Sistemas tampón
Para que el cuerpo funcione correctamente, es esencial que exista una regulación estricta del pH, que mantiene el cuerpo en general a un pH neutro de 7,4. Si el pH está por debajo de este valor, se considera ácido. Por encima de 7,4 se considera alcalino. Para ayudar a regular el pH en varios fluidos biológicos (como sangre y líquido cefalorraquídeo) y tejidos, el cuerpo posee varios sistemas de amortiguación que generalmente pueden adaptarse a cambios en cualquier dirección. Un búferes un sistema químico diseñado para prevenir alteraciones dramáticas en el pH de los fluidos al aglutinar cualquier cambio en las concentraciones de iones de hidrógeno debido a la producción excesiva de ácido o base. Por lo tanto, estos sistemas de amortiguación pueden considerarse como la fregona para los iones de hidrógeno. La sustancia que limpia puede ser un ácido débil que se une a los iones hidroxilo o una base débil para unir los iones de hidrógeno.
Los diferentes sistemas de amortiguación en todo el cuerpo son todos muy eficientes pero funcionan a diferentes velocidades. Las fluctuaciones en el pH pueden ocurrir en pocos segundos en ciertos casos para corregir cualquier desequilibrio de pH en cualquier dirección. En otras regiones, puede tardar unos minutos. Por ejemplo, en el tracto respiratorio, el pH de la sangre se puede ajustar exhalando CO2 del cuerpo. Sin embargo, en el otro extremo, los riñones pueden ajustar el pH de la sangre excretando iones de hidrógeno a cambio de iones de sodio y reteniendo iones de bicarbonato. Sin embargo, estas modificaciones pueden tardar de horas a días antes de que los efectos sean observables. En la sangre misma, las proteínas plasmáticas, el fosfato, el ión bicarbonato y el ácido carbónico ayudan a mantener un pH de alrededor de 7,4. Dentro de las células, existen sistemas tampón de proteínas para mantener un pH neutro.
Ejemplos de sistemas tampón en el cuerpo
En esta sección, examinaremos algunos de los sistemas de amortiguación específicos en todo el cuerpo.
Tampones de proteínas en el plasma sanguíneo y las células
Los aminoácidos que forman las proteínas pueden estar cargados positiva o negativamente con grupos carboxilo. Estas regiones cargadas pueden unirse a iones de hidrógeno o hidroxilo y, por lo tanto, las proteínas del plasma y los propios glóbulos rojos pueden actuar como tampones. La mayor parte de la capacidad amortiguadora de la sangre y las células que contiene proviene de las proteínas. Los glóbulos rojos contienen hemoglobina que actúa como transportador de oxígeno a los tejidos. La conversión de CO2 por las enzimas anhidrasa carbónica da como resultado iones bicarbonato e hidrógeno. La hemoglobina puede unirse a estos iones de hidrógenos libres, pero esta capacidad se reduce una vez que el oxígeno se libera de la hemoglobina y entra en los tejidos. En la sangre, fosfatosestán presentes en dos formas: Na2H2PO4- (un ácido débil) y Na2HPO4-2 (una base débil). Este último puede unir hidrógeno de HCL para formar Na2H2PO4- y NaCl. Por el contrario, NaH2PO4- puede reaccionar con NaOH para formar Na2H2PO4- y H2O. Otro sistema tampón presente en la sangre es el sistema tampón bicarbonato-ácido carbónico que se asemeja al funcionamiento del sistema tampón fosfato. La reacción de bicarbonato de sodio (NaHCO3) con HCL da como resultado la formación de ácido carbónico (H2CO3) y NaCl. Por el contrario, la reacción del ácido carbónico con NaOH da como resultado bicarbonato y agua.
