1. Abordaje fisicoquímico del equilibrio ácido-base,
comparación frente al modelo tradicional.
Thelmo Alejandro Quirós Figallo
El abordaje del equilibrio ácido-base de acuerdo al modelo de Stewart
(Peter Stewart, 1921-1993) es una alternativa al abordaje tradicional. ¿Cuál
es la diferencia? ¿Cuáles son las posibles ventajas? Podría decirse que
ambas vías nos llevan a las mismas conclusiones, pero la pregunta es:
¿Cuál es el camino correcto?
El análisis de los trastornos del equilibrio ácido-base ha sido algo confuso
tanto para estudiantes de medicina como para médicos. El clínico que
trabaja día a día con pacientes que presentan diversas alteraciones del
equilibrio ácido-base secundario a diversas patologías muchas veces se
enfrenta a los conocidos trastornos mixtos, es decir aquellos trastornos
superpuestos en donde pueden coexistir estados de acidosis y alcalosis y es
ahí donde ambos abordajes empiezan a separarse y tal vez en uno de ellos
es más fácil descubrir los verdaderos trastornos subyacentes a la patología
aguda en dicho momento.
El abordaje tradicional se resume en la ecuación de HendersonHasselbalch:
pH = 6.1 + Log (HCO3/PCO2x0.03)
Pero ¿cómo se interpreta esto? De acuerdo a esta fórmula el pH sanguíneo
(que es el que se mide en la práctica clínica) depende tan sólo de estas dos
variables independientes: el HCO3 (concentración de HCO3 en mEq/L) y
la PCO2 (presión parcial de CO2 en mmHg). Es decir la concentración de
hidrogeniones en sangre que finalmente determinará el pH, depende de un
ácido, el CO2 y de su base conjugada, el HCO3. Con esto, estaríamos
ignorando la contribución al pH sanguíneo que proporcionan otros
elementos que se encuentran en la sangre: Iones fuertes (sodio, potasio,
cloro, lactato), ácidos débiles (albúmina, fosfato) y otros. Pero no sólo eso,
esta fórmula nos dice que la concentración de hidrogeniones irá hacia
arriba o hacia abajo de manera proporcional a los cambios en la PCO2 y el
HCO3. Eso divide a los trastornos del equilibrio ácido-base en metabólicos
(los que dependen de los cambios del HCO3) y respiratorios (los que
dependen de los cambios de la PCO2).

2. Ahora viene la siguiente pregunta que es quizá la más importante y
determinante en el conocimiento del abordaje del equilibrio ácido-base:
¿De dónde provienen los hidrogeniones? Pero incluso antes deberíamos
preguntarnos: ¿Existen los hidrogeniones como tales? Peter Stewart habló
del ion Hidronio, es decir aquél que resulta de la disociación de la molécula
de agua:
H2O ↔ H+ + OHH+ + H2O ↔ H3O+
He aquí la respuesta: Es el ion Hidronio y no los hidrogeniones quien
determina la acidez o alcalinidad. Y tenemos también la otra respuesta: La
acidez y la alcalinidad provienen de la disociación de las moléculas de
agua. Entonces lo siguiente sería determinar qué o quiénes determinan la
mayor o menor disociación del agua, es decir la mayor o menor acidez.
Si redujéramos el concepto de la regulación del equilibrio ácido base a dos
variables que determinan la mayor o menor concentración de hidrogeniones
en sangre, estaríamos sencillamente postulando que el aporte de protones a
una solución (en este caso el plasma o sangre) estaría determinando la
disminución en el pH. Esto lleva a ideas erróneas tales como que el
intercambio de un ion por un protón a nivel de las membranas celulares
estaría determinando el pH sanguíneo. Sabemos que la concentración de
hidrogeniones en sangre oscila en torno a 40 nM, mientras que la mayoría
de los iones se encuentran en una concentración del orden de mM.
¡Estaríamos por tanto comparando dos variables que se diferencian en una
escala de 1000000 de unidades! Y no de 1 a 1 como dicha lógica nos lo
dice.
Es ahí donde tenemos que replantearnos el verdadero funcionamiento del
equilibrio ácido-base.
Peter Stewart partió desde el modelo más simple de ácido-base: El Agua.
Posteriormente añadió Iones Fuertes. Posteriormente añadió Ácidos
Débiles. Y finalmente añadió CO2. Basándose en principios fisicoquímicos
universales tales como la Ley de Electroneutralidad, la Ley de
Conservación de Masas, y tomando en cuenta las Constantes de
Disociación tanto del Agua como de todas las moléculas presentes en la
solución, y mediante el desarrollo de consecutivas y complejas fórmulas
matemáticas llegó a la siguiente conclusión que a la vez se convierte en la
respuesta de lo que estamos buscando:
El pH sanguíneo depende de 3 variables independientes:
1.
