Equilibrio de electrolitos en el cuerpo: regulación y desequilibrio

¿Qué es un electrolito?

Cuando se disuelve en un solvente polar, un electrolito produce una solución que es capaz de conducir electricidad. La disolución de un electrolito libera cationes y aniones. Un catión está cargado positivamente debido a su mayor número de protones (+) en comparación con los electrones (-). Un anión es opuestamente más negativo debido a su mayor número de electrones (-) en comparación con los protones (+). Su polaridad opuesta hace que se atraigan, al igual que los extremos opuestos de un imán. Los disolventes polares ya tienen un desequilibrio de carga eléctrica. Cuando un solvente polar se mezcla con un electrolito, la carga eléctrica se vuelve neutra.

El cambio de estos electrolitos y, por tanto, el cambio de las propiedades eléctricas de los fluidos corporales, ayuda a regular muchos mecanismos fisiológicos.

Los electrolitos primarios

Los electrolitos más importantes del organismo son: sodio, potasio, cloruro, calcio, fosfato y bicarbonato. Las siguientes secciones abordarán cada electrolito y sus funciones individualmente.

Sodio

El sodio es un ion cargado positivamente que se encuentra principalmente en el hueso y el líquido extracelular., o el líquido ubicado fuera de la membrana celular. El líquido extracelular entrega nutrientes a las células y elimina los desechos metabólicos; sin embargo, la transferencia de nutrientes y desechos no puede ocurrir sin el gradiente de concentración creado por el sodio. Este gradiente de concentración existe porque aproximadamente el 20% del sodio del cuerpo en solución se encuentra dentro de la membrana celular, mientras que el otro 80% está contenido en el líquido extracelular. Esta gran diferencia de concentración promueve la difusión pasiva desde un punto de alta concentración a un punto de baja concentración. La membrana celular generalmente bloquea que ocurra la difusión pasiva de sodio, pero la liberación de un neurotransmisor o la ocurrencia de un estímulo sensorial enviará una señal a la membrana celular, permitiendo que el sodio ingrese a la célula a través de aberturas conocidas como canales de sodio dependientes de voltaje.

Desequilibrios de sodiose abordan con bastante frecuencia cuando se habla de dieta. El sodio generalmente se absorbe en el cuerpo a través de los alimentos que consume. Se recomiendan menos de 2300 mg de sodio dietético por día; sin embargo, la dieta occidental a menudo excede este límite. Cuando el sodio se digiere en exceso, el volumen de líquido extracelular tiende a aumentar, a menudo debido a los cambios de líquido desde el interior de la célula al espacio extracelular. Un subconjunto de líquido dentro del espacio extracelular se denomina líquido intravascular; esto incluye los fluidos de su sistema cardiovascular también conocidos como plasma; por lo tanto, la ingesta alta de sodio a través de los alimentos o la incapacidad de filtrar el exceso de sodio puede causar presión arterial alta, clínicamente conocida como hipertensión. Si bien el cuerpo generalmente puede procesar la ingesta alta de sodio en pequeñas dosis,hipernatremia .

El sodio puede excretarse del cuerpo a través del sudor, la orina, los vómitos y / o la diarrea. Una concentración baja de sodio en la sangre se conoce como hiponatremia y a menudo se asocia con un exceso de líquido extracelular. Esto se ve más comúnmente en atletas que beben demasiada agua antes de un evento o no aumentan la ingesta de sodio durante eventos largos en días calurosos. Las concentraciones bajas de sodio diluyen el líquido extracelular y en su lugar empujan el agua hacia las células, provocando su hinchazón. Esta hinchazón esencialmente ahoga la célula e interrumpe las funciones vitales, causando mareos, desmayos, daño cerebral e incluso la muerte.

Potasio

El potasio es un catión intracelular, lo que indica que, como el sodio, tiene carga positiva, pero su función está dentro de la membrana celular. El líquido dentro de la membrana celular se conoce comúnmente como líquido intracelular, pero se conoce más ampliamente como citosol . El potasio ayuda a mantener el equilibrio de líquidos adecuado dentro del citosol y el potencial de reposo de la membrana celular. Además, el potasio ayuda a restablecer un estado de equilibrio después de las despolarizaciones de la membrana y los potenciales de acción en las neuronas y las fibras musculares. Estas acciones son impulsadas principalmente por la bomba de sodio-potasio .

La bomba de sodio-potasio recibe energía del ATP para mover los iones de sodio y potasio a través de la membrana celular en direcciones opuestas a su gradiente de concentración natural. Durante cada bombeo, tres iones de sodio se mueven al espacio extracelular (donde la concentración de sodio es alta) y dos iones de potasio se mueven al citoplasma (donde la concentración de potasio es alta). Esta acción restaura el estado negativo natural de la membrana celular.