Control respiratorio del estado ácido-base
El objetivo principal del sistema respiratorio al regular el estado ácido-base es regular los niveles de ácido carbónico circulante. En la sangre, el CO2 y el H2O pueden formar ácido carbónico hasta que los niveles de CO2 y ácido carbónico alcanzan un equilibrio de estado estacionario. Sin embargo, si hay un aumento repentino de CO2 que puede ocurrir si uno aguanta la respiración para sumergirse o por otras razones, el CO2 acumulado se unirá al H2O para formar ácido carbónico, lo que resultará en un pH sanguíneo más bajo o acidosis respiratoria.ya que la causa raíz se debe a la falta de exhalación. Sin embargo, después de un período de contener la respiración o salir a la superficie debajo del agua, habrá una necesidad de aumentar la frecuencia o la profundidad de la respiración. Esto resultará en la exhalación de CO2 adicional y volverá a un pH sanguíneo normal. Sin embargo, el efecto contrario puede ocurrir con la hiperventilación o la respiración rápida, lo que resulta en una pérdida excesiva de CO2 con la consiguiente reducción del ácido carbónico. El efecto neto será un aumento del pH sanguíneo o alcalosis respiratoria . La inhalación de CO2 de una bolsa de papel en la que se ha respirado previamente corregirá esta alcalosis respiratoria.
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Control renal del estado ácido-base
Los riñones actúan para regular los niveles de bicarbonato en la sangre. Las reducciones en el bicarbonato en sangre pueden ocurrir debido a reducciones inducidas por fármacos (como con algunos diuréticos) en la enzima anhidrasa carbónica que convierte el CO2 y el agua en bicarbonato y HCL. Cuando esto ocurre, se considera una acidosis metabólica., ya que la pérdida de ion bicarbonato conduce a una disminución del pH sanguíneo. La disminución de iones de bicarbonato en sangre también puede deberse a la pérdida gastrointestinal, que puede ocurrir con diarrea y formación de cetonas (es decir, con diabetes mellitus), ya que estos pueden unirse a iones de bicarbonato y en personas con enfermedad renal. En el riñón, el CO2 y el H2O forman el primer ácido carbónico que se disocia para formar iones de bicarbonato e hidrógeno. El ion bicarbonato se absorbe en la sangre. En respuesta a la aldosterona, el ión de sodio se bombea activamente hacia los túbulos contorneados distales, donde se intercambia por ión de hidrógeno que ingresa al filtrado y puede formar agua.
Resumen de la lección
Para que el cuerpo funcione correctamente, es esencial que exista una regulación estricta del pH, que mantiene el cuerpo cerca de un pH neutro de 7,4. Si el pH está por debajo de este valor, se considera ácido y por encima de 7,4 se considera alcalino. Para ayudar a regular el pH en varios tejidos y fluidos biológicos, el cuerpo posee varios sistemas de amortiguación. Un tampón es un sistema químico diseñado para prevenir alteraciones dramáticas en el pH de los fluidos al unir cualquier cambio en las concentraciones de iones de hidrógeno debido a la producción excesiva de ácido o base. Los sistemas de amortiguación pueden actuar en segundos o días.
En la sangre y las células circulantes, las proteínas con carga de aminoácidos pueden unirse a los iones de hidrógeno. La hemoglobina es un ejemplo, ya que puede unirse a iones de hidrógeno, especialmente antes de la disociación del oxígeno. Los otros dos sistemas tampón principales en la sangre y las células circulantes son los fosfatos y el sistema tampón bicarbonato-ácido carbónico . En el sistema respiratorio, el CO2 y el ácido carbónico están normalmente en equilibrio. Sin embargo, contener la respiración puede resultar en la acumulación de CO2 que se convierte en ácido carbónico y conduce a una acidosis respiratoria resultante . Por el contrario, la hiperventilación o la respiración rápida que libera demasiado CO2 da como resultado una reducción del ácido carbónico y la alcalosis respiratoria.. En los riñones, las reducciones en la formación o reabsorción del ión bicarbonato pueden provocar una acidosis metabólica .
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