La Diferencia de Iones Fuertes (SID: Strong Ion Difference)

3. 2.
La Concentración Total de Ácidos Débiles (ATOT)
3. La PCO2
Esto deja a un lado a la concentración de Hidrogeniones y al HCO3 como
dos variables dependientes de los cambios en la 3 variables independientes
señaladas.
Cuando hablamos de Iones Fuertes e Iones Débiles nos referimos a sus
constantes de disociación, es decir, en el rango fisiológico del pH
sanguíneo estos iones pueden existir totalmente o parcialmente disociados,
así por ejemplo el Lactato con una pK A (constante de disociación) de 3.86,
que obviamente escapa del rango fisiológico del pH, se comportará como
un Ion Fuerte, totalmente disociado, en este caso un Anión Fuerte y es por
tanto un Ácido. Lo mismo es válido para el NaCl que en solución nunca
existe en su forma cristalina, es decir Na+ y Cl- en solución están totalmente
disociados. Mientras que por ejemplo el Fosfato, con una pKA de 7.21, se
comportará como un Ión Débil, es decir no está totalmente disociado,
siendo en este caso un Anión Débil y por tanto también un Ácido (débil).
Dicho esto, el modo en que estas 3 variables independientes determinan el
pH es el siguiente:
Si el SID disminuye, se produce acidosis, si aumenta, alcalosis.
Si la ATOT disminuye, se produce alcalosis, si aumenta, acidosis.
Si la PCO2 disminuye, se produce alcalosis, si aumenta, acidosis.
Bajo este concepto podríamos decir que un Catión Fuerte es una Base y un
Anión Fuerte es un Ácido. En el caso del plasma sanguíneo la principal
base es el Sodio (Na+) y el principal ácido es el Cloro (Cl-).
Si en el abordaje tradicional veíamos al HCO3 como el determinante
metabólico del pH y a la PCO2 como el determinante respiratorio del pH,
en el abordaje físicoquímico de Stewart el componente respiratorio sigue
siendo la PCO2 pero el componente metabólico ya no es el HCO3 (el cuál
es tan sólo la base conjugada del CO2 disuelto en agua y es, podríamos
decir, un continuum con él y se ha transformado en una variable
dependiente) sino el SID y la concentración total de ácidos débiles.
¿Por qué se agrupa a estos determinantes del pH en respiratorio y
metabólico? Sencillamente porque la PCO2 depende de la función
pulmonar y los otros dos… ¿De qué dependen?
Estamos ahora entrando al punto de la regulación del equilibrio ácido-base,
es decir, cómo el organismo, intenta mantener la homeostasis. Está

4. perfectamente claro que la PCO2 depende de la función pulmonar ya que
independientemente de la producción celular, que es la fuente del CO2 en
sangre, es el pulmón, quien limpiará y eliminará el exceso de CO2 de ésta.
Pero con el componente metabólico que determina el equilibrio ácido-base,
ese gran componente metabólico, el o los mecanismos que regulan el SID o
la concentración total de ácidos débiles no son del todo comprendidos o
conocidos.
Tradicionalmente se ha atribuido al riñón el trabajo de mantener el
equilibrio ácido-base regulando el componente metabólico, erróneamente
atribuido al HCO3. Pero hay una diferencia importante al comparar la
regulación pulmonar y renal. La primera es inmediata, y la segunda tarda,
horas o hasta días. Incluso se han subdividido los trastornos primarios
respiratorios en agudos y crónicos dependiendo del tiempo que utiliza el
riñón en “compensar” dichos trastornos.
Habíamos mencionado anteriormente que no se podía comparar según el
modelo tradicional el intercambio de iones e hidrogeniones determinando
el pH ya que hay una escala de un millón de unidades que separa las
concentraciones de ambos. Pero si tomamos el abordaje fisicoquímico,
obtenemos un dato muy interesante: el SID depende de los Iones Fuertes, y
en el caso de la sangre éstos son: Na+ y Cl- fundamentalmente, si bien se
pueden incluir otros (calcio, magnesio, lactato, cetoácidos…) y la acidez no
proviene del intercambio de hidrogeniones a nivel de la membrana sino de
la molécula más abundante en el cuerpo humano: H2O. El agua, con su
concentración de 55.5 M, constituye la principal fuente de hidrogeniones (o
mejor dicho iones hidronio). Y como se ha dicho anteriormente, esta
disociación depende de 3 variables independientes. Entonces aquel
componente metabólico llamado SID determinará el mayor o menor grado
de acidez en sangre dependiendo de las variaciones en sus componentes,
los cuales no son nada más ni nada menos que los Iones Fuertes, los
cuáles... ¡Sí! ¡Están constantemente y rápidamente intercambiándose a
nivel de las membranas celulares!
Esto sería el mecanismo inmediato (o “agudo” según el modelo tradicional)
de compensación frente a un trastorno respiratorio primario. Ahora bien,
¿cómo explica la “compensación aguda” el modelo tradicional? El modelo
tradicional denomina a este componente metabólico (HCO3) determinante
de la acidez o alcalinidad de la sangre: Tampón (Buffer). Entonces, ¿cómo
resuelve el hecho de que al riñón le toma horas o días para subir los niveles
plasmáticos de ese buffer para poder “compensar” la acidez inducida por el
CO2? Sencillamente le pasa la tarea a otra molécula: La Hemoglobina. Sí,
esta proteína, abundante en sangre, es la que tampona el exceso de
hidrogeniones. Pero surge una pregunta muy simple: Si la Hemoglobina se

5. encuentra sólo en el intracelular (en los eritrocitos), entonces ¿cómo
tampona a los hidrogeniones que se encuentran en el extracelular? Ahora
bien, podríamos atribuir la función de tamponamiento extracelular a las
proteínas plasmáticas (fundamentalmente a la Albúmina), pero aun así,
sería el pH sanguíneo el que estaría determinando la mayor o menor
disociación de las proteínas y no es sino la concentración total (es decir
tanto la parte disociada y no disociada de cualquier ácido débil) de las
proteínas la que determina finalmente el pH y por tanto, en este caso, “la
compensación”. Definitivamente esa no es la respuesta.
El CO2 es un gas disuelto en agua y genera acidez tanto en el intracelular
como en el extracelular, siendo un gas que difunde libremente del
intracelular al extracelular y viceversa. Por tanto, la compensación de la
acidosis respiratoria debe obedecer claramente a otro mecanismo. Este
mecanismo sería el movimiento de Iones Fuertes a través de las membranas
celulares, esto finalmente alteraría el SID tanto a nivel intracelular como
extracelular, amortiguando los cambios en el pH, tanto intracelularmente
como extracelularmente en sangre (eritrocitos y plasma), generados por los
cambios en los niveles de CO2.
A nivel renal ocurre lo mismo. Ante un aumento de acidez en sangre
secundario a un proceso primario respiratorio, el riñón trabajará para
aumentar el SID. Así el aumento del SID estaría generando alcalinidad que
amortiguaría los efectos acidificantes del exceso de CO2. De este modo
quedan unificados los mecanismos agudos y crónicos de “compensación”
de un trastorno que depende primariamente de alteraciones en la variable
independiente respiratoria, la PCO2.
Llegado a este punto, vale la pena resaltar el rol que juega uno de los Iones
Fuertes, muchas veces olvidado, el Cloro. Sabemos que el sodio está
implicado en la tonicidad plasmática y en la hemodinámica sanguínea
como parte del sistema renina-angiotensina-aldosterona. Por tanto esto deja
al siguiente Ion Fuerte más importante, el cloro, como el principal
regulador del SID y por tanto del componente metabólico del equilibrio
ácido-base.
Es así que una Hipercloremia traerá como consecuencia una Acidosis
Metabólica y una Hipocloremia por el contrario una Alcalosis Metabólica.
Sin olvidar nunca el contexto. Es decir, esto será válido, si de modo
concomitante, el SID disminuye o aumenta, generando una Acidosis o una
Alcalosis metabólica respectivamente.
Es así como funcionan los mecanismos compensatorios. La parte
metabólica “compensa” el trastorno respiratorio al igual que la parte
respiratoria “compensará” un trastorno primario metabólico. Recordando

6. siempre que no se trata de una compensación como tal, ya que la
amortiguación intenta prevenir un cambio drástico del pH, y no corregirlo.
El pH sanguíneo no se normalizará hasta que no se halla corregido el
trastorno primario (respiratorio o metabólico) que originó su alteración.
