Sistemas amortiguadores y Henderson-Hasselbalch
Un amortiguador es una solución que resiste los cambios de pH cuando se añade un ácido o una base mediante la unión o liberación reversible de iones de hidrógeno. Los fluidos corporales contienen varios de estos sistemas, y la relación entre un par amortiguador y el pH resultante se describe mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch, que subyace a la descripción estándar del estado ácido-base.
Definition
Un amortiguador fisiológico es un par conjugado de ácido débil y base débil que minimiza el cambio en la concentración de iones de hidrógeno; la ecuación de Henderson-Hasselbalch expresa el pH de dicho sistema como una función de la relación entre la forma básica y la forma ácida y la constante de disociación del sistema.
Scope
El tema abarca el principio químico de la amortiguación, los principales sistemas amortiguadores fisiológicos (bicarbonato, fosfato, proteínas y hemoglobina), la ecuación de Henderson-Hasselbalch aplicada al sistema de bicarbonato, y por qué el sistema abierto de bicarbonato-dióxido de carbono es el amortiguador más importante del cuerpo. Se presenta como fisiología fundamental en lugar de una guía clínica.
Core questions
- ¿Qué hace que una solución actúe como amortiguador y qué determina su capacidad?
- ¿Por qué el par bicarbonato-dióxido de carbono es el amortiguador extracelular dominante a pesar de una constante de disociación desfavorable?
- ¿Cómo relaciona la ecuación de Henderson-Hasselbalch el pH con el bicarbonato y la tensión de dióxido de carbono?
- ¿Qué papeles desempeñan los amortiguadores de fosfato, proteínas y hemoglobina?
Key concepts
- Par ácido-base conjugado
- Capacidad amortiguadora
- Constante de disociación (pKa)
- Sistemas amortiguadores abiertos versus cerrados
- Amortiguador de bicarbonato-dióxido de carbono
- Amortiguadores de fosfato y proteínas
- Principio isohídrico
Key theories
- Relación de Henderson-Hasselbalch
- Expresa el pH como la constante de disociación del amortiguador más el logaritmo de la relación entre la base conjugada y el ácido; aplicada al sistema de bicarbonato, vincula el pH arterial con la relación entre la concentración de bicarbonato y la tensión de dióxido de carbono.
Mechanisms
Un par amortiguador resiste los cambios de pH porque los iones de hidrógeno añadidos son captados por la forma básica y eliminados por combinación con la forma ácida, con la mayor capacidad cerca de la constante de disociación. Aunque la constante de disociación del sistema de bicarbonato se encuentra muy por debajo del pH sanguíneo normal, domina fisiológicamente porque es un sistema abierto: los pulmones eliminan continuamente el dióxido de carbono producido y los riñones regeneran el bicarbonato, por lo que los dos componentes se regulan de forma independiente y el sistema no se agota. La amortiguación por fosfato es más importante dentro de las células y en el líquido tubular, mientras que las proteínas plasmáticas y la hemoglobina proporcionan una amortiguación intracelular y sanguínea sustancial; según el principio isohídrico, todos los amortiguadores en un compartimento comparten la misma concentración de iones de hidrógeno, por lo que la medición de un par refleja el conjunto.
Clinical relevance
La relación de Henderson-Hasselbalch es la base para interpretar los resultados de gases en sangre arterial, y la comprensión de la amortiguación explica por qué el pH puede defenderse a pesar de grandes cargas de ácido o base. Esta entrada describe la química y fisiología subyacentes y no constituye una base para decisiones clínicas.
Evidence & guidelines
Los principios de amortiguación y la ecuación de Henderson-Hasselbalch son fisiología estándar y bien establecida, descrita consistentemente en revisiones y textos (Hamm y colaboradores, 2015; Berend y colaboradores, 2014); el marco fisicoquímico de Stewart ofrece una explicación alternativa, basada en iones fuertes, de lo que determina la concentración de iones de hidrógeno (Story, 2016).
History
Lawrence Henderson describió el equilibrio de ácido carbónico de la sangre a principios del siglo XX, y Karl Hasselbalch lo reformuló en forma logarítmica (pH), dando a la ecuación su nombre conjunto. El modelo amortiguador centrado en el bicarbonato se convirtió en la explicación estándar; Peter Stewart argumentó más tarde que la concentración de iones de hidrógeno se entiende mejor como una variable dependiente establecida por iones fuertes, ácidos débiles y dióxido de carbono.
Debates
- ¿Es el bicarbonato un determinante independiente del pH o una variable dependiente?
- La visión tradicional considera el bicarbonato como un amortiguador regulado que ayuda a establecer el pH, mientras que el marco de Stewart trata el bicarbonato (como el pH) como dependiente de la diferencia de iones fuertes, el ácido débil total y la tensión de dióxido de carbono; ambos describen las mismas mediciones de manera diferente.
Key figures
- Lawrence J. Henderson
- Karl Albert Hasselbalch
- Peter A. Stewart
Related topics
Seminal works
- hamm-2015
- berend-2014
Frequently asked questions
- ¿Por qué es tan importante el amortiguador de bicarbonato si su pKa está lejos del pH sanguíneo?
- Porque es un sistema abierto: los pulmones eliminan continuamente el dióxido de carbono y los riñones regeneran el bicarbonato, por lo que sus dos componentes se controlan de forma independiente y es mucho más eficaz en el cuerpo de lo que su constante de disociación por sí sola sugeriría.
- ¿Qué nos dice la ecuación de Henderson-Hasselbalch?
- Relaciona el pH con la relación entre la forma básica de un amortiguador y su forma ácida; para la sangre, el pH depende de la relación entre la concentración de bicarbonato y la presión parcial de dióxido de carbono.