1. V Curso de Inducción al estudio de las Ciencias Médicas
pCO2, HCO31- y pH en el
organismo
Q.F.B. LETICIA ORALIA CINTA MADRID
E.N.P. PLANTEL 2 “Erasmo Castellanos Quinto”
2. UN POCO DE HISTORIA
En 1160: descubrimiento de los ácidos minerales. HNO3 y H2SO4
Siglo XVII, Robert Boyle:
• Álcali: producen sensación aceitosa al tacto
• Ácido: producen efervescencia al reaccionar con metales
•Primero en reportar el cambio de color de los extractos
vegetales producidos por los ácidos y las bases
Siglo XVIII: Nacimiento de la Química Moderna
3. CONCEPTOS BÁSICOS
TEORÍAS ÁCIDO-BASE
Lewis
Gilbert Newton Lewis
Joahnnes Brönsted Niclaus Brönsted-Lowry (1875-1946,
(1879-1947, químico danés) físico estadounidense)
Arrhenius
Thomas Martin Lowry Svante Arrhenius (1859-1927)
(1874-1936, químico inglés) (físico y químico sueco)
4. CONCEPTOS BÁSICOS
Teoría de Arrhenius (1903):
Ácido fuerte: sustancia que en disolución acuosa se disocia
rápidamente, casi al 100% y libera grandes cantidades de iones H+,
por ejemplo, HCl
HCl H1+ + Cl1-
Ácido débil: sustancia que en disolución acuosa se disocia
parcialmente, liberando poca cantidad de iones H+ , por ejemplo,
H2CO3
H2CO3 H1+ + HCO3 1-
5. CONCEPTOS BÁSICOS
Base fuerte: sustancia que en disolución acuosa se disocia
rápidamente, casi al 100% y libera grandes cantidades de iones OH - ,
por ejemplo , NaOH
NaOH Na1+ + OH1-
Base débil: sustancia que en disolución acuosa se disocia
parcialmente, liberando poca cantidad de iones OH1- , por ejemplo,
NH4 OH
NH4 OH NH4 1+ + OH1-
Reacción ácido-base:
Ácido + Base Sal + Agua
6. CONCEPTOS BÁSICOS
En la teoría de Brönsted - Lowry (1923):
Ácido: sustancia capaz de donar iones hidrógeno H+
HA H+ + A-
Base : sustancia capaz de aceptar iones hidrógeno H+
A- + H+ HA
7. CONCEPTOS BÁSICOS
Reacción ácido-base:
HA + H2 O H3O+ + A-
ácido base ácido base
conjugado conjugada
Reacción ácido-base en el organismo:
Las proteínas y los ácidos nucleicos tienen grupos funcionales amino
(NH2) y carboxilo (COOH)
R-NH2 + R-COOH R-NH3+ + R-COO-
8. CONCEPTOS BÁSICOS
Teoría de Arrhenius (1903) bases para pH
Teoría de Brönsted-Lowry (1923) bases para explicar
los amortiguadores
Teoría de Lewis (1923) bases para explicar los
mecanismos de reacción
9. ORIGEN DEL ALGORITMO DE pH
2 H 2O H3O1+ + OH1-
A 25°C ~ dos de cada 109 de moléculas de agua pura están
ionizadas, y su constante de equilibrio es:
K = [H3O1+] [OH1-]
[H2O]2
10. ORIGEN DEL ALGORITMO DE pH
Sí la concentración molar del agua pura es 55.5 M y es constante,
entonces:
K [H2O] = [H3O1+] [OH1-]
Sí K = 1.8 x 10-16 y K [H2O] = Kw , entonces:
Kw = (1.8 X10-16) (55.5) = 1x10-14
Por lo tanto:
Kw = [H3O1+] [OH1-] = 1x10-14 a 25°C y [H3O1+] = [OH1-] = 1x10-7
11. ORIGEN DEL ALGORITMO DE pH
-log ([H3O1+] [OH1-] = 1x10-14)
-log H3O1+ + (-log OH1-) = -log(1x10-14)
pH + pOH = 14
Disoluciones neutras : [H3O1+] = [OH1-] = 1x10-7 M
Disoluciones ácidas: [H3O1+] > 1x10-7 M y [OH1-] < 1x10-7 M
Disoluciones básicas: [H3O1+] < 1x10-7 M y [OH1-] > 1x10-7 M
12. ESCALA DEL pH
Sören Sörensen (1909) propuso una forma de representar y
comparar los valores de [H+] de las disoluciones que son muy
pequeñas, el pH.
pH es la forma logarítmica de expresar las concentraciones de
los iones [H+]
1
pH = log
[ ]
H+
Al aplicar las leyes de los logaritmos:
pH = - log [H+]
16. ¿DÓNDE INFLUYE EL pH EN EL ORGANISMO?
