Fisiología de los líquidos corporales, los electrolitos y el equilibrio ácido-base

Compartimentos corporales, osmolalidad y fuerzas de Starling

En el adulto el agua corporal total (ACT) es alrededor del 60 % del peso en el hombre y del 50 % en la mujer; es mayor en el recién nacido (cerca del 75 %) y menor en el anciano y en la obesidad, porque el tejido adiposo contiene poca agua. En una persona de 70 kg son unos 42 L: dos tercios (28 L, el 40 % del peso) dentro de las células y un tercio (14 L, el 20 %) fuera. El líquido extracelular (LEC) se reparte en intersticial (tres cuartos, unos 10,5 L) y plasma (un cuarto, unos 3,5 L), más 1 a 2 L de líquido transcelular (cefalorraquídeo, sinovial, pleural, intraocular). La volemia es de unos 5 L, alrededor del 7 % del peso.

La composición difiere: en el LEC predominan el Na⁺, el Cl⁻ y el HCO₃⁻; en el líquido intracelular (LIC), el K⁺, el Mg²⁺, los fosfatos orgánicos y las proteínas. La Na⁺/K⁺-ATPasa mantiene la diferencia, de modo que el Na⁺ se comporta como un soluto confinado al LEC y el K⁺ al LIC.

El agua atraviesa libremente casi todas las membranas celulares (acuaporinas) y se distribuye hasta igualar la osmolalidad, normal en unos 275–295 mOsm/kg. La osmolalidad plasmática calculada es 2 × Na⁺ + glucosa/18 + BUN/2,8 (glucosa y BUN en mg/dL). La tonicidad, u osmolalidad efectiva, cuenta solo los solutos que no cruzan la membrana celular (sodio, glucosa en ausencia de insulina, manitol): la urea eleva la osmolalidad pero no mueve agua, porque entra en las células. Un líquido hipertónico saca agua de las células; uno hipotónico las hincha. La solución salina al 0,9 % se queda en el LEC; el agua libre (dextrosa al 5 %) se reparte por toda el ACT, y solo una doceava parte, aproximadamente, queda en el plasma.

Entre plasma e intersticio el intercambio depende de las fuerzas de Starling: la presión hidrostática capilar (que filtra), la presión oncótica del plasma (unos 28 mmHg, cerca del 80 % debido a la albúmina, que retiene), y las presiones hidrostática y oncótica del intersticio. El resultado neto en la mayoría de los tejidos es una filtración pequeña y continua que vuelve a la sangre por los linfáticos (unos 2 a 3 L/día). El modelo actual incorpora el glucocáliz endotelial, que hace que la reabsorción en el extremo venoso sea escasa en muchos lechos. Hay edema cuando la filtración supera el drenaje linfático: presión venosa alta (insuficiencia cardíaca), oncótica baja (síndrome nefrótico, cirrosis), permeabilidad aumentada (sepsis, quemaduras) u obstrucción linfática.

Sodio y agua: ADH, sed y osmorreceptores

Hay que separar dos sistemas. La osmolalidad (y por tanto la natremia) se regula con el balance de agua, mediante la hormona antidiurética (ADH o vasopresina) y la sed. El volumen extracelular se regula con el balance de sodio, mediante el sistema renina-angiotensina-aldosterona, el simpático renal y los péptidos natriuréticos. La concentración de sodio no informa del sodio corporal total: un paciente con insuficiencia cardíaca puede tener hiponatremia y exceso de sodio a la vez.

Los osmorreceptores están en el hipotálamo anterior, en órganos circunventriculares sin barrera hematoencefálica (órgano vasculoso de la lámina terminal y órgano subfornical). Cuando la osmolalidad sube por encima de unos 280 mOsm/kg, estimulan a las neuronas de los núcleos supraóptico y paraventricular, que sintetizan la ADH; esta se almacena y se libera desde la neurohipófisis. El sistema es muy sensible: basta un cambio de alrededor del 1 % de la osmolalidad. La hipovolemia y la hipotensión también liberan ADH, a través de los barorreceptores, pero se necesita una caída del orden del 10 % y, cuando ocurre, la volemia prevalece sobre la osmolalidad. Náuseas, dolor, estrés, hipoxemia y numerosos fármacos también la estimulan.

En el túbulo colector la ADH actúa sobre receptores V₂ (AMP cíclico), que insertan acuaporina 2 en la membrana apical; el agua sale hacia el intersticio medular hiperosmolar que crea el asa de Henle. La orina puede ir de unos 50 a unos 1.200 mOsm/kg. Como hay que eliminar unos 600 mOsm de solutos al día, el volumen urinario obligatorio mínimo es de alrededor de 0,5 L/día. En el otro extremo, con dietas muy pobres en solutos (té con galletas, potomanía de cerveza) la capacidad de excretar agua libre es limitada aunque la ADH esté suprimida.

La sed se activa con un umbral osmótico algo mayor que el de la ADH, con la hipovolemia y con la angiotensina II. Es la defensa definitiva contra la hipernatremia: la hipernatremia grave casi solo ocurre en quien no puede beber o no tiene acceso al agua (lactantes, ancianos, pacientes con alteración de la conciencia). El balance diario típico es de unos 2,3 L de ingreso (bebida, alimentos y unos 200 mL de agua metabólica) frente a pérdidas por la orina (unos 1,4 L), insensibles por la piel y el pulmón (unos 0,7 L), el sudor y las heces.

La aldosterona aumenta la reabsorción de sodio por el canal epitelial de sodio (ENaC) de las células principales del colector, a cambio de secreción de K⁺ y de H⁺. El péptido natriurético auricular, liberado por la distensión auricular, hace lo contrario: natriuresis, vasodilatación e inhibición de la renina.

Potasio: distribución, regulación interna y excreción renal

El cuerpo contiene unos 3.500 mEq de potasio (unos 50 mEq/kg), alrededor del 98 % dentro de las células, sobre todo en el músculo, con una concentración intracelular de unos 140 mEq/L. En el LEC hay solo unos 60 mEq, con una concentración de 3,5 a 5,0 mEq/L. La relación entre ambas concentraciones fija el potencial de reposo de las células excitables: la hipopotasemia hiperpolariza y la hiperpotasemia despolariza de forma sostenida (lo que, paradójicamente, inactiva los canales de sodio y reduce la excitabilidad).

Una sola comida puede aportar tanto potasio como el que hay en todo el plasma; si quedara en el LEC, la potasemia subiría peligrosamente. La regulación interna lo evita metiéndolo en las células en minutos:

• Insulina: estimula la Na⁺/K⁺-ATPasa. Su déficit (cetoacidosis diabética) produce hiperpotasemia aunque el potasio corporal total esté muy bajo.
• Catecolaminas β₂: también activan la bomba; el salbutamol baja la potasemia y el estrés agudo puede causar hipopotasemia transitoria. Los betabloqueantes y los agonistas α favorecen la salida.
• Estado ácido-base: en las acidosis metabólicas minerales (hiperclorémicas) el K⁺ sale de la célula; el efecto es mucho menor en las acidosis orgánicas (láctica, cetoacidosis) y en los trastornos respiratorios. La alcalosis lo hace entrar.
• Hiperosmolalidad: el agua que sale de la célula arrastra K⁺ (hiperglucemia, manitol).
• Lisis celular (rabdomiólisis, hemólisis, lisis tumoral) y ejercicio intenso liberan K⁺.

El balance externo lo hace el riñón, que elimina alrededor del 90 % del ingreso diario; el resto sale por las heces. El potasio filtrado se reabsorbe casi todo en el túbulo proximal (alrededor del 65 %) y en el asa de Henle (rama gruesa ascendente, por el cotransportador Na-K-2Cl); lo que se excreta depende de la secreción en las células principales del túbulo distal final y del colector cortical, por canales ROMK y BK. La secreción aumenta con la potasemia, con la aldosterona (que a su vez se libera por la hiperpotasemia), con el flujo tubular distal y con la llegada de sodio al colector (por eso los diuréticos de asa y las tiazidas producen hipopotasemia). Las células intercaladas reabsorben K⁺ mediante una H⁺/K⁺-ATPasa cuando hay depleción. En la depleción grave el riñón puede reducir la excreción a cerca del 1 % de lo filtrado, pero no a cero.

