PRACTICA DE LABORATORIO 04. Regulación del equilibrio ácido base

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Facultad de Ciencias de la Salud. UNJBG 		Bioquímica Clínica I
Escuela Profesional de Farmacia y Bioquímica 	 Mgr. Karla Nohely Ramos Cáceres	
PRACTICA N° 04
REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE DESPUÉS DEL EJERCICIO MUSCULAR INTENSO Y DE LA INGESTIÓN DE BICARBONATO DE SODIO
I. OBJETIVOS
1) Constatar las actividades reguladoras del pulmón y el riñón para mantener el equilibrio ácido-base en condiciones de desequilibrio.
2) Observar la variación de la concentración de hidrogeniones en la orina de un individuo que ha realizado ejercicio muscular intenso.
3) Relacionar los resultados obtenidos con los cambios metabólicos originados por el ejercicio muscular intenso.
II. MARCO TEORICO
2.1 Ácidos y bases
Las sustancias químicas ácidas y bases pueden disociarse en iones hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH-). Un ácido libera iones hidrógeno cuando se disuelve en agua, mientras que la base acepta iones hidrógeno. El potencial de hidrógeno, o la concentración de iones hidrógeno en una solución, se mide por el pH. El pH se mide en una escala de 0 a 14 donde un pH de 7 se considera neutral, un pH menor que 7 indica acidez y un pH más alto que 7 indica alcalinidad (Navarrete, 2020).
Los pulmones, los riñones y los eritrocitos contribuyen a mantener el equilibrio acido base. Los pulmones controlan el intercambio gaseoso con el aire atmosférico. El dióxido de carbono que se genera en los tejidos, se transporta en el plasma como bicarbonato; la hemoglobina (Hb) del eritrocito contribuye también al trasporte del CO2 (Laso, 2002). La hemoglobina amortigua el ion hidrógeno derivado del ácido carbónico. Los riñones reabsorben el bicarbonato en los túbulos distales, donde hay una secreción neta del ion hidrogeno (Álvarez, 2015).
2.2 Regulación del potencial de Hidrógeno (pH)
	2.2.1 Sistema Buffer de los líquidos corporales
Uno de estos mecanismos es el sistema buffer, que consta de pares de ácidos débiles y sus bases conjugadas. Cuando se añade un ácido o una base a un sistema buffer, el ácido débil se disocia para liberar iones hidrógeno, y la base conjugada los acepta, lo que ayuda a mantener el pH estable (Álvarez, 2015).
	2.2.2 El Bicarbonato
	Se ha investigado si la ingestión de bicarbonato de sodio después del ejercicio muscular intenso puede mejorar la recuperación muscular y disminuir la fatiga. El bicarbonato de sodio reduce la acidosis intramuscular y sanguínea al neutralizar los ácidos producidos durante el ejercicio. La ingesta excesiva de bicarbonato de sodio, sin embargo, puede causar efectos secundarios como náuseas, diarrea y vómitos, por lo que se recomienda una supervisión médica antes de usar esta táctica. Además, aún no se han realizado suficientes investigaciones sobre los efectos a largo plazo de la suplementación de bicarbonato de sodio con el rendimiento deportivo y la salud (Flores, 2020).
El bicarbonato de sodio es un ejemplo de la base que el cuerpo humano usa como tamponador. El bicarbonato de sodio, una base débil, puede reaccionar con ácidos para formar dióxido de carbono y agua, esto que ayuda a neutralizar los ácidos en el cuerpo (Salazar & Calvo, 2015)
2.3 Regulación respiratoria del potencial de Hidrógeno (pH)
La eliminación de dióxido de carbono de los pulmones regula el pH respiratorio. Los pulmones aumentan la frecuencia respiratoria para expulsar el exceso de dióxido de carbono a medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la sangre (Navarrete, 2020).
2.4 Regulación renal del potencial de Hidrógeno (pH)
El cuerpo humano utiliza sistemas complejos de regulación para mantener el pH sanguíneo dentro de los límites normales.
La regulación renal de iones hidrógeno y la reabsorción de bicarbonato de sodio en los riñones regulan el pH. Para mantener el pH sanguíneo en un rango normal, los riñones pueden controlar la cantidad de iones hidrógeno eliminados de la orina y la cantidad de bicarbonato de sodio reabsorbido (Vera, s.f.).