La mayoría de los procesos biológicos son dependientes del pH, una
pequeña variación produce un gran cambio en la velocidad de un
proceso.
Las enzimas y otras biomoléculas, contienen en su estructura grupos
amino y carboxilo protonados, grupos fosfato en los nucleótidos, que
funcionan como ácidos débiles y, por tanto, su estado iónico
depende del pH de la disolución que los contiene.
Las enzimas pueden ser desnaturalizan perdiendo su carácter iónico
e inactivarse.
17. ¿DÓNDE INFLUYE EL pH EN EL ORGANISMO?
ENZIMA pH
óptimo
Pepsina 1.5
Tripsina 7.7
Catalasa 7.6
Arginasa 9.7
Fumarasa 7.8
Ribonucleasa 7.8
La concentración de protones afecta la actividad enzimática, alteran la
estructura de la enzima y del sustrato, pueden participar en la reacción
como sustrato o producto, afectando directamente la velocidad de la
reacción.
18. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL ORGANISMO?
EN CONDICIONES NORMALES:
1) Ácido volátil (CO2 ): catabolismo oxidativo de la glucosa y ácidos grasos
2) Ácidos fijos: metabolismo de aminoácidos, glucosa, fosfolipoproteínas,
fosfolípidos, metabolismo anaeróbico de la glucosa
3) Alimentación
19. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL ORGANISMO?
1. ÁCIDO VOLÁTIL
La principal fuente de H+ es el dióxido de carbono (CO2), producto final del
catabolismo oxidativo de la glucosa y ácidos grasos:
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
Producción: 10,000 – 20,000 mEq/día de “ácido volátil” en forma de CO2.
20. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL ORGANISMO?
Fase acuosa (sangre en los capilares)
H+ + HCO3- reacción 1
H2CO3
H2O H2O
reacción 2
CO2(d)
reacción 3
CO2(g)
Fase gaseosa (espacio aéreo en los
pulmones ), eliminación del ácido volátil
21. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL ORGANISMO?
2. ÁCIDOS FIJOS
En condiciones normales : 50 - 100 mEq/día de “ácidos fijos o no
volátiles”:
H2 SO4 (aminoácidos: metionina, cisteina, lisina y arginina), H3 PO4
(fosfolipoproteínas y fosfolípidos) y ácido láctico (metabolismo anaeróbico
de la glucosa). Su eliminación es lenta.
Lecitina
Cisteína
Metionina
Ácido láctico
Glucosa
22. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL
ORGANISMO?
3. ALIMENTACIÓN
Alimentos acidificantes
• Carne, aves, extractos de carne, pescados, mariscos, moluscos
• Huevo
• Quesos (los quesos fuertes o maduros son más ácidos que los quesos suaves
como el cottage, mozarella, queso blanco o panela, queso de cabra)
• Grasa animal como manteca de cerdo
• Aceite vegetal, especialmente de cacahuate y aceites refinados o solidificados
(margarina)
• Granos integrales y refinados, productos derivados: trigo, avena, mijo, pan, pasta.
• Leguminosas: cacahuates, frijol de soya
• Azúcar blanca, café, té, chocolate y vino
• Dulces: jarabes, repostería, chocolates, caramelos, jalea, conservas de fruta
• Frutas oleaginosas: nueces, avellanas, semillas de calabaza.
•Bebidas dulces manufacturadas, especialmente refrescos
• Mayonesa, mostaza, catsup.
23. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL
ORGANISMO?
Alimentos alcalinizantes
• Papas (excepto las fritas)
• Vegetales verdes, crudos o cocidos: chícharos, apio, col verde , tomillo, albaca,
perejil .
