1. Agua, pH y amortiguadores

1.1 El agua y el pH

Fuente principal: Rodwell y cols., Harper, 32.ª ed. (2023); Nelson y Cox, Lehninger, 8.ª ed. (2021).

Objetivos

• Explicar por qué el agua es el disolvente de la vida y cómo se define el pH.
• Usar la ecuación de Henderson-Hasselbalch para predecir el pH de un amortiguador.
• Describir los amortiguadores del cuerpo y cómo el pulmón y el riñón los regulan.

Conceptos clave

El agua es una molécula polar que forma puentes de hidrógeno; disuelve iones y moléculas polares, y obliga a las moléculas apolares a agruparse (efecto hidrofóbico), fuerza que pliega a las proteínas y forma las membranas. Se disocia muy poco en H⁺ y OH⁻. El pH es el logaritmo negativo de la concentración de H⁺: cada unidad de pH equivale a un cambio de diez veces en esa concentración. El pH arterial normal es de 7.35 a 7.45, que corresponde a unos 40 nmol/L de H⁺.

Un ácido dona protones y una base los acepta. La fuerza de un ácido se expresa con su pKa: el pH al que la mitad del ácido está disociado. Un ácido con pKa bajo es fuerte; con pKa alto, débil.

1.2 Amortiguadores

Fuente principal: Nelson y Cox, 8.ª ed. (2021).

Un amortiguador es la mezcla de un ácido débil y su base conjugada; resiste los cambios de pH al captar o liberar protones. Funciona mejor cuando el pH está a ±1 unidad de su pKa, donde la curva de titulación es más plana.

El amortiguador principal del líquido extracelular es el sistema bicarbonato/ácido carbónico. Su pKa es 6.1, lejos de 7.4, y aun así es el más importante porque es un sistema abierto: el pulmón elimina el CO₂ en minutos y el riñón ajusta el bicarbonato en días. La anhidrasa carbónica acelera la reacción CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻. Dentro de las células amortiguan los fosfatos y las proteínas; en el eritrocito, la histidina de la hemoglobina.

1.3 Trastornos ácido-base desde la bioquímica

Fuente principal: Rodwell y cols., 32.ª ed. (2023).

La acidosis metabólica ocurre cuando se acumulan ácidos (cetoácidos, lactato) o se pierde bicarbonato (diarrea). Los ácidos fijos consumen bicarbonato y el pulmón responde con hiperventilación (respiración de Kussmaul). La brecha aniónica, Na⁺ − (Cl⁻ + HCO₃⁻), normal de 8 a 12 mmol/L, aumenta cuando el anión del ácido acumulado no se mide (β-hidroxibutirato, lactato, formiato del metanol).

Cada trastorno primario provoca una respuesta compensadora del otro sistema, que acerca el pH a lo normal pero casi nunca lo corrige por completo. Si la compensación esperada no se cumple, hay un segundo trastorno.

Correlación clínica: en la intoxicación por metanol, frecuente con bebidas adulteradas en México, la alcohol deshidrogenasa lo convierte en formaldehído y ácido fórmico: acidosis con brecha alta y daño del nervio óptico. El tratamiento con fomepizol o etanol compite por esa enzima, un ejemplo de inhibición competitiva aplicada.

1.4 Repaso del capítulo

Caso clínico integrador

Un hombre de 24 años con diabetes tipo 1 dejó de aplicarse insulina por tres días. Llega con vómito, respiración profunda y rápida y aliento a frutas. Su gasometría muestra pH 7.08, pCO₂ 18 mmHg y HCO₃⁻ 6 mmol/L; Na⁺ 136 y Cl⁻ 102 mmol/L. Razonamiento: hay acidemia con bicarbonato bajo, así que el trastorno primario es metabólico. La brecha aniónica es 136 − (102 + 6) = 28 mmol/L: se acumula un anión no medido, el β-hidroxibutirato. La pCO₂ baja es la compensación respiratoria (respiración de Kussmaul). El tratamiento corrige la causa: líquidos, insulina y potasio; el bicarbonato se reserva para casos extremos.

Errores frecuentes

• Creer que un amortiguador funciona igual a cualquier pH: rinde mejor a ±1 unidad de su pKa.
• Olvidar que un cambio de 0.3 unidades de pH es el doble de H⁺.
• Pensar que el bicarbonato es mal amortiguador por su pKa: es el mejor porque el sistema es abierto.

Perlas

Repaso del capítulo: 20 preguntas

Elija una sola respuesta en cada pregunta. La clave y su explicación están al final del capítulo.

1. ¿Qué propiedad del agua obliga a las moléculas apolares a agruparse?

A) El efecto hidrofóbico

B) Su baja polaridad

C) Su alta disociación

D) Su carga negativa neta

2. Si el pH baja de 7.4 a 6.4, ¿cuánto cambia la concentración de H⁺?

A) Aumenta dos veces

B) Baja diez veces

C) Aumenta cien veces

D) Aumenta diez veces

3. ¿A qué concentración de H⁺ corresponde un pH arterial de 7.40?

A) Unos 4 nmol/L

B) Unos 40 nmol/L

C) Unos 400 nmol/L

D) Unos 40 mmol/L

4. ¿Qué define el pKa de un ácido?

A) El pH al que está disociado por completo

B) La concentración de su base conjugada

C) El pH al que está disociado a la mitad

D) La velocidad con que dona protones

5. Un amortiguador tiene base y ácido en igual concentración y pKa de 6.8. ¿Cuál es su pH?

A) 7.4

B) 6.1

C) 7.8

D) 6.8

6. ¿En qué intervalo amortigua bien un ácido débil?

A) Dos unidades por arriba de su pKa

B) Una unidad arriba o abajo de su pKa

C) Sólo cuando el pH es neutro (7.0)

D) Lejos de su pKa, en la meseta más alta

7. ¿Qué cociente bicarbonato/ácido carbónico corresponde a un pH de 7.40?

A) 20 a 1

B) 10 a 1

C) 1 a 20

D) 1 a 1

8. ¿Qué amortiguador predomina dentro del eritrocito?

A) El bicarbonato que entra del plasma

B) Los fosfatos del hueso cortical

C) La albúmina del plasma sanguíneo

D) La histidina de la hemoglobina

9. Un paciente hiperventila por dolor y su pH sube en minutos. ¿Qué órgano lo corrigió tan rápido, en sentido opuesto?

A) El riñón, por el bicarbonato

B) El hígado, por la urea

C) El hueso, por el fosfato

D) El pulmón, por el CO₂

10. ¿Cómo se calcula la brecha aniónica?

A) Na⁺ − (Cl⁻ + HCO₃⁻)

B) Na⁺ + K⁺ − Cl⁻ − 2

C) Cl⁻ − (Na⁺ + HCO₃⁻)

D) HCO₃⁻ − (Na⁺ − Cl⁻)

11. Un niño con choque séptico tiene acidosis con brecha aniónica de 22 mmol/L. ¿Qué anión no medido se acumula con más probabilidad?

A) Cloruro

B) Lactato

C) Potasio

D) Calcio

12. Un paciente tiene acidosis metabólica con HCO₃⁻ de 10 mmol/L. ¿Qué pCO₂ se espera si la compensación es adecuada?

A) 23 ± 2 mmHg

B) 40 ± 2 mmHg

C) 15 ± 2 mmHg

D) 33 ± 2 mmHg

13. En el mismo paciente con HCO₃⁻ de 10, la pCO₂ es de 35 mmHg. ¿Qué indica?

A) Una compensación adecuada

B) Una alcalosis respiratoria agregada

C) Una acidosis respiratoria agregada

D) Un error de laboratorio seguro

14. Un hombre con vómito de días tiene HCO₃⁻ de 34 mmol/L. ¿Cuánto debería subir su pCO₂ por compensación?

A) Unos 20 mmHg

B) Unos 2 mmHg

C) Unos 7 mmHg

D) Unos 15 mmHg

15. Un paciente con sobredosis de opioides tiene pCO₂ de 60 mmHg desde hace una hora. ¿Cuánto se espera que suba el HCO₃⁻?

A) Unos 8 mmol/L

B) Unos 2 mmol/L

C) Unos 12 mmol/L

D) No debe cambiar

16. Un alpinista lleva semanas a gran altura con pCO₂ de 30 mmHg. ¿Cuánto bajó su HCO₃⁻ por la compensación crónica?

A) De 4 a 5 mmol/L

B) De 1 a 2 mmol/L

C) De 10 a 12 mmol/L

D) Nada en la crónica

17. ¿Qué enzima convierte el metanol en formaldehído?

A) La aldehído oxidasa hepática

B) La anhidrasa carbónica

C) La catalasa del peroxisoma

D) La alcohol deshidrogenasa

18. Un jornalero con intoxicación por metanol recibe fomepizol. ¿Qué tipo de inhibición ejerce?

A) Irreversible sobre la anhidrasa carbónica

B) Competitiva sobre la alcohol deshidrogenasa

C) No competitiva sobre la catalasa hepática

D) Alostérica sobre la aldehído deshidrogenasa

19. Un joven con diabetes tipo 1 tiene pH 7.15, Na⁺ 140, Cl⁻ 104 y HCO₃⁻ 8 mmol/L. ¿Cuánto vale su brecha aniónica?

A) 12 mmol/L

B) 36 mmol/L

C) 28 mmol/L

D) 20 mmol/L

20. En ese mismo paciente, ¿qué tratamiento corrige la causa de la acidosis?

A) Bicarbonato en bolo a todos

B) Sólo oxígeno en alto flujo

C) Líquidos, insulina y potasio

D) Restricción total de líquidos

Clave del repaso

1. A. El agua polar forma puentes de hidrógeno y excluye a las moléculas apolares; así se pliegan las proteínas y se forman membranas.

2. D. El pH es logarítmico: una unidad equivale a un cambio de diez veces.

3. B. El rango normal 7.35-7.45 equivale a unos 45-35 nmol/L.

4. C. Un pKa bajo indica un ácido fuerte; alto, uno débil.

5. D. Con base = ácido, el log del cociente es cero y pH = pKa.

6. B. Allí la curva de titulación es más plana.

7. A. pH = 6.1 + log 20 ≈ 7.40.

8. D. Dentro de las células amortiguan fosfatos y proteínas.

9. D. «Pulmón Pronto, Riñón Retrasado».

10. A. Su valor normal es de 8 a 12 mmol/L.

11. B. El lactato de la hipoxia tisular eleva la brecha.

12. A. 1.5 × 10 + 8 = 23 mmHg.

13. C. La pCO₂ esperada es 23; una más alta indica un segundo trastorno.

14. C. Sube unos 0.7 mmHg por cada mmol/L de HCO₃⁻ (10 × 0.7).

15. B. En la aguda sube 1 por cada 10 mmHg; 20 mmHg arriba dan unos 2.

16. A. En la crónica baja 4-5 por cada 10 mmHg.

17. D. Después se forma ácido fórmico.

18. B. Compite con el metanol por la enzima, igual que el etanol.

19. C. 140 − (104 + 8) = 28: se acumula β-hidroxibutirato.

20. C. El bicarbonato se reserva para casos extremos.

Referencias

• Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. Harper's Illustrated Biochemistry. 32nd ed. McGraw Hill; 2023.
• Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. 8th ed. Macmillan Learning; 2021.