La hipomagnesemia aumenta la pérdida renal de potasio (el magnesio intracelular frena la salida por ROMK) y hace refractaria la hipopotasemia hasta que se repone el magnesio.

Calcio, fósforo y magnesio: PTH, vitamina D, calcitonina y FGF23

El 99 % del calcio corporal está en el hueso como hidroxiapatita. En el plasma, alrededor del 50 % está ionizado (la fracción activa), un 40 % unido a proteínas, sobre todo albúmina, y un 10 % formando complejos con aniones (citrato, fosfato, bicarbonato). Por eso la calcemia total baja con la hipoalbuminemia sin que cambie el calcio ionizado, y la alcalosis, al aumentar la unión a la albúmina, reduce el calcio ionizado: es la causa de las parestesias y la tetania de la hiperventilación. Cuando hay dudas, se mide el calcio ionizado.

La hormona paratiroidea (PTH) es el regulador minuto a minuto. Las células principales de las paratiroides tienen un receptor sensor de calcio (CaSR): cuando cae el calcio ionizado aumenta la secreción de PTH, según una curva sigmoidea muy empinada. La PTH:

• en el hueso, actúa sobre los osteoblastos, que expresan RANKL y activan a los osteoclastos: libera calcio y fosfato. En dosis intermitentes es anabólica;
• en el riñón, aumenta la reabsorción de calcio en el túbulo distal, reduce la reabsorción de fosfato en el proximal (fosfaturia) y estimula la 1α-hidroxilasa del túbulo proximal, que forma calcitriol.

La vitamina D se forma en la piel por la radiación ultravioleta B (o llega con la dieta), se hidroxila en el hígado a 25-hidroxivitamina D (la forma de depósito que se mide para valorar las reservas) y en el riñón a 1,25-dihidroxivitamina D (calcitriol), la forma activa. El calcitriol aumenta la absorción intestinal de calcio y de fosfato, facilita la acción de la PTH en el hueso y frena la síntesis de PTH.

El FGF23, secretado por los osteocitos cuando aumentan el fosfato o el calcitriol, actúa sobre el riñón (con el correceptor Klotho): reduce la reabsorción proximal de fosfato y la síntesis de calcitriol, y suprime la PTH. Se eleva precozmente en la enfermedad renal crónica y participa en el raquitismo hipofosfatémico. La calcitonina, de las células C (parafoliculares) del tiroides, inhibe a los osteoclastos, pero su papel fisiológico en el adulto es menor: ni la tiroidectomía ni el carcinoma medular alteran de forma importante la calcemia.

El riñón filtra calcio no unido y reabsorbe alrededor del 99 %: un 65 % en el proximal y un 25 a 30 % en la rama gruesa ascendente, ambos sobre todo por vía paracelular, y el resto en el distal, donde actúa la PTH. Las tiazidas aumentan la reabsorción distal de calcio y los diuréticos de asa la reducen. El fósforo está en un 85 % en el hueso; se reabsorbe en un 75 a 80 % en el proximal por cotransportadores sodio-fosfato que inhiben la PTH y el FGF23.

El magnesio es sobre todo intracelular y óseo; menos del 1 % está en el LEC. A diferencia de otros iones, se reabsorbe principalmente en la rama gruesa ascendente (alrededor del 65 %), por vía paracelular. La hipomagnesemia grave inhibe la secreción de PTH y genera resistencia a su acción, de modo que causa hipocalcemia que no se corrige sin reponer el magnesio.

Amortiguadores y ecuación de Henderson-Hasselbalch

El pH arterial normal es de 7,35 a 7,45, es decir, una concentración de H⁺ de unos 40 nEq/L, millones de veces menor que la de sodio. Cada día el metabolismo produce dos tipos de ácido: el volátil, el CO₂ (más de 10.000 mmol/día), que elimina el pulmón, y los ácidos fijos o no volátiles (alrededor de 1 mEq/kg/día en una dieta occidental, procedentes de las proteínas con azufre y de los fosfatos), que solo puede eliminar el riñón.

