Bioquímica estructural y aplicada a la medicina

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Introduccion

En la historia de la medicina, la bioquímica hace su aparición después de otras disciplinas fundamentales como son la citología, la microbiología, la inmunología, la genética e incluso la farmacología. Muchos fármacos se utilizaron mucho antes de conocer los fundamentos bioquímicos de su acción. Desafortunadamente, la bioquímica hace presencia en la medicina a través de las pruebas de laboratorio, en las que se identifican los componentes de la sangre, la orina v sus variaciones normales y patológicas, de tal suerte que se ha pensado que la bioquímica, como asignatura médica, se limita a los análisis clínicos. Al escudriñar en la causa de las enfermedades se ha pasado desde la etapa de ubicar la enfermedad en un individuo dentro de un grupo; luego, dentro de ese individuo, se localiza el órgano enfermo; con el descubrimiento del microscopio óptico se ha llegado a la localización del tejido afectado dentro de ese órgano. De ahí, con el microscopio electrónico se ha podido identificar el tipo de célula afectada y dentro de la célula, la molécula causante de la enfermedad. Tomando como ejemplo la diabetes, primero se identificó al diabético dentro de otros individuos; el órgano lesionado resultó ser el páncreas; histológicamente se identificaron los islotes de Langerhans v dentro de ese tejido, las células beta; finalmente se identificó la molécula afectada, la insulina. Es decir, se ha identificado desde la causa macroscópica de la enfermedad hasta el nivel molecular de la misma. La genética, que tuvo como genial precursor al fraile Gregor Johann Mendel, dio un paso gigante en los últimos 30 años, cuando se llegó al conocimiento de la base molecular de la vida. En los años anteriores a 1940 se sabía que la herencia radicaba en los cromosomas, pero fue después cuando se reveló el DNA como el constituyente químico de la unidad hereditaria llamada gen. Es decir, cuando W'atson v Crick en 1953 propusieron su modelo de estructura molecular del ácido desoxírribonucleico fue que la genética tuvo el fundamento molecular para explicar el mecanismo de transmisión hereditaria. La bioquímica de los ácidos nucleicos es pues el corazón de la genética. A principios de la década de los 90, el inglés Sir Archibald Garrod introdujo el término "errores congénitos del metabolismo" para designar cuatro entidades patológicas raras: albinismo, alcaptonuria, cistinuria y pentosuria; actualmente se ha hecho extensivo el término a otras en las que se presenta el defecto en una enzima metabólica. Muchos años después Beadle desarrolló el concepto de un gene = una enzima, lo cual establece que las anormalidades genéticas se reflejan ya sea en una proteína estructural, como en las hemoglobinopatías, o en una enzima en las llamadas "enfermedades del metabolismo- como la hípercolesterolemia familiar entre otras La fisiología, estudio de la función corporal, se traslapa casi por completo con bioquímica. La inmunología emplea buena parte de las técnicas bioquímicas par dilucidar la estructura de los anticuerpos y viceversa, muchas técnicas inmunológicas como el radioinmunoensayo han encontrado amplio uso entre los bioquímico La farmacología descansa en un conocimiento sólido de la bioquímica y la fisiologí a Otro importante logro bioquímico fue el descubrimiento del principal mediado: de las respuestas a los estímulos hormonales y nerviosos, el adenosín monofosfato cíclico (AMPc), al que Sutherland, su descubridor, denominó "segundo mensajero lo cual produjo un desarrollo espectacular de la endocrinología y la neuroquímic El papel del sistema nervioso central en la regulación endocrina a través de segui dos mensajeros comunes, ha dado lugar a toda una disciplina consagrada a su estudio, la neuroendocrinología, que ha permitido acercarse cada vez con mayor claridad a la comprensión de la conducta humana desde una perspectiva lindante con el p, coanálisis y la medicina antropológica. Como se mencionó al principio, todas las enfermedades, a excepción de los Página 1

Introduccion traumatismos, son manifestaciones de anormalidades moleculares o de sus reacciono químicas. Las investigaciones bioquímicas