amortiguadora; el punto donde la línea de calibración del dióxido de carbono de la muestra de sangre arterial interseca esta escala, muestra los mEq/L de la base amortiguadora en la muestra. Dicha base es igual al número total de aniones amortiguadores (principalmente proteínas, bicarbonato y hemoglobina) que pueden aceptar los iones hidrógeno en la sangre. El valor normal en un individuo con 15 g de hemoglobina por decilitro (100 ml) de sangre es de 48 mEq/L.

El punto en el que la línea de calibración del dióxido de carbono interseca la escala curvada inferior en el nomograma indica el exceso de base. Este valor, que es positivo en la alcalosis y negativo en la acidosis, es la cantidad de ácido o base que restablecería 1 L de sangre a la composición acidobásica normal a una Pco₂ de 40 mmHg. Cabe observar que una deficiencia de base no se puede corregir por completo con el simple cálculo de la diferencia entre el bicarbonato estándar normal (24 mEq/L) y el bicarbonato estándar efectivo, así como con el suministro de esta cantidad de bicarbonato de sodio por litro de sangre; parte del bicarbonato añadido se convierte en dióxido de carbono y agua, y se pierde el dióxido de carbono en los pulmones. La cantidad efectiva que debe añadirse es aproximadamente de 1.2 tantos el déficit de bicarbonato estándar, pero la escala curvada inferior en el nomograma, que se ha ideado empíricamente al analizar muchas muestras de sangre, es más precisa.

En el tratamiento de los trastornos acidobásicos, desde luego, se debe considerar no solo la sangre sino también todos los compartimientos del líquido corporal. Los otros compartimientos de líquido tienen concentraciones muy diferentes de amortiguadores. Se ha determinado de manera empírica que la administración de una cantidad de ácido (en la alcalosis) o de base (en la acidosis) equivalente a 50% del peso corporal en kilogramos, multiplicado por el exceso de base en la sangre por litro, corregirá el trastorno acidobásico en todo el organismo. Sin embargo, por lo menos cuando la anomalía es grave, no es prudente llevar a cabo tal corrección considerable en un solo paso. Más bien, debe proporcionarse casi la mitad de la cantidad indicada y definir de nuevo las concentraciones acidobásicas de la sangre arterial. De esta manera, puede entonces calcularse y proporcionarse la cantidad necesaria para la corrección final. También conviene hacer notar que, por lo menos en la acidosis láctica, el bicarbonato de sodio disminuye el gasto cardiaco y la presión arterial, de modo que debe utilizarse con precaución.

• Las células de los túbulos proximales y distales secretan iones de hidrógeno. La acidificación también ocurre en los túbulos colectores. La reacción que interviene principalmente en la secreción de hidrogeniones en los túbulos proximales es el intercambio de iones sodio e hidrogeniones (Na⁺-H⁺). El sodio se absorbe de la luz del túbulo y el hidrogenión se excreta.

• El gradiente de hidrogeniones máximo en contra del cual los mecanismos de transporte pueden secretar en el ser humano, corresponde a un pH urinario de casi 4.5. Sin embargo, tres reacciones importantes en el líquido tubular retiran el hidrogenión, lo cual permite mayor secreción de ácido. Estas son las reacciones con bicarbonato para formar dióxido de carbono y agua con fosfato dibásico (HPO₄^2–) para constituir fosfato monobásico (H₂PO₄^–) y con amoniaco para formar amonio.

• La anhidrasa carbónica cataliza la formación de ácido carbónico (H₂CO₃) y los fármacos que inhiben a la anhidrasa carbónica deprimen la secreción de ácido por los túbulos proximales.

• La secreción renal de ácido es alterada por cambios en la Pco₂ intracelular, la concentración de iones potasio, la concentración de anhidrasa carbónica y la cifra de hormona corticosuprarrenal.