pH y soluciones amortiguadoras

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MÓDULO 1: GENERALIDADES (1/04 AL 31/05) Modulo 1 pH y soluciones amortiguadoras Introducción: El equilibrio ácido – base es una de las funciones esenciales de nuestro cuerpo. La regulación y mantenimiento de los valores de pH dentro su rango de normalidad es un claro ejemplo de la homeostasis. En este módulo analizaremos los factores por los cuales se modifica el valor del mismo y los distintos mecanismos que tiene nuestro cuerpo para mantenerlo dentro de su estrecho rango de normalidad.

Objetivos: ● Conocer el concepto de pH y sus valores normales en la sangre. ● Comprender la importancia de mantener el pH dentro de un rango de normalidad. ● Conocer los distintos mecanismos que existen en el organismo para su regulación. ● Definir que son las sustancias amortiguadoras, cómo funcionan y cuáles existen en nuestro organismo. ● Dentro de los mecanismos de regulación, diferenciar un sistema abierto de uno cerrado. ● Describir los factores que determinan el valor de pH (ecuación de HendersonHasselbach):

Contenidos: -

Concepto de pH y sus valores en sangre Diferencia entre el pH intracelular y extracelular Definición de electrolitos fuertes y débiles, ácidos y bases. Importancia de los electrolitos débiles para funcionar como sistemas amortiguadores. Definición y función de los sistemas amortiguadores. Sistemas cerrados y abiertos. Ecuación de Henderson-Hasselbalch. Concepto de pk.

Bibliografía: -

Silverthorn: Fisiología humana un enfoque integrado. Capítulo 20. Editorial: Panamericana, 4ta edición. Guyton y Hall: tratado de fisiología médica. Capítulo 30. Editorial: ELSEVIER, 12da Ed. EURHES UNLP: https://www.youtube.com/watch?v=onprYOSEl40

Julieta Vico – Docente de la Cátedra de Fisiología – EURHES

MÓDULO 1: GENERALIDADES (1/04 AL 31/05) Concepto de pH El pH de una solución es la medida de su concentración de H+ (iones hidrógeno).

pH= - log [H+] Siendo siempre la concentración de iones hidrógeno en molar (moles/L). La concentración de iones hidrógeno en el medio extracelular ([H+] = 0.0004 mEq/L), es muy pequeña comparada con la de otros iones (por ej. [Na+]= 135mEq/L). Es por esto que se expresa en una escala logarítmica que toma valores de 0 a 14, siendo el valor de pH neutro de 7,00. De esta definición es importante destacar dos conceptos: 1- El valor de pH tiene una relación inversa con la concentración de H+. Esto quiere decir, que a mayor valor de pH, la concentración de H+ en la solución es menor. 2- Al ser una escala logarítmica, el cambio en 1 unidad de pH es un cambio de 10 veces en la concentración de H+. Decimos que una solución es neutra cuando su pH tiene un valor de 7. A partir de este punto de corte, llamamos soluciones alcalinas a aquellas que tienen un pH mayor a 7, y soluciones ácidas a aquellas que tienen un pH menor a 7.

pH en sangre y sus mecanismos reguladores Los medios biológicos manejan un rango de pH óptimo para llevar a cabo todas sus funciones. En el caso de nuestro organismo el rango normal de pH 7,35-7,45 para el medio extracelular, el cual es reflejo de los valores a nivel intracelular. La concentración de H+ en el cuerpo está cuidadosamente regulada, ya que un cambio en el mismo repercute a nivel de la estructura tridimensional de las proteínas intracelulares, por ejemplo las enzimas, afectando su función. Para mantener la homeostasis del pH debe existir un equilibrio entre la producción de H+ y su eliminación neta del organismo. Los H+ provienen tanto de la ingestión como del metabolismo interno. Muchos intermediarios metabólicos y alimentos son ácidos orgánicos que se ionizan y contribuyen con H+ a los líquidos corporales (Ej. de ácidos orgánicos: aminoácidos, ácidos grasos), pero el mayor aporte de ácidos proviene de la producción de dióxido de carbono (CO2) a partir del metabolismo. El CO2 no es un ácido porque no posee ningún átomo de hidrógeno. Sin embargo, se combina con agua para formar ácido carbónico (H2CO3), que se disocia en H+ y bicarbonato (HC03-).