Los desequilibrios de potasio pueden estar relacionados con la función muscular, la salud del corazón, la pérdida ósea e incluso los cálculos renales. Aunque se recomienda consumir 4,700 mg de potasio por día, los estadounidenses generalmente consumen poco más de la mitad de eso. Si bien esto generalmente no es suficiente para causar hipopotasemia o niveles de potasio en sangre anormalmente bajos, aumentar la ingesta de potasio a través de frutas y verduras puede ayudar a mejorar la salud en general. La hipopotasemia no es común a menos que experimente desnutrición severa o tenga un pH sanguíneo alto. Algunas afecciones, como la diabetes, pueden causar la redistribución del potasio del citosol a la sangre, lo que afecta la capacidad de la membrana celular para controlar los potenciales de membrana y las reacciones a los estímulos neuronales. Hiperpotasemia, o niveles elevados de potasio en sangre, pueden conducir a la despolarización constante de la membrana celular, lo que evitará que la membrana vuelva a un estado normal de reposo. Esto puede hacer que las fibras musculares, las neuronas y las células cardíacas se congelen o dejen de procesar los impulsos; efectivamente, esta convulsión puede provocar la pérdida del flujo sanguíneo, confusión mental, entumecimiento y, finalmente, la muerte. La hiperpotasemia es quizás más frecuente en pacientes con enfermedad renal crónica, ya que la incapacidad combinada de los riñones para excretar iones y los efectos secundarios de la medicación pueden conducir a la retención de potasio. A estos pacientes se les recomienda hervir o “lixiviar” los alimentos con potasio antes de comer para reducir las concentraciones de potasio en el cuerpo.

Cloruro

El cloruro es un anión que existe tanto en el líquido intracelular como en el extracelular. Sin embargo, es más frecuente en el líquido extracelular donde opera de manera opuesta al sodio. Mientras que el sodio impulsa el equilibrio del líquido extracelular, el cloruro es el ión negativo que ayuda a mantener la neutralidad eléctrica del espacio extracelular. Por lo tanto, al igual que el sodio, el cloruro juega un papel primordial en el mantenimiento del volumen sanguíneo y la presión arterial. De hecho, el sodio y el cloruro no solo están emparejados en el cuerpo, sino que cuando el cloruro de sodio combinado es el nombre químico de un elemento de uso diario que puede reconocer: la sal.

El cuerpo absorbe fácilmente el cloruro de la sal y, debido a la alta ingesta de sal, la deficiencia es muy rara. Los niveles de cloruro en sangre más bajos de lo normal o la hipocloremia pueden deberse a la incapacidad del sistema renal para reabsorber el cloruro necesario tal como existe en el cuerpo. La hipercloremia , o niveles altos de cloruro en sangre, puede ocurrir con la deshidratación o la ingesta excesiva de sal en la dieta (por ejemplo: tragar agua de mar) o en condiciones crónicas, como insuficiencia cardíaca o fibrosis quística.

Regulación de sodio, potasio y cloruro

El sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS) se activa cuando se detecta presión arterial baja, si aumenta el potasio en sangre y / o si disminuye el sodio en sangre; lo importante a tener en cuenta es que cada una de estas situaciones está relacionada con la falta de líquido extracelular. Una vez que la renina se libera en la sangre, actúa para iniciar una serie de reacciones que generan angiotensina II . La angiotensina II causa vasoconstricción sistémica y reabsorción de sodio en los riñones. Al mismo tiempo, activa la liberación del esteroide aldosterona.. La aldosterona estimula la bomba de sodio-potasio para aumentar aún más la reabsorción de sodio y la excreción de potasio. Debido a que el aumento de sodio aumentará el líquido extracelular, estas acciones conducen a un aumento posterior del volumen extracelular y, por lo tanto, a una restauración de la presión arterial.

La angiotensina II provoca la liberación de aldosterona. Juntos, los dos ayudan a aumentar la absorción de sodio en los riñones y restablecen el volumen extracelular bajo a su equilibrio normal.

Por el contrario, cuando los niveles de sodio son altos, se libera hormona antidiurética (ADH) , lo que indica a los riñones que reabsorban agua en el torrente sanguíneo. Esto se logra mediante una combinación de vasoconstricción de las arteriolas periféricas que permite un aumento de líquido en el núcleo y el movimiento de los canales de agua del riñón, llamados acuaporinas, hacia la membrana celular, donde permiten un mayor paso de agua entre el riñón y el torrente sanguíneo. En ambos escenarios, el cloruro sigue al sodio.

Calcio

El calcio es bien conocido por su papel en la estructura de nuestros huesos y dientes. Pero, de hecho, el calcio no permanece estático en el hueso; está constantemente experimentando cambios a nivel molecular a medida que circula entre el hueso y la sangre. En la sangre, el calcio se transporta por todo el cuerpo, donde desempeña un papel clave en la coagulación de la sangre y la contracción muscular, así como en la conducción de señales nerviosas y la liberación de hormonas desde el interior de las glándulas endocrinas.

El calcio a menudo se asocia con productos lácteos, pero se puede encontrar en otros alimentos, como verduras de hoja verde, salmón, sardinas y almendras. Sin embargo, la absorción de calcio se puede interrumpir fácilmente por niveles bajos de vitamina D y altas ingestas de cafeína, alcohol y / o bebidas carbonatadas. Los desequilibrios de calcio en sangre se asocian comúnmente con un desequilibrio en la producción paratiroidea de la hormona paratiroidea donde los niveles bajos de calcio en sangre, o hipocalcemia , se relacionan con la producción insuficiente de la hormona y los niveles altos de calcio en sangre, o hipercalcemia , se relacionan con la producción excesiva de la hormona.

Fosfato

Hasta un 85% del fosfato es un componente estructural unido al calcio en los huesos y los dientes, donde el fosfato restante se encuentra en los fosfolípidos que forman la membrana celular y el líquido intracelular. El fosfato también actúa como un tampón ácido-base y existe en la sangre como un ácido débil o una base débil. Cuando el fosfato en su forma de base débil se encuentra con un ácido fuerte, acepta un hidrógeno adicional para formar un ácido más débil y una sal. Cuando el fosfato está en su forma de ácido débil, de manera similar puede debilitar una molécula fuertemente básica liberando hidrógeno y creando agua.

Los niveles sanguíneos bajos de fosfato, o hipofosfatemia , ocurren comúnmente debido al uso intensivo de antiácidos o desnutrición. La hiperfosfatemia , o niveles altos de fosfato en sangre, generalmente ocurren si la célula está dañada / destruida o en presencia de una función renal disminuida.

Regulación de calcio y fosfato

La hormona paratiroidea se libera cuando el calcio en sangre es bajo, lo que hace que el hueso se descomponga y libere sales de fosfato de calcio. La hormona paratiroidea también aumenta la capacidad del cuerpo para absorber el calcio de la dieta al convertir la vitamina D en dihidroxivitamina D, al tiempo que inhibe las pérdidas de calcio a través de los riñones y aumenta las pérdidas de fosfato. La calcitonina se libera cuando los niveles de calcio en sangre son altos, lo que hace que el calcio se elimine de la sangre y se incorpore a la matriz ósea.

Bicarbonato

El bicarbonato es un anión que actúa como amortiguador para equilibrar los niveles ácido-base en la sangre asociados con las reacciones metabólicas. El ácido carbónico es un producto de la reacción entre el agua y el dióxido de carbono que se produce durante el metabolismo aeróbico. El ácido carbónico es un ácido débil, pero cuando existe en grandes cantidades, tiene el potencial de disminuir el pH de la sangre (hacerlo más ácido); la sangre demasiado ácida es muy dañina para la función celular y, por lo tanto, para la salud en general. Para prevenir la acumulación de ácido, el ácido carbónico se convierte en bicarbonato en el citosol de los glóbulos rojos. Si bien no todo el dióxido de carbono se convierte en bicarbonato, el bicarbonato existe en una proporción de 20: 1 al dióxido de carbono, lo que lo convierte en uno de los sistemas más eficientes del cuerpo para controlar el equilibrio ácido-base.

El bicarbonato es la forma que tomará el dióxido de carbono para viajar desde la célula, a través de la sangre y hasta los pulmones, donde el bicarbonato se vuelve a descomponer en dióxido de carbono. Luego, el dióxido de carbono se exhala de los pulmones. A menudo, el bicarbonato puede unirse a otros electrolitos (sodio, potasio, cloruro), lo que indica que también desempeña un papel en el mantenimiento del equilibrio de líquidos y la neutralidad eléctrica de la membrana celular. Debido a que el bicarbonato cambia constantemente de estructura a medida que recoge y mueve el dióxido de carbono a través de la sangre, se usa constantemente y normalmente no se excreta. Los riñones detectan el bicarbonato y lo conservan devolviéndolo a la sangre. Sin embargo, el bicarbonato en sangre se puede perder en personas con daño renal, niveles bajos de aldosterona y cetonas elevadas.

Resumen de la lección

Como sabe ahora, los electrolitos están involucrados en una plétora de procesos minúsculos, pero importantes, que ayudan a mantener el equilibrio de líquidos de nuestro cuerpo, la neutralidad eléctrica de la membrana celular y el pH a diario. Los electrolitos que contribuyen a algunas de las funciones más importantes incluyen sodio, potasio, cloruro, calcio, fosfato y bicarbonato.