Un amortiguador es un par ácido débil/base conjugada que limita los cambios de pH al aceptar o ceder H⁺. Es más eficaz cuando el pH está cerca de su pK. Los principales son:

• Bicarbonato/CO₂ (pK 6,1): aunque su pK está lejos de 7,4, es el más importante del LEC porque es un sistema abierto: el pulmón elimina el CO₂ y el riñón regula el bicarbonato.
• Fosfato (pK 6,8): importante dentro de las células y en la orina, donde forma la acidez titulable.
• Proteínas, sobre todo la hemoglobina (grupos imidazol de la histidina): el principal amortiguador no bicarbonato de la sangre y del LIC.
• Hueso: amortigua la carga ácida crónica a costa de su mineral.

Como todos los amortiguadores de un mismo medio están en equilibrio con el mismo H⁺ (principio isohídrico), basta conocer uno para conocer el pH. La ecuación de Henderson-Hasselbalch aplicada al bicarbonato es pH = 6,1 + log [HCO₃⁻ / (0,03 × PaCO₂)], donde 0,03 mmol/L/mmHg es la solubilidad del CO₂. Con HCO₃⁻ de 24 mEq/L y PaCO₂ de 40 mmHg el cociente es 20:1 y el pH, 7,40. La forma de Henderson, [H⁺] (nEq/L) = 24 × PaCO₂ / HCO₃⁻, sirve para comprobar si una gasometría es coherente.

Papel del riñón y del pulmón

El pulmón ajusta la PaCO₂ en minutos: los quimiorreceptores responden al H⁺ y a la PaCO₂, y la ventilación alveolar cambia en consecuencia. Es la vía de compensación de los trastornos metabólicos, rápida pero incompleta.

El riñón ajusta el bicarbonato en horas a días con tres procesos:

1. Reabsorción del bicarbonato filtrado: unos 180 L/día × 24 mEq/L ≈ 4.300 mEq/día, el 80 a 90 % en el túbulo proximal. El H⁺ secretado por el intercambiador Na⁺/H⁺ (NHE3) se combina con el HCO₃⁻ filtrado; la anhidrasa carbónica del borde en cepillo forma CO₂, que entra en la célula y regenera el bicarbonato, que sale a la sangre. No elimina ácido: solo evita perder base.
2. Acidez titulable: el H⁺ secretado en el distal y el colector (H⁺-ATPasa de las células intercaladas α) se une a amortiguadores filtrados, sobre todo fosfato. Cada H⁺ eliminado así genera un bicarbonato nuevo. El pH urinario mínimo es de alrededor de 4,5.
3. Excreción de amonio: el túbulo proximal metaboliza glutamina a NH₄⁺ y bicarbonato nuevo; el amonio se elimina en la orina. Normalmente supone alrededor de la mitad o más de la excreción ácida y es la vía que más se adapta: en la acidosis crónica puede aumentar a varios cientos de mEq/día.

La excreción ácida neta (NH₄⁺ + acidez titulable − HCO₃⁻ urinario) iguala, en equilibrio, la producción de ácidos fijos. Aumentan la reabsorción de bicarbonato la hipercapnia, la depleción de volumen y de cloruro, la hipopotasemia, la angiotensina II y la aldosterona; por eso estos factores mantienen la alcalosis metabólica. El anion gap urinario (Na⁺ + K⁺ − Cl⁻ urinarios) estima indirectamente el amonio: es negativo cuando el riñón responde bien (diarrea) y positivo o cercano a cero en la acidosis tubular renal distal.

Trastornos ácido-base, compensación esperada, anion gap y delta-delta

Hay cuatro trastornos primarios: la acidosis y la alcalosis metabólicas, que empiezan por un cambio del HCO₃⁻, y la acidosis y la alcalosis respiratorias, que empiezan por un cambio de la PaCO₂. En cada uno, el otro componente se mueve en el mismo sentido para acercar el cociente HCO₃⁻/PaCO₂ a 20. La compensación respiratoria de los trastornos metabólicos tarda horas y es completa en 12 a 24 horas; la renal de los respiratorios tarda de 3 a 5 días, por eso estos se dividen en agudos y crónicos.

Los coeficientes varían ligeramente entre tratados; son aproximaciones derivadas de pacientes y sirven para detectar trastornos mixtos: si la PaCO₂ de una acidosis metabólica es mayor que la esperada, hay además una acidosis respiratoria; si es menor, una alcalosis respiratoria. La alcalosis respiratoria crónica es el único trastorno en el que la compensación puede devolver el pH a valores casi normales.

Un orden práctico de lectura: (1) comprobar la coherencia de los datos; (2) mirar el pH (acidemia o alcalemia); (3) identificar el trastorno primario por el sentido del HCO₃⁻ y de la PaCO₂; (4) calcular la compensación esperada; (5) calcular el anion gap; (6) si está elevado, calcular el delta-delta; (7) buscar la causa con la clínica.

El anion gap (AG) = Na⁺ − (Cl⁻ + HCO₃⁻) representa los aniones no medidos, sobre todo la albúmina. Su valor normal depende del analizador (habitualmente unos 8 a 12 mEq/L). Hay que corregirlo por la albúmina: sumar unos 2,5 mEq/L por cada g/dL que la albúmina esté por debajo de 4. Una acidosis con AG elevado indica la acumulación de un ácido con un anión no medido: lactato, cetoácidos, ácidos de la insuficiencia renal o tóxicos (metanol, etilenglicol, salicilatos). Si el AG es normal, la pérdida de bicarbonato se compensa con cloruro (acidosis hiperclorémica): diarrea, acidosis tubulares renales, infusión abundante de solución salina. Ante una acidosis con AG alto sin causa evidente, la brecha osmolar (osmolalidad medida menos calculada) mayor de unos 10 mOsm/kg orienta a alcoholes tóxicos.

El delta-delta (o cociente delta) compara cuánto subió el AG con cuánto bajó el bicarbonato: (AG − 12) / (24 − HCO₃⁻). En una acidosis con AG elevado pura cada mEq de ácido consume aproximadamente un mEq de bicarbonato, y el cociente queda entre 1 y 2. Menor de 1 sugiere que además hay una acidosis con AG normal; mayor de 2, que coexiste una alcalosis metabólica (por ejemplo, vómitos en una cetoacidosis) o una acidosis respiratoria crónica compensada.

Valores normales de referencia

Valores orientativos de los tratados de referencia; cada laboratorio fija sus propios intervalos.

Fórmulas y relaciones

Osmolalidad plasmática calculada

2 × Na⁺ + glucosa/18 + BUN/2,8

Glucosa y BUN en mg/dL. En mmol/L: 2 × Na⁺ + glucosa + urea.

Henderson-Hasselbalch

pH = 6,1 + log [HCO₃⁻ / (0,03 × PaCO₂)]

Forma de Henderson para comprobar la coherencia: [H⁺] (nEq/L) = 24 × PaCO₂ / HCO₃⁻.

Fórmula de Winter

PaCO₂ esperada = 1,5 × HCO₃⁻ + 8 ± 2

Compensación respiratoria de la acidosis metabólica.

Compensación de la alcalosis metabólica

ΔPaCO₂ ≈ 0,7 × ΔHCO₃⁻

Rara vez supera unos 55 mmHg por compensación pura.

Anion gap corregido por albúmina

AG = Na⁺ − (Cl⁻ + HCO₃⁻) + 2,5 × (4 − albúmina)

Albúmina en g/dL.

Delta-delta

(AG − 12) / (24 − HCO₃⁻)

< 1: además acidosis con AG normal; 1–2: acidosis con AG elevado pura; > 2: además alcalosis metabólica.

Calcio corregido por albúmina

Ca corregido = Ca total + 0,8 × (4 − albúmina)

Ca en mg/dL y albúmina en g/dL. Aproximación; si hay dudas, medir el calcio ionizado.

Déficit de agua libre

ACT × (Na⁺ / 140 − 1)

ACT = 0,6 × peso (hombre) o 0,5 × peso (mujer); menos en ancianos.

Ecuación de Starling

Jv = Kf × [(Pc − Pi) − σ × (πc − πi)]

Pc y Pi: presión hidrostática capilar e intersticial; πc y πi: oncótica; σ: coeficiente de reflexión de las proteínas.

Correlación clínica

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