2.5 Mecanismos fisiológicos que participan en el mantenimiento de equilibrio ácido-base.
	2.5.1 Fisiología de equilibrio ácido base
La homeostasis del pH en los fluidos extracelulares es uno de los mecanismos de regulación que dispone el organismo para mantener la integridad fisiológica. En este sentido, es importante destacar que un adulto promedio produce alrededor de 20 moles de CO2 al día como resultado de la oxidación de los alimentos. Gran parte de dicho gas se mezcla con el agua dentro de los eritrocitos cuando se esparce en la sangre, generando ácido carbónico (H2CO3) que luego se disocia para producir un anión bicarbonato (HCO3-) y un ión hidrógeno (H+). La fracción disociada del H2CO3 es pequeña debido a su carácter de ácido débil; sin embargo, debido a la gran cantidad de CO2 producido por el organismo, la acidificación de los fluidos extracelulares sería significativa in ausencia de mecanismos reguladores (Berriel, 2012).
En el hombre, la intervención de los pulmones y los riñones evita que ocurra tal acidificación, eso que permite mantener la concentración de H+ y, por lo tanto, el pH en un nivel constante. Es importante recordar que el sistema del ácido carbónico incluye un componente gaseoso o volátil (CO2) y dos componentes no volátiles (HCO3- y H+). Ambos órganos juegan un papel importante en la homeostasis del equilibrio ácido-base (Huerta, Díaz, Sardiñas, & Godoy, 2018).
Los mecanismos fisiológicos que participan en el mantenimiento del equilibrio ácido-base es el de mantener el pH extracelular en un intervalo compatible con el funcionamiento adecuado del organismo (Vera, s.f.).
	2.5.2 Otros mecaniscos fisiológicos
Además de los sistemas de regulación mencionados anteriormente, el cuerpo humano utiliza otros mecanismos fisiológicos para mantener el equilibrio ácido-base. Estos mecanismos incluyen la producción de amoníaco, la regulación de la concentración de iones de potasio y la eliminación de ácido láctico a través de la respiración (Álvarez, 2015).
2.6 El ejercicio muscular en el equilibrio ácido-base.
El ejercicio intenso puede acumular ácido láctico y otros metabolitos ácidos en los músculos, alterando el equilibrio ácido-base del cuerpo. El cuerpo elimina el dióxido de carbono a través de la respiración y regula los niveles de bicarbonato y otros iones en la sangre para mantener un pH sanguíneo normal.
El cuerpo genera el ácido láctico y otros metabolitos ácidos durante el ejercicio muscular intenso, lo que puede alterar el equilibrio ácido-base. El cuerpo puede compensar esta acidosis aumentando la frecuencia respiratoria y eliminando dióxido de carbono de los pulmones. Además, los riñones tienen la capacidad de aumentar la excreción de ácido en la orina.
Figura 1. Equilibrio ácido base
III. MATERIALES 
· Diez probetas de vidrio 
· Piseta
· Potenciómetro
· Solución de bicarbonato de sodio al 3%
· Muestra biológica: orina
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO N°1
Un alumno por equipo desayunará o comerá normalmente (evitar ingestión de jugos ácidos y bebidas alcohólicas); después hará lo que se indica a continuación. 
1. Tomar 250 mL de agua una hora antes de la clase práctica. Vaciar la vejiga y descartar esa orina. 
2. Tomar 250 mL de agua inmediatamente antes de la clase práctica. 
3. Recolectar aproximadamente 25 mL de orina en el frasco para muestra 
4. Realizar ejercicio muscular intenso, como subir y bajar varias veces las escaleras de tres o cuatro pisos u otro ejercicio sugerido por el profesor.
5. Obtener muestras de orina cada 15 minutos, hasta completar por lo menos cinco muestras. 
6. A cada muestra se le determinará el pH inmediatamente después de haber sido obtenida, ya que con el tiempo su valor tiende a aumentar debido a la pérdida de dióxido de carbono y a que el crecimiento bacteriano produce amoniaco a partir de la urea.
EXPERIMENTO N°2
1. Tomar 250 mL de agua una hora antes de la clase práctica. Vaciar la vejiga y descartar esa orina. 
2. Tomar 250 mL de agua inmediatamente antes de la clase práctica. 
3. Recolectar aproximadamente 25 mL deorina en el frasco para muestra 
4. Ingerir 250 mL de agua con 7.5 g de bicarbonato de sodio.
5. Obtener muestras de orina cada 15 minutos, hasta completar por lo menos 5 muestras. 6. A cada muestra se le determinará el pH inmediatamente después de haber sido obtenida
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Se puede evidenciar que en la Gráfica 01 “Concentración vs tiempo” hace referencia que el potencial de hidrógeno de la muestra es de forma constante de un 60 minutos ligeramente ácido con un valor de 5, teniendo en cuenta que hubo una ligera variación la segunda muestra con 15 minutos de intervalo de tiempo siendo el valor de 4 en el momento de que realizó una actividad física intensa tras la eliminación de las sales minerales del organismo; estos datos obtenidos hacen referencia similar a los de Navarrete (2009) donde su investigación trató de la actividad física y los valores de pH donde disminuyeron hasta volverse ligeramente ácido. En la investigación de Alvarez (2015) menciona que el pH de una persona sana es 7 y por debajo quiere decir que sus regulaciones respiratorias de equilibrio y renales no funcionen bien.
En la Grafica 02 “Concentración de pH con NAHCO3 vs Tiempo podemos observar que el pH inicial sin el consumo bicarbonato en los dos sujetos como Kelyn y Marcelo es el valor de 05, sin embargo, luego de tomar el bicarbonato se pudo observar que el pH en un tiempo de 45 minutos luego de iniciar la primera muestra del día, esto es debido a que el consumo de bicarbonato le dio propiedades alcalinas que tienden a volver básico el pH de la orina. En el caso de el sujeto Marcelo al realizar el ejercicio hizo que haya un aumento de ácido láctico causando una disminución de pH. De la misma forma se realizó la investigación de Rodríguez (2020) donde tuvo bastante semejanza a la investigación presentada, sin embargo, se también consideran que los riñones ayudan a eliminar iones H+ que se acumulan por exceso en el cuerpo, pero es un proceso lento por ello es que los pulmones controlan el pH en la sangre de una forma rápida.
VI. CUESTIONARIO
1. ¿Por qué es importante que el pH del organismo se mantenga constante dentro de un intervalo estrecho? 
2. ¿Cuáles son las fuentes de iones H+ en el organismo?
3. ¿Cuáles son los sistemas reguladores que intervienen en la eliminación del H+ producido en el organismo con el fin de mantener constante el pH sanguíneo?
4. Escriba las reacciones de formación del ácido carbónico (H2CO3) a partir de CO2 y H2O, y de su disociación para formar el ion bicarbonato. 
5. ¿Qué sistemas amortiguadores participan directamente en la regulación del pH sanguíneo? 
6. ¿Cuáles son los sistemas extrasanguíneos que tienden a mantener el pH extracelular? Escriba la ecuación de Henderson y Hasselbach aplicada al sistema HCO3 – /CO2 y, con base en ella, conteste la siguiente pregunta: 
7. ¿Cómo participan el aparato respiratorio y los riñones en el control del pH sanguíneo?
VII. BIBLIOGRAFÍA
Álvarez, A. (2015). Regulación del equilibrio ácido base - regulación pH. 
Baynes W. Jhon PhD. Bioquímica médica. 3 ed. Editoral ELSEVIER; 2011 cap 24. 
Berriel, Y. (2012). El lactato y su papel en el equilibrio ácido - base durante el ejercicio. 
Devlin TM. Bioquímica. Libro de texto con aplicaciones clínicas. 4a. ed. Barcelona: Editorial Reverte; 2004.
Flores, J. (2020). El ejercicio muscular en el equilibrio de ph. 
Huerta, J., Díaz, J., Sardiñas, H., & Godoy, V. (2018). Análisis sistemático del equilibrio ácido-base en formato automatizado. Principios básicos y propuestas. 
Laso, C. (2002). Interpretación del análisis de orina. 
Montgomery R. Bioquímica: casos y texto. 6a. ed. Editorial Harcourt-Brace; 1998: cap.4.
Navarrete, E. (2020). Regulación de equilibrio ácido-base. 
Salazar, R., & Calvo, F. (2015). Equilibrio químico ácido-base: el mejor enfoque clínico. 
Vera, O. (s.f.). Transtornos del equilibrio químico ácido - base.
Villazón SA, Cárdenas CO, Villazón DO, Sierra UA Fluidos y electrólitos. México: JGH Editores; 2000
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