Este documento describe los sistemas reguladores de pH en la sangre, incluyendo el sistema de fosfato dihidrogenado/fosfato hidrogenado, el sistema de ácido carbónico/bicarbonato y el sistema de proteínas. Explica cómo estos sistemas ayudan a mantener el pH sanguíneo en 7.35 al desplazar los equilibrios químicos cuando se agregan ácidos o bases. También define las condiciones de acidosis y alcalosis que ocurren cuando el pH sanguíneo disminuye o aumenta, respectivamente.

1. Disoluciones Reguladoras Lic. Raúl Hernández Mazariegos Profesor Titular de la Facultad Ciencias Médicas de la U n iversidad San Carlos de Guatemala.

2. Contenido Concepto y componentes 1 Buffer sanguíneos 2 Cálculo de pH de buffer 3 Aplicación biológica 4

3. Nombres Usados

4. Importancia Las soluciones reguladoras son muy importantes en las reacciones químicas que se llevan a cabo en el laboratorio, en los procesos industriales y en nuestro cuerpo . Por ejemplo, la actividad catalítica de las enzimas en las células, la capacidad portadora de oxígeno por la sangre y, en general, las funciones de los fluidos de los organismos animales y vegetales dependen del pH, el cual es regulado por uno o varios de estos sistemas.

5. Sistemas reguladores en la sangre La sangre es el fluido que transporta los gases de la respiración, los nutrientes y los productos de desecho entre los diversos órganos y tejidos. Existen sistemas reguladores en la sangre que ayudan a mantener el pH a 7.35 : El sistema regulador de fosfato dihidrogenado/fosfato hidrogenado. El sistema regulador del ácido carbónico/bicarbonato. El sistema regulador de proteínas.

6. Definición Si se agrega una pequeña cantidad de ácido o base a la solución reguladora, el pH de la solución permanece casi constante. Es una solución constituida de un ácido débil y su sal, o una base débil y su sal. Solución Reguladora

7. Puede haber soluciones reguladoras básicas que tienen valores de pH por encima de 7, y soluciones reguladoras ácidas con valores de pH menores de 7.

8. Las soluciones reguladoras básicas se preparan a partir de mezclas de bases débiles base que se disocia o ioniza en pequeño grado, es decir que produce una pequeña cantidad de iones hidroxilo (OH - ) en agua. y sus sales o ácidos conjugados.

9. Las soluciones reguladoras ácidas se preparan a partir de mezclas de ácidos débiles es un ácido que se disocia o ioniza en pequeño grado; es decir que produce una cantidad muy pequeña de iones hidrógeno (H + ). y sus sales o bases conjugadas .

10. Tabla de soluciones reguladoras Ácido débil Fórmula Base conjugada Fórmula Rango de pH Ácido acético CH 3 COOH acetato CH 3 COO - 3.6 - 5.8 Ácido carbónico H 2 CO 3 bicarbonato HCO 3 - 5.4 - 7.4 Ácido fórmico HCOOH formiato HCOO - 2.7 - 4.7 Ácido fluorhídrico HF fluoruro F - 2.2 - 4.2 Base débil Fórmula ácido conjugado Fórmula Rango de pH Amoníaco NH 3 amonio NH 4 + 8.2 - 10.2 Carbonato CO 3 -2 bicarbonato HCO 3 - 9.3 - 11.3 Fosfato PO 4 -3 fosfato hidrogenado HPO 4 -2 11.6 - 13.6

11. Ecuaciones de equilibrio A continuación se muestran las ecuaciones de equilibrio entre el ácido o base débil y su correspondiente ácido o base conjugada para los ejemplos de la tabla anterior: Ácido acético:

12. Ecuaciones de equilibrio Ácido carbónico: Ácido fórmico:

13. Ecuaciones de equilibrio Ácido fluorhídrico: Amoníaco:

14. Ecuaciones de equilibrio Ión carbonato: Ión fosfato:

15. Solución ácido acético-acetato Una solución reguladora que se usa bastante en los laboratorios de química esta constituida por ácido acético (ácido débil) y acetato de sodio (sal o base conjugada). Esta solución reguladora se considera ácida .

