Es interesante señalar que los principios de la química ácido-base que se han tratado en este capítulo tienen un claro significado en campos tales como la bioquímica y la fisiología. El gran fisiólogo Claude Bernard fue el primero en subrayar que los fluidos del cuerpo proveen un “medio interno” en el cual viven las células del cuerpo y desempeñan sus muchas funciones protegidas de la inconstancia del ambiente externo.
Los tejidos vivos son muy sensibles a los cambios en la composición de los fluidos que los bañan y los mecanismos de regulación que mantienen constante el medio interno del cuerpo comprenden uno de los aspectos más importantes en el estudio de las ciencias biológicas.
Algo muy importante de esta regulación es mantener en la sangre y en otros fluidos del cuerpo un pH casi constante. Substancias que son ácidas o alcalinas se ingieren en los alimentos y se forman continuamente por las reacciones metabólicas, pero normalmente el pH se mantiene constante en alrededor de 0.1 unidades de pH (de 7.35 a 7.45).
Las dos rutas principales para eliminar los ácidos del cuerpo son los pulmones y los riñones. Se estima que en un día el adulto humano normal elimina por medio de los pulmones el equivalente a 30 litros de ácido 1 M y por los riñones alrededor de 100 ml de ácido 1 M2. Para manejar estas grandes cantidades de ácido, el adulto normal posee en sus casi 5 litros de sangre, una cantidad de amortiguadores suficiente para absorber unos 150 ml de ácido 1 M. Los aceptores de protones que se encuentran en los tejidos musculares pueden manejar cinco veces más ácido que los amortiguadores sanguíneos.
Los principales amortiguadores que se encuentran en la sangre son las proteínas, el bicarbonato, los fosfatos, la hemoglobina (HHb) y la oxihemoglobina (HhbO2). El dióxido de carbono que se forma en los tejidos durante el metabolismo la sangre lo acarrea principalmente en forma de ion bicarbonato.
Una reacción típica es:
Nótese que el H2CO3 es un ácido más fuerte (pKa= 6.1 en la sangre) que la hemoglobina (pKa = 7.93), por lo que la reacción anterior tiende a desplazar se a la derecha. La proporción de bicarbonato y CO 2 libre en la sangre, a un pH de 7.4, se puede calcular con la ecuación:
La proporción [HCO 3–]/ [CO2] es como de 20: 1, lo que demuestra que la forma que predomina en la sangre es el ion bicarbonato. En los pulmones se libera el dióxido de carbono mediante la reacción:
Cuando la sangre se oxigena en los pulmones, la hemoglobina se convierte en oxihemoglobina. Ya que la oxihemoglobina es un ácido más fuerte (pKa = 6.68) que la hemoglobina, en la reacción anterior se facilita la conversión de HCO 3– a CO2.
El sistema amortiguador de fosfato se encuentra en su mayor parte en las células sanguíneas. Su reacción es:
El pKa del H2PO4– es como de 7.2, por lo que el sistema presenta su eficacia máxima muy cerca del pH fisiológico.
Las alteraciones en el pH de la sangre se tratan en ciertas enfermedades. Por ejemplo, una diabetes sin controlar puede ocasionar una acidosis que puede ser fatal. La enfermedad del riñón, nefritis crónica, provoca la retención del H 2PO4– y un incremento en la cantidad de dióxido de carbono en la sangre: