Participación del Riñón y Pulmón en el Equilibrio Ácido-Base

EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE: 7.35 - 7.45 DE pH. Cifra menor a 7.35 es igual a acidosis; y superior a 7.45 alcalosis. Pero, ¿de qué tipo?: ¿respiratoria o metabólica? Vamos a intentar comentar cómo se realiza ese "juego" de equilibrio.

ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO ACIDO-BASE:
- ALTERACIONES METABÓLICAS: se modifica el Bicarbonato (HCO₃):
*Alcalosis metabólica: aumento del Bicarbonato (HCO₃.)
*Acidosis metabólica: disminución del Bircarbonato (HCO₃).

- ALTERACIONES RESPIRATORIAS: se modifica la presión parcial de dióxido de Carbono (pCO₂):
*Alcalosis respiratoria: aumento de la cifra de pCO_2.
*Acidosis respiratoria: disminución de la pCO_2.

COMPENSACION PULMONAR

El aumento de la concentración de Hidrógeno estimula los centros nerviosos respiratorios, produciendo un aumento de la ventilación alveolar tanto en la frecuencia como en el volumen.

El Dióxido de carbono se elimina y se reduce a límites predecibles, eliminando Ácido carbónico, contribuyendo a compensar la Acidosis. El C0_2. se elimina como Ácido carbónico (C0₃H_2.), que se descompone en CO₂ y vapor de Agua (H₂0).

Si se cronifica la Acidosis la compensación ventilatoria se torna menos efectiva, porque el esfuerzo muscular requerido no puede ser mantenido por periódos muy largos.

Si el pH se reduce por debajo de 7.10 la respuesta respiratoria será la de hipoventilación, con lo que se producirá mayor deterioro ácido-básico.

COMPENSACIÓN RENAL:

La respuesta no es inmediata; se produce entre tres y cinco días, pero es la más segura, ya que elimina la carga ácida o alcalina en exceso.

Hay que tener en cuenta que todo ello se produce en condiciones normales, cuando el Riñón elimina de 50 a 80 mEq (miliequivalentes) de Iones Hidrógeno por día proveniente del metabolismo endógeno.

En el caso de una Acidosis, este valor puede llegar a 500 mEq/día. De estos 100 es ácido titulable y 400 en forma de Amonio.

DATOS CLÍNICOS DE LA ACIDOSIS:

-Sistema Respiratorio: en principio, se produce taquipnea, con respiración de Kusmaul, reduciendo la PC02. El problema es que esta situación genera un gran trabajo muscular con el consiguiente gasto de energia, que conduce a una fatiga y consecuente hipoventilación.
-Respuesta endocrina: aumento de protones ácidos en el líquido plasmático, produciendo hipersecreción de Adrenalina y Corticoides, provocando intensa vaso-constricción periférica y agravamiento del problema, por metabolismo láctico. La acidosis así se hace muy difícil su manejo..

NOTAS:
1) Desfavorable: uso de Bicarbonato para reducir el pH. Se debe a que el Bicarbonato puede producir más C0₂, que al unire a Agua (H₂0) forma Ácido Carbónico (H₃C0₂), agravando la Acidosis, al tiempo de favorecer la formación de más Lactato adicional. Esta es la principal desventaja del Bicarbonato.

2) Favorable: la recomendación estandarizada para el manejo de Acidosis es mantener la cifra de pH por encima de 7.2. Estaría indicado el Bicarbonato en presencia de Acidosis con hipotensión, ya que la acidosis es refractaria a volumen e inotrópicos.

Tratamiento: Bicarbonato a reponer: exceso de Base multiplicado por 0,3 del peso corporal, ya que el déficit de Base que se trata de corregir es el del espacio extraceluar, que es la tercera parte del total.

La mitad de esa cifra en bolo intravenoso directo; y el resto en las siguientes cuatro o seís horas, teniendo en cuenta la evolución. 

DATOS CLÍNICOS DE LA ALCALOSIS METABÓLICA:

Se caracteriza por un pH elevado, debido al aumento de Bicarbonato. La causa más frecuenta son los vómitos y la eliminación excesiva de Orina, debido al uso de Diuréticos. También la ingestión exagerada de álcalis en forma de antiácidos o citratos produce alcalosis. La consecuencia es un déficit de Potasio y depleción de volumen.

CLÍNICA DE LA ALCALOSIS METABÓLICA:

-Neuro-musculares, con tetania y fasciculaciones; debilidad muscular y confusión mental.

-Respiratorio y Cardio-vasculares, con disminución de la frecuencia respiratoria, consecuente hipoventilación; así como irritabilidad miocárdica, provocando arritmias. El uso de Digital conllevaría mayor riesgo de arritmias, debido a la irritabilidad por depleción de potasio y disminución de volumen.

SISTEMAS ORGÁNICOS QUE PARTICIPAN EN EL EQUILIBRIO:

El equilibrio Ácido-base requiere la integración de tres órganos:
1), el Hígado;
2), los Pulmones; y
3), y el Riñón. 

El Hígado metaboliza las proteínas produciendo iones hidrógeno (H+),
el Pulmón elimina el dióxido de carbono (CO₂), y
el Riñón generando nuevo Bicarbonato (H₂CO₃).

DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS.

En una Gasometría arterial (o venosa), de esas que hacemos todos los días, el primer parámetro que aparece es el pH, ya que la cifra, el valor de ese pH, cuando está fuera del rango (7,35-7,45) hace que las PROTEÍNAS se desnaturalizan y son digeridas. Sucede que las ENZIMAS pierden su habilidad para funcionar, y el cuerpo es incapaz de sostenerse.

Hay que recordar que las ENZIMA son moléculas de naturaleza PROTEICA que catalizan REACCIONES bioquímicas, siempre que sean termodinámicamente posibles.

Los Riñones intervienen en ese Equilibrio Ácido-Base, PARTICIPANDO en la regulación del pH del Plasma sanguíneo: las GANANCIAS y PÉRDIDAS de Ácido y Base deben ser EQUILIBRADAS.

LOS ÁCIDOS se dividen en VOLÁTILES y FIJOS.

- Ácido  Volátil:   Monóxido de carbono, CO₂;
- Ácido fijo: básicamente proceden del metabolismo de los aminoácidos que contienen sulfuro y aminoácidos catiónicos. 

En el organismo existe una producción continua de ácidos:

1) 50/100 mEq/día de “ácidos fijos”, procedentes básicamente del metabolismo de los aminoácidos que contienen sulfuro (metionina, cisteina) y aminoácidos catiónicos (lisina y arginina). Aunque los hidratos de carbono y las grasas son normalmente metabolizadas a productos finales neutros, en circunstancias anormales (como puede ser la hipoxia, donde la Glucosa se metaboliza a H+ y Lactato, o en el déficit de Insulina donde los Triglicéridos se metabolizan a H+ y beta - hidroxibutirato) pueden servir como carga de ácidos;
2) 10.000/20.000 mEq/día de “ácido volátil” en forma de CO₂.

Estos ácidos fijos y volátiles han de ser eliminados del organismo, pero teniendo en cuenta que la eliminación de los “ácidos fijos” es más lenta. Sin embargo, el organismo dispone de medios para defenderse de forma rápida de la acidez que actúan coordinadamente.

La primera línea de defensa son los buffers; la segunda línea es la regulación respiratoria; y la tercera línea, la regulación renal

BUFFER, tampón, solución amortiguadora o solución reguladora es la MEZCLA en concentraciones relativamente elevadas de un ÁCIDO DÉBIL y su BASE CONJUGADA, es decir, sales hidrolíticamente activas. Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital importancia, ya que solamente un leve cambio en la concentración de Hidrogeniones en la célula puede producir un paro en la actividad de las enzimas.

Para poder entender con claridad el mecanismo que utiliza el organismo para evitar cambios significativos de pH pondremos un ejemplo de actuación del tampón de más importancia en el organismo, el equilibrio de ÁCIDO CARBÓNICO (H₂CO₃) y  BICARBONATO (HCO₃-), presente en el líquido intracelular y en la sangre.

Como producto del metabolismo se produce CO₂ que al reaccionar con las moléculas de agua (H₂O) el resultado es ÁCIDO CARBÓNICO (HCO₃-), un compuesto inestable que SE DISOCIA parcialmente y pasa a ser BICARBONATO (HCO₃-) según el siguiente equilibrio:

CO₂ + H₂O H₂CO₃ HCO₃- + H+

Entonces, el BICARBONATO (HCO₃-) resultante se combina con los CATIONES libres presentes en la célula, como el SODIO, formando así BICARBONATO SÓDICO (NaHCO₃), que actuará como tampón ácido.

Supongamos que entra en la célula un ácido fuerte, por ejemplo, ÁCIDO CLORHÍDRICO (HCl):

HCl + NaHCO₃ → NaCl + CO₂ + H₂O

Como se puede ver en la anterior reacción el efecto ÁCIDO CLORHÍDRICO (HCl) queda neutralizado por el  BICARBONATO DE SODIO (NaHCO₃), resultan como productos sustancias que no provocan cambios en el pH celular y lo mantienen en su valor normal.

REGULACIÓN RESPIRATORIA.-

A medida que la profundidad y frecuencia respiratoria AUMENTAN, se pierde más dióxido de carbono (CO₂), DISMINUYENDO la concentración de Ácido Carbónico (H₂CO₃) en la sangre. Y si se elimina CO₂. queda libre Agua (H₂O), que tendrá que ser eliminada. 

A medida que la profundidad y frecuencia respiratoria disminuyen (respiración superficial), se extrae menos dióxido de carbono (CO₂), y la concentración de Ácido carbónico (H₂CO₃) en la sangre está aumentada, lo que conduce a un cambio en la relación de Ácido carbónico (H₂CO₃) con Bicarbonato de sodio (NaHCO₃).

Los pulmones deben tener tejido elástico normal para que se produzca remoción eficiente de dióxido de carbono (CO₂). Cualquier trastorno que disminuya esta elasticidad produce retención de dióxido de carbono (CO₂) y Ácido carbónico (H₂CO₃), conduciendo a la Acidosis con un pH menor (de 7.35): Normal entre 7.35/7.45.

Aunque los pulmones pueden modificar el pH cambiando la pCO₂ y alterando la relación de Ácido carbónico (H₂CO₃)  con Bicarbonato, no existe ningún cambio en la cantidad de iones Hidrógeno. Los pulmones no pueden regenerar Bicarbonato para reemplazar lo que se ha perdido cuando los iones Hidrógeno fueron amortiguados. La formación de nuevo Bicarbonato (HCO₃-)  y la excreción del mismo, si es necesario, son funciones de los riñones.

REGULACIÓN DEL pH.

El Ácido carbónico (H₂CO₃) se forma en las células tubulares del riñón a través del siguiente proceso: cuando se forma el dióxido de carbono (CO₂) durante la actividad celular en el ciclo "ácido cítrico", se combina con Agua bajo la influencia de la Anhidrasa carbónica, como en otras células, y se forma Ácido carbónico. Un ion Hidrógeno del Ácido carbónico entra al filtrado en intercambio por un ion Sodio. El ion Hidrógeno reemplaza entonces al Sodio en la molécula de fosfato y es excretado en la orina. El Ácido carbónico (H₃CO₂) en el filtrado no se pierde totalmente en la orina, porque este Ácido carbónico se divide en dióxido de carbono (CO₂) y Agua (H0₂). El dióxido de carbono (CO₂) difunde hacia atrás a la célula tubular y vuelve a los capilares como Bicarbonato de sodio (NaHCO₃) o ion Bicarbonato (HCO₃-).

Un segundo medio utilizado por la célula tubular para regular el pH es la secreción de amoníaco. La glutamina es metabolizada, de lo que resulta NH₃, cuando la acidez de los líquidos corporales es baja. Cuando el amoníaco ingresa al filtrado, vuelve un ion Sodio a la célula tubular y luego a los capilares. Si los líquidos corporales no son ácidos, no se produce la secreción de amoníaco.

Los iones Hidrógeno y el Amoníaco son secretados en intercambio por Sodio en el filtrado. Esto produce regreso del Bicarbonato de Sodio a la sangre. Existe un incremento, entonces, en la fracción de Bicarbonato del par buffer ácido carbónico-bicarbonato de sodio.

La EXCRECIÓN Renal es el principal punto de control para el mantenimiento del Equilibrio estable, junto con los Pulmones.

En el Riñón se produce la excreción o retención de Sodio mediante la acción de la ALDOSTERONA, la hormona ADH (antidiuretina o Arginina-vasopresina), el Péptido Natriurético atrial (ANP), y otras hormonas.

EL PÉPTIDO NATRIURÉTICO ATRIAL (ANP), factor natriurético atrial (ANF), hormona natriurética atrial (ANH), o atriopeptina, es un polipétido CON EFECTO VASO-DILATADOR potente secretado por las células del "músculo" cardíaco. Está estrechamente relacionado con el CONTROL HOMEOSTÁTICO del Agua corporal, Sodio, Potasio y tejido adiposo.

El ANP es liberado por las células musculares de la AURÍCULA CARDÍACA (miocitos auriculares), como respuesta al aumento de la PRESIÓN ARTERIAL. 

PÉPTIDO.- Los péptidos (del griego, peptós, digerido) son un tipo de MOLÉCULAS formadas por la UNIÓN de VARIOS AMINOÁCIDOS mediante enlaces peptídicos. Los péptidos, al igual que las proteínas, están presentes en la naturaleza y son responsables de un gran número de funciones, muchas de las cuales todavía no se conocen.

La UNIÓN de un número DE AMINOÁCIDOS da lugar a un PÉPTIDO:

-Oligopéptido: menos de 10 aminoácidos.
-Polipéptido: más de 10 aminoácidos y menos de 20.
-Proteína: más de 20 aminoácidos.

Las proteínas con una sola cadena polipeptídica se denominan proteínas monoméricas, mientras que las compuestas de más de una cadena polipeptídica se conocen como proteínas multiméricas.

Los péptidos se diferencian de las proteínas en que son más pequeños (tienen menos de diez mil o doce mil Daltons). Las proteínas como hemos visto, pueden estár formadas por la únión de varios polipéptidos, y a veces grupos prostéticos. Un ejemplo de polipéptido es la INSULINA, compuesta de 55 aminoácidos y conocida como una hormona de acuerdo a la función que tiene en el organismo de los seres humanos.

Hecha la anterior observación, el Pétido Natriurético Atrial actúa con el fin de REDUCIR el Agua, Sodio y Grasa del tejido adiposo en el Sistema circulatorio REDUCIENDO así la presión arterial. Actúa, entonces, como vaso-dilatador.

Los RANGOS anormales de la EXCRECIÓN funcional de Sodio pueden implicar la NECROSIS tubular aguda o la disfunción glomerular.

 
La habilidad del Riñón para realizar muchas de sus funciones depende de TRES funciones fundamentales:

-Filtración,
-Reabsorción y
-Secreción.

FILTRACIÓN.- La sangre se filtra por las NEFRONAS, que son las Unidades funcionales del Riñón. Cada Proteína plamática es insignificante para entrar al espacio de BOWMAN.

El ultrafiltrado es pasado, a su vez, a través del TÚBULO PROXIMAL, el ASA de Henle, el Túbulo CONTORNEADO distal, y una serie de Ductos colectores, para formar la ORINA.

REABSORCIÓN.- Es llamado así, "reabsorción", porque estas sustancias han sido absorbidas previamente en los INTESTINOS. Se trata esa reabsorción tubular, del proceso por el cual los SOLUTOS y el Agua son removidos desde el flujo tubular y transportados en la sangre.

SECRECIÓN.- Cuando el líquido filtrado se mueve a través de la Nefrona, gana materiales adicionales (desechos y sustancias en exceso). DOS PROCESOS:

-Extracción activa o pasiva desde el fluido TUBULAR hacia el INTERSTICIO renal, que es el tejido conectivo que rodea las Nefronas,
-Transporte de estas sustancias desde el INTERSTICIO hacia la circulación sanguínea.

Estos procesos de transporte son conducidos por DIFUSIÓN y por TRANSPORTE ACTIVO (fuerzas de Starling).

ANATOMÍA DE LA NEFRONA.- A los efectos de enteder mejor su función, vamos a recordar su estructura, compuesta de dos partes: 

-Una, el Corpúsuclo renal o Corpúsculo de Malpighio, donde se filtran los fluidos.
-Dos, el Túbulo renal, donde pasa el líquido filtrado.

*Corpúsculo renal:
-El Glomérulo, que es como un "ovillo" de diminutos capilares rodeados de un epitelio doble; por tanto, forman parte del sistema cardio-vascular.
-Cápsula glomerular o de Bowman, que rodea el glomérulo.

FUNCIONAMIENTO.- La sangre ENTRA en el corpúsculo renal a través de la ARTERIOLA Aferente, y SALE por la arteriola Eferente. La filtración de la sangre se verifica en la cápsula de Bowman, SALIENDO la orina producida por un "Tubo" especial (Ver las imágenes insertadas). 

CÁPSULA DE BOWMAN.- Es la unidad renal en forma de esfera hueca en la que se realiza el filtrado de las sustancias que se van a excretar. Está localizada al principio del componente tubular de una Nefrona en el RIÑÓN de los mamíferos. Encerrado dentro de la cápsula de Bowman se encuentra el GLOMÉRULO. El líquido de la sangre en el Glomérulo es recogido en la cápsula de Bowman (es decir, el FILTRADO GLOMERULAR) y posteriormente procesado a lo largo de la nefrona para formar la ORINA.

GLOMÉRULO RENAL.- La cápsula de Bowmn está compuesta por dos hojas que recubren al GLOMÉRULO RENAL: la visceral o esplácnica, y la parietal o somática. Recibe el nombre de glomérulo (renal en este caso), por la disposición que adoptan los VASOS CAPILARES dentro de la unidad funcional del riñón.

La capa parietal de la cápsula de Bowman está SEPARADA de la pared interior o capa visceral, por el llamado espacio capsular o espacio de Bowman. A medida que LA SANGRE FLUYE a través de los capilares de los glomérulos, el agua y los solutos se filtran, pasando al espacio de Bowman.

Arteriolas eferente; arteria renal; vena renal; Glomérulo; Túbulo sinuoso proximal; brazo descendente del Asa de Henle; Asa de Henle; brazo ascendente del Asa de Henle; Túbulo sinuoso distal; colector. Abajo, a la derecha, cápsula de Bowman;

FLUJO SANGUÍNEO RENAL Y FILTRADO GLOMERULAR:

Flujo y filtrado están directamente relacionados. Influye, desde luego, la Presión Hidrostática de los capilares, que están relacionados, al mismo tiempo, con la Presión arterial. Y esta Presión, al mismo tiempo, depende del FLUJO SANGUÍNEO que llega al Riñón, que se modificará en función de determinadas circunstancias.

PRESIÓN ONCÓTICA & PRESIÓN HIDROSTÁTICA.

La presión oncótica o coloidosmótica es debido a las proteinas plasmáticas que aparecen entre el compartimento vascular e intersticial.

Al ser los capilares sanguíneos POCO PERMEABLES a los compuestos de elevado peso molecular, como es el caso de las  PROTEÍNAS, éstas tienden a acumularse en el PLASMA SANGUÍNEO, resultando MENOS abundantes en el LÍQUIDO INTERSTICIAL. De este GRADIENTE de concentración entre el interior de los capilares y el espacio intersticial se deriva una tendencia del agua a compensar dicha diferencia, RETORNANDO al capilar sanguíneo con una cierta presión, la PRESIÓN ONCÓTICA CAPILAR.

Dicha presión oncótica se opone al filtrado que finalmente se produce a través del endotelio capilar, gracias a que la PRESIÓN HIDROSTÁTICA CAPILAR supera a la presión ONCÓTICA capilar. De igual modo, las proteínas que forman parte del LÍQUIDO INTERSTICIAL  generarán una presión ONCÓTICA intersticial, en condiciones normales MENOR que la presión oncótica capilar. De hecho, el filtrado a través del ENDOTELIO capilar se produce a causa del DEEQUILIBRIO entre las presiones hidrostática capilar y oncótica intersticial, que lo favorecen, y las presiones hidrostática intersticial y oncótica capilar, que se le oponen.
Los dos Riñones reciben normalmente alrededor 20% del VOLUMEN CARDÍACO, es decir: 1.200/1.100 mililitro/minuto (a una frecuencia cardíaca de 70 por minutos, en cada sístole llega al Riñón aproximadamente 170 mil).

La arteria Renal entra en el riñón a través del HILIO y después SE RAMIFICA progresivamente hasta formar las ARTERIAS INTERLOBULARES, las arterias ARCIFORMES, las arterias INTERLOBULILLARES (o arterias radiales) y las ARTERIOLAS Aferentes, sucesicamente, HASTA formar los CAPILARES GLOMERULARES. 

CAPILARES GLOMERULARES.- En estos capilares es donde comienza el proceso de formación de la orina, al filtrarse grandes cantidades de solutos y liquido (aproximadamente el 10-11% del flujo sanguíneo renal). Los extremos distales de los capilares de cada glomérulo coalescen hasta formar la ARTERIOLA EFERENTE, que llega a la segunda red capilar de las nefronas (unidades funcionales del riñón): los CAPILARES PERITUBULARES, que rodean a los túbulos renales (donde tiene lugar la reabsorción tubular).

La circulación renal tiene la particularidad de contar con DOS LECHOS CAPILARES: los glomerulares y los peritubulares, que están dispuestos en serie y separados por las arteriolas Eferentes, que ayudan a regular la PRESIÓN HIDROSTÁTICA en los dos grupos de capilares.

De esta forma, al AJUSTAR LA RESISTENCIA de las arteriolas Aferente y Eferente, los riñones PUEDEN REGULAR LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA en los capilares glomerulares y peritubulares, cambiando el filtrado glomerular, la reabsorción tubular o ambas, según se requiera.

El Equilibrio Ácido-Base no es una cuestión baladí, como tampoco lo son el control de los demás parámetros vitales, que deben ser objeto de continua evolución a los efectos de no permitir que el organismo entre en esas situaciones de Ácidosis o Alcalosis, ya respiratoria, ya metabólica.

Vemos que no se habla de "tratamiento", sino de simple fisiología. Las referencias al Agua, el Oxígeno, Bicarbonato, Péptido, Catecolaminas y alguna otra sustancia lo es a los únicos fines de recordar los elementos que intervienen en  el Equilibrio Ácido-Base, mediado por el mantenimiento de las constantes vitales dentro de los parámetros fisiológicos funcionalmente aceptables.