• Vegetales coloridos: zanahorias, betabel (excepto el tomate)
• Maíz (granos de elote)
• Leche (líquida o en polvo) y derivados (queso cottage , crema , mantequilla)
• Frutas: plátanos
• Frutas secas y semillas: dátiles, pasas (excepto frutas como los duraznos,
manzanas, piñas) , castañas, almendras, nueces de Brasil
•Yema de huevo
• Agua mineral alcalina
• Aceitunas negras preservadas en aceite
• Aguacate
•Aceites prensados en frío
• Germinado de soya
• Sal marina
•Sustituto de café, tés de menta o manzanilla
24. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL
ORGANISMO?
Alimentos débilmente ácidos
• Suero, yogurt, kefir
• Frutas sin madurar (entre menos madura esté una fruta, mayor será su contenido
de ácido)
• Frutas ácidas: moras (rojas, negras, azules, frambuesas, manzana verde y fresas)
• Frutas cítricas: limones, toronjas, naranjas
• Ciruela
• Duraznos
• Frutas dulces (consumo en exceso): melón y sandía
• Vegetales ácidos : tomate (en todas sus variedades)
• Vegetales que han sido fermentados con lactobacilos
• Jugos de fruta, jugo de limón (en aderezo para ensaladas)
•Miel
•Vinagre
• Ajonjolí
•Coco
•Aceitunas verdes
•Vegetales crucíferos o sulfurosos: berenjenas, pimientos, cebollas, ajo, echalotes,
espárragos
25. ¿QUÉ DETERMINA EL pH EN EL ORGANISMO?
DE MANERA ANORMAL:
• Hipoxia: la glucosa se metaboliza a H+ y lactato
• Déficit de insulina: los triglicéridos se metabolizan a H+ y beta
- hidroxibutirato
• Medicamentos
• Patologías: la diabetes, produce cetoacidosis.
26. ¿CÓMO MANTIENE EL ORGANISMO EL pH?
Actúan simultáneamente tres sistemas para mantener el pH:
1) Sistemas amortiguadores ácido-base: se combinan de forma
inmediata con un ácido o un base para evitar cambios excesivos en la
concentración de iones de H+ (actúa en fracciones de segundo)
2) Centro respiratorio: regula la eliminación de CO2 (por lo tanto de
H2CO3) del líquido extracelular (actúa en pocos minutos)
3) Riñones: excretar una orina ácida o alcalina, lo que permite un reajuste
de la concentración de iones H+ en el líquido extracelular hacia la
normalidad en casos de acidosis o alcalosis (actúa en un intervalo de
horas a días)
27. ¿CÓMO MANTIENE EL ORGANISMO EL pH?
Sistemas amortiguadores, tampón o buffers
28. ¿CÓMO MANTIENE EL ORGANISMO EL pH?
Sistemas amortiguadores, tampón o buffers
1. Bicarbonatos: en el plasma y el líquido intersticial, es el 75% de
capacidad buffer total de la sangre .
CO2 + H2O H2CO3 H1+ + HCO31-
2. Fosfatos: en plasma, hematíes y líquido intersticial, es más
eficiente a un pH cercano a su pKa de 6.86, resiste cambios en el pH
desde 5.86 hasta 7.86.
H2PO41- H+ + HPO42-
29. ¿CÓMO MANTIENE EL ORGANISMO EL pH?
3. Proteínas plasmáticas e intracelulares: el grupo de los
imidazoles posee un pK situado en el rango del pH sangre, pK
oscilan: 5.5-8.5
Hemoglobina, en los hematíes rango pK 7-8, la desoxi-Hb es un
ácido más débil la oxi-Hb.
30. RELACIÓN pH y pK
pK: es el pH en el cual el 50% de la sustancia está ionizada,
es una constante física.
pK = -log K
Sí el pH de la disolución determina la proporción de
disociación, entonces:
Sí pH > pK aumenta la disociación medio ácido
Sí pH < pK especies químicas aceptan H+ medio básico
31. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE pH
EN EL ORGANISMO
ACIDOSIS
TIPO DEBIDO A: CAUSA REACCIONES
COMPENSATORIAS
Retención de Hipoventilación
CO2. Enfisema pulmonar
Disminución del Insuficiencia cardiaca
pH sanguíneo congestiva Aumento en la frecuencia
RESPIRATORIA Bronconeumonía respiratoria.
Enfermedad de la Los riñones excretan orina
membrana hialina ácida.
Fármacos depresores
del centro respiratorio
cerebral
Aumento de H1+. Diabetes mellitus Aumento en la frecuencia
METABÓLICA Disminución del Deficiencia renal respiratoria.
pH sanguíneo Ingestión de fármacos Los riñones excretan orina
ácidos como la ácida.
aspirina.
Pérdida de HCO31-
32. EFECTO DE LOS CAMBIOS DE pH
EN EL ORGANISMO
ALCALOSIS
TIPO DEBIDO A: CAUSA REACCIONES
COMPENSATORIAS
Expulsión rápida Hiperventilación Disminución en la
RESPIRATORIA del CO2. Fiebre alta frecuencia respiratoria.
Aumento del pH Trauma Los riñones excretan
sanguíneo Histeria menos ácido.
Aumento en los Accesos violentos de Disminución en la
METABÓLICA componentes vómito que causan frecuencia respiratoria.
básicos de la pérdida de ácido Los riñones excretan
sangre. estomacal. menos ácido.
Aumento del pH Ingestión excesiva de
sanguíneo sustancias básicas
(antiácidos)
33. ALTERACIONES ÁCIDO-BASE
Ácido volátil: CO2
Ácido no volátil: ácidos sulfúrico, nítrico y clorhídrico, fosfatos, sulfatos
Ácidosis metabólica: pH 7.2
[HCO31- ] plasmática < 24 mEq
Presión parcial CO2 baja
34. ALTERACIÓN ÁCIDO-BASE
Cuando [ H1+ ] = 50 a 100 mEq, el pH se compensa debido a:
1) Buffer extracelular de HCO31-
2) Mecanismo amortiguador intracelular: sale K1+ y entra H1+
a) Producción de HCO31-
3) Riñones b) Captación de H1+ : Na2HPO4 NaH2PO4
c) Excreción de amoniaco: NH3 NH4+ (sales)
35. CAMBIOS OBSERVABLES EN ALTERACIONES ÁCIDO/BASE
RESPIRATORIA METABÓLICA
Acidosis Alcalosis acidosis alcalosis
NO
COMPENSADO/ N C N C N C N C
COMPENSADO
pH S/C S/C S/C S/C
Relación
S/C S/C S/C S/C
HCO3-/CO2
[HCO3-] S/C S/C
pCO2 S/C S/C
CO2 total S/C S/C
36. ESTUDIO DE CASO
Supongan que el paciente ingirió un ácido.
¿Qué sucede con la [H+] y [HCO3-]?
H2CO3 H1+ + HCO3 1-
¿El desequilibrio es exógeno o endógeno?
¿El desequilibrio es de naturaleza respiratoria o metabólica?
¿Qué parámetro es el más confiable para indicar que es un trastorno
metabólico, el pH o [HCO3-]?
¿Qué alteración ácido-base se está produciendo?
¿Qué ocurre en el organismo para compensar el desequilibrio ácido-
base?
37. BIBLIOGRAFÍA
Dingrando. L. et al (2002). Química. Materia y cambio. Colombia: Mc Graw Hill
Bloomfield, M. (1992). Química de los organismos vivos. México: Limusa
Burns, R. ( 2003). Fundamentos de química. México: Pearson
Campbell, M. et al (2005). Bioquímica. México: Thomson
Kotz, J., Treichel, P. (2003). Química y reactividad química. México:
Thomson Editores. Phillips, J. et all (2000). Química. Conceptos y aplicaciones.
México:
Mc Graw Hill
Timberlake, K. (1992). Química. Introducción a la Química General, a la Orgánica y a la
Bioquímica. México: Oxford-Harla
CIBERGRAFÍA
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http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/fundamentos%20vida.html
http://essa.uncoma.edu.ar/academica/materias/morfo/ARCHIVOPDF2/UNIDAD3/2-
Unidad3-Electrolitos_Amortiguadores.pdf, recuperado en mayo 2009
Fisiología ácido-base, recuperado en mayo 2009, de:
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