CO2 + H2O

H2CO3

H+ + HC03-

Julieta Vico – Docente de la Cátedra de Fisiología – EURHES

MÓDULO 1: GENERALIDADES (1/04 AL 31/05) En cuanto a los mecanismos que posee el organismo para regular la concentración de H+, contamos con tres: 1. Los sistemas amortiguadores que se combinan con un ácido o una base para evitar cambios excesivos en la concentración de H+. 2. El sistema respiratorio, que regula la eliminación de CO2, y por lo tanto del ácido carbónico. 3. El sistema renal, que pueden excretar una orina ácida o alcalina, lo que permite normalizar la concentración de H+ en el líquido extracelular. En este módulo nos vamos a ocupar principalmente en los sistemas amortiguadores.

Ácidos y bases Llamamos ácidos a las moléculas que contienen átomos de hidrógeno y los pueden liberar en una solución. Un ejemplo es el ácido clorhídrico (HCl), que en agua se disocia en iones hidrógeno (H+) y en cloruro (Cl-). Por otro lado, llamamos base a una molécula que puede aceptar H+. Por ejemplo, el ion bicarbonato (HC03-) que puede aceptar un H+ y formar ácido carbónico (H2CO3). A su vez, las bases y ácidos pueden ser fuertes o débiles. Esto se refiere a si se disocian completamente o parcialmente. Volviendo al ejemplo del ácido clorhídrico, el cual es un ácido fuerte que en solución se disocia rápidamente y libera grandes cantidades de H+ a la solución. En cambio un ácido débil, como el ácido carbónico, tienen menos tendencia a disociarse y liberan H+ con menos fuerza.

Sistemas amortiguadores Son sistemas que en solución tienden a resistir grandes cambios de pH cuando se añaden ácidos o bases. Tienen capacidad tanto de aceptar como de ceder H +, evitando, o mejor dicho amortiguando, cambios bruscos de pH. Son ácidos débiles, los cuales se disocian parcialmente:

HA

H+ + A-

Siendo HA el ácido débil, A- su base conjugada. Al añadir un ácido fuerte (por ej: HCl) a una solución con un sistema amortiguador, provoca una alteración en el equilibrio de la misma, haciendo que la reacción se desplace en busca de un nuevo equilibrio. Es así que el agregado de H+ a una solución con un sistema amortiguador, su base conjugada (A-) aceptará esos protones añadidos formando mayor cantidad de ácido débil, desplazando la reacción hacia la izquierda.

Julieta Vico – Docente de la Cátedra de Fisiología – EURHES

MÓDULO 1: GENERALIDADES (1/04 AL 31/05)

HA

H + + A-

De manera similar, cuando se añade una base fuerte (por ej: NaOH – hidróxido de sodio) a una solución con un sistema amortiguador, los protones (H+) libres se combinarán con la misma, y el ácido débil (HA) se disocia desplazando la ecuación hacia la derecha.

HA

H + + A-

Los sistemas amortiguadores pueden encontrarse tanto dentro de las células como en el plasma. Pudiendo clasificarlos en: - Intracelulares: se ubican dentro de las células. Los más relevantes son las proteínas celulares, los iones fosfato (HP042-) y la hemoglobina. - Extracelulares: son los que están en el plasma. El de mayor importancia es el sistema formado por el ácido carbónico y bicarbonato (H2CO3 / HC03-). A su vez, se pueden clasificar en sistemas cerrados y sistemas abiertos, siendo estos últimos aquellos en los que al menos uno de sus componentes esta en equilibrio con el exterior, pudiendo salir o incorporarse al sistema manteniendo su concentración constante (por ej: H2CO3 / HC03-).

Ecuación de Henderson – Hasselbach Se utiliza para determinar el pH de una solución con un sistema amortiguador, a partir de conocer la concentración molar del ácido débil y su base disociada.

Siendo el pK el valor de pH en el cual el ácido débil (HA) y la base conjugada (A -) constituyen el 50% de la concentración total del sistema amortiguador, que coincide con el valor de pH al cual el sistema amortiguador tiene su mayor eficacia.

Agenda de trabajo: Disponemos de una semana para el desarrollo de las actividades de esta clase. Les solicitamos que verifique el programa de la materia adjunto en el entorno virtual.

Julieta Vico – Docente de la Cátedra de Fisiología – EURHES

MÓDULO 1: GENERALIDADES (1/04 AL 31/05) Actividad: La actividad para esta clase es un ejercicio de autoevaluación con aquellos ejes principales que trabajaron en la clase presencial y los recursos que tienen disponible en el aula virtual. Anímense a hacerlo, es una tarea que permite ver si la respuesta es correcta y cuando no, y de esa manera, podrán saber en qué puntos agudizar el repaso del tema. ¡Esperamos te sea útil!

Julieta Vico – Docente de la Cátedra de Fisiología – EURHES