De este modo, no se puede atribuir la función de Tampón o Buffer o
Amortiguador a una sóla molécula (HCO3, en el modelo tradicional), sino
es el sistema en su totalidad el que amortigua cualquier cambio en el pH. El
agua, disociándose en mayor o menor cuantía, determinando acidez o
alcalinidad, dependiendo de sus 3 variables, y cuando una altera el
equilibrio están las otras 2 para amortiguar el desequilibrio, recordando
siempre que nunca llega a corregirse hasta que no se halla corregido el
trastorno primario. Aunque existen casos peculiares, por ejemplo pacientes
retenedores crónicos de CO2, con niveles superiores a la normalidad de
PCO2, que tienen un pH normal. Aun así, eso no significa que hayan
corregido la acidosis respiratoria (crónica), sino más bien que han
desarrollado una alcalosis metabólica concomitante, por mecanismos, hasta
el día de hoy tal vez, no del todo comprendidos.
Si bien, el componente metabólico, según el modelo fisicoquímico de
Stewart, depende del SID y de la concentración total de ácidos débiles,
parece ser que el rol fundamental, en cuanto a regulación, le corresponde al
SID. Así pues, si bien la concentración total de ácidos débiles determina el
pH, de modo por ejemplo que en presencia de hipoalbuminemia se induce
una alcalosis metabólica, el SID lo determina en mayor medida, regulando
el equilibrio ácido-base según los mecanismos mencionados anteriormente,
no existiendo hasta el momento datos que sugieran algún mecanismo
regulador de la concentración plasmática de proteínas o ácidos débiles con
el fin último de alterar el pH.
La presencia de hipoalbuminemia es frecuente en pacientes ingresados en
una Unidad de Cuidados Intensivos, por diversos motivos, siendo ésta una
causa de Alcalosis Metabólica. Existiendo concomitantemente con
frecuencia con una Acidosis Metabólica secundaria a diversos procesos
subyacentes. Esto no quiere decir en absoluto que la hipoalbuminemia sea
un mecanismo “compensador” de una Acidosis Metabólica o Respiratoria,
sería simplemente una coyuntura que en este caso contribuye a una
alcalinización. Es en este tipo de trastornos mixtos, donde existen
trastornos acidógenos y alcalógenos simultáneamente en donde se puede
encontrar un pH “pseudonormalizado”, y es en estos casos en donde el
modelo fisicoquímico nos puede aportar herramientas útiles para detectar
con precisión dichos trastornos.
Hemos mencionado anteriormente los trastornos primarios respiratorios y
su “compensación” mediada por el componente metabólico. Ahora bien,

7. qué ocurre cuando la alteración del equilibrio ácido-base proviene de una
alteración primaria del componente metabólico. La “compensación” estará
a cargo del componente respiratorio, es decir, la PCO2, lo cual es ejecutado
por el pulmón.
Los trastornos metabólicos primarios pueden venir de cualquiera de las dos
variables independientes que constituyen el componente metabólico, el SID
y la ATOT.
Es importante, dicho esto, conocer el verdadero significado del SID.
Hemos dicho que el SID es la Diferencia de Iones Fuertes (Strong Ion
Difference), y ésta se calcula sumando y restando los cationes y aniones
fuertes medibles, de modo que:
[SID] = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] - [Cl-] - [Lactato-]
Por otro lado, de acuerdo a Ley de Electroneutralidad, la suma de todos los
cationes y aniones, tanto fuertes como débiles, debe siempre ser igual a
cero.
En el caso del plasma sanguíneo, el SID es siempre positivo y oscila
alrededor de 40-46 mEq/L.
Entonces para cumplir con la Ley de Electroneutralidad esa positividad
tiene que ser contrabalanceada con una negatividad exactamente igual, y
esta negatividad la proporcionan los aniones débiles, que son en su mayoría
HCO3 (22-26 mEq/L), como anión débil volátil, proveniente del CO2
disuelto en agua y el resto lo terminan de llenar los aniones no volátiles
(Albúmina y Fosfato, principalmente en el caso del plasma) que hacen una
concentración aproximada de 8-16 mEq/L. De modo que:
[SID] – {[HCO3] + [Albúmina] + [Fosfato]} = 0
O, lo que es lo mismo:
[SID] = [HCO3] + [Albúmina] + [Fosfato]
En este caso, la ATOT la constituyen la parte disociada de Albúmina y el
Fosfato. Es por eso que un aumento o una disminución del HCO3 se asoció
en su momento con un aumento o disminución de la alcalinidad, lo que en
realidad estaba siendo determinado por el SID, y habiendo “un mayor
espacio” para ser ocupado por aniones débiles, este espacio era “ocupado”
por el HCO3, que provenía del PCO2.
Podemos observar que la diferencia entre el SID y el HCO3 nos da la parte
disociada de todos los aniones débiles restantes (además del HCO3). Aquí
están metidos la Albúmina y el Fosfato, pero también pueden estar

8. incluidos una serie de Aniones No Medibles o Desconocidos. Esto es lo
que en el modelo tradicional se denomina el anión GAP o la Brecha
Aniónica.
La importancia del anión GAP radica en el efecto que tienen los Aniones
No Medibles en el pH, generando una Acidosis Metabólica por Aniones No
Medibles o un trastorno Metabólico Primario secundario en general a la
presencia de Iones Desconocidos.
En el modelo fisicoquímico este conjunto de Iones Desconocidos o
Aniones No Medibles ha sido denominado SIG (Strong Ion Gap). Pero
para obtener este valor hay que reconocer antes dos tipos de SID. El
primero, que es justamente del cual hemos venido hablando, es el SID que
se calcula de la suma y resta de cationes y aniones fuertes, y es denominado
SID aparente. El segundo, proviene de una fórmula matemática a partir de
la contraparte negativa del SID, que la conforman los aniones débiles
(HCO3 como un continuum del CO2, albúmina y fosfato) y que depende
del pH, y se denomina SID efectivo. Siendo la diferencia entre ambos la
Brecha de los Iones Fuertes o SIG, es decir todos aquellos Aniones o
Cationes, Débiles o Fuertes, que al no estar incluidos ni en el cálculo del
SID aparente ni en el del SID efectivo, constituyen una Brecha o un GAP,
que oscila normalmente entre 2-8 mEq/L.
[SID] efectivo = 0.0301xPCO2x10(pH-6.1) + [Albúmina g/L]x(0.123xpH –
0.631) + [Fosfato mmol/L]x(0.309xpH – 0.469)
Se puede apreciar en la fórmula la influencia del pH en cada uno de los
componentes Medidos de la contraparte débil del SID, que constituyen lo
que se denomina SID efectivo. El valor de la concentración calculada de
HCO3 en mEq/L se obtiene a partir del pH y el PCO2 por medio de la
fórmula de Henderson-Hasselbalch.
SIG = SID aparente – SID efectivo
Todos aquellos Iones No Medidos constituirán el denominado SIG.
Es así que un aumento del valor del SIG conllevará a una Acidosis
Metabólica secundaria a Aniones No Medibles. En la Sepsis Severa por
ejemplo se ha observado que además de la presencia de una Acidosis
Láctica (que produce una acidosis metabólica por disminución del SID
aparente), existe una acidosis metabólica secundaria a la presencia de
Aniones No Medibles o lo que es lo mismo, una acidosis metabólica con
elevación del SIG. Se piensa que podrían ser intermediarios del ciclo de
Krebs que se acumulan durante el estrés celular de la sepsis.

9. El componente metabólico ha sido desde siempre más difícil de abordar
que el componente respiratorio. Justamente en un intento de abordarlo
nació el concepto de Exceso de Bases. Éste es definido como la cantidad de
ácido o de base necesarios para llevar el valor del pH a 7.4 (su valor
normal) en condiciones estándar de PCO2 (es decir 40 mmHg, valor
normal del componente respiratorio). De este modo en un trastorno
metabólico primario de tipo Alcalosis tendríamos un Exceso de Bases
Estándar positivo y en un trastorno metabólico primario de tipo Acidosis
tendríamos un Exceso de Bases Estándar Negativo. El concepto de Exceso
de Bases se puede traducir en el modelo fisicoquímico en la cantidad de
miliequivalentes positivos o negativos necesarios para llevar al SID a su
valor normal en condiciones estándar de PCO2. Podría denominarse a esto:
“el exceso del SID”.
En conclusión, el modelo fisicoquímico de Stewart permite abordar el
análisis del equilibrio ácido-base, de un modo tal, que a diferencia del
abordaje tradicional, permite incluir a todos los elementos que participan en
dicho equilibrio, y determinar cuáles son sus verdaderos determinantes,
permitiendo a la vez definir cuáles son los trastornos subyacentes y cuáles
los mecanismos compensatorios cuando se altera la homeostasis ácidobase, facilitándonos de este modo establecer una relación causa-efecto que
nos permita a su vez establecer el diagnóstico correcto, la causa del
trastorno, la cual hay que tratar, estableciendo finalmente un tratamiento
adecuado, para corregir el efecto que dicha causa ha ocasionado, una
alteración en el equilibrio ácido-base.