16. Si se agregan cantidades iguales de ácido acético y acetato de sodio, se produce una solución reguladora que tiene un pH de 4.7. Tal como se indicó en la introducción, el equilibrio que se produce es el siguiente:

17. Problema 1 Un ejemplo concreto de esta solución reguladora podría contener 0.1 mol/litro de ácido acético y 0.1 mol/litro de acetato de sodio . Para encontrar el pH de esta solución realizamos los siguientes cálculos partiendo del valor teórico de la constante de ionización del ácido acético que es 1.8x10 -5 :

18. Del ejemplo anterior, se puede generalizar diciendo que para cualquier solución reguladora, la concentración de ion hidrógeno o del ion hidroxilo es igual a:

19. Ecuación de Henderson-Hasselbalch También se puede utilizar la ecuación de Henderson-Hasselbach para calcular el pH:

20. ¿Qué sucede al agregar NaOH? A la solución reguladora de ácido acético-acetato del problema 1 que tiene un pH de 4.74, se le puede agregar una cantidad de NaOH que haría la solución 0.02 M en NaOH si la solución reguladora no estuviera presente. Calcular el nuevo pH. En principio, al agregar una solución de base fuerte (NaOH), esta reacciona con el ácido acético que constituye la solución reguladora.

22. La reacción que se lleva a cabo disminuye la concentración de ácido acético y aumenta la concentración de acetato de sodio:

23. En vista de lo anterior, hay que modificar la ecuación ya que se consume la concentración de ácido acético (indicado con el signo negativo) y aumenta la concentración de ion acetato (indicado con signo positivo):

24. ¿Qué sucede al agregar HCl? A la misma solución reguladora del problema 1 se le agrega una cantidad de HCl que haría que la solución fuera 0.02 M. En principio, al agregar una solución de ácido fuerte (HCl), este reacciona con la base que es el acetato disminuyendo su concentración y aumentando la concentración de ácido:

26. Comparación de pH www.guatequimica.com Solución Reguladora Agregando base Agregando ácido 4.74 4.92 4.57

27. Buffer alcalino Cuál es el pH de un buffer de amoníaco 0.2 M y cloruro de amonio 0.18 M si la K b =1.8x10 -5

28. Buffer alcalino + ácido ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar HCl 0.01M?

29. Buffer alcalino + base ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar NaOH 0.01M?

30. Sistemas reguladores en la sangre La sangre es el fluido que transporta los gases de la respiración, los nutrientes y los productos de desecho entre los diversos órganos y tejidos. Existen sistemas reguladores en la sangre que ayudan a mantener el pH a 7.35 : El sistema regulador de fosfato dihidrogenado/fosfato hidrogenado. El sistema regulador del ácido carbónico/bicarbonato. El sistema regulador de proteínas.

31. Fosfato dihidrogenado-fosfato hidrogenado Está constituido por dos aniones poliatómicos en la sangre, éstos son el fosfato dihidrogenado, H 2 PO 4 - , y el fosfato hidrogenado, HPO 4 -2 . El fosfato dihidrogenado, es un ácido débil y el fosfato hidrogenado es su base conjugada; por lo tanto, se establece el siguiente equilibrio:

32. Cuando se agrega un ácido este equilibrio se desplaza hacia la izquierda, lo cual produce más H 2 PO 4 - . Cuando se agrega una base este equilibrio se desplaza hacia la derecha, lo cual produce más HPO 4 -2 .

33. ácido carbónico-bicarbonato El sistema regulador de ácido carbónico-bicarbonato, tiene la máxima capacidad de controlar el pH de la sangre porque está vinculado a los pulmones y a los riñones. El equilibrio que se establece en la sangre es:

34. Como en el sistema regulador de fosfato dihidrogenado-fosfato hidrogenado, si se agrega ácido, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda: Al agregar una base, el equilibrio se desplaza hacia la derecha:

35. Sistema regulador de proteínas Las proteínas constituyen un tercer tipo de sistema regulador de la sangre. Estas moléculas complejas contienen grupos carboxilato, -COO - , que reaccionan como bases , es decir, receptoras de protones. Las proteínas contienen también iones amonio, NH 4 + , que donan protones para neutralizar el exceso de base.

36. Acidosis y alcalosis Si el pH llega a bajar , lo cual significa que se incrementó la acidez de la sangre, a esta condición se le llama acidosis . La acidosis es característica de diabetes y enfisemas intratables . Si se incrementa el pH de la sangre, lo cual significa que la sangre tiende a ser más alcalina , esta condición recibe el nombre de alcalosis . Una dosis excesiva de bicarbonato, una exposición a altas altitudes baja la presión parcial del oxígeno, o una histeria prolongada puede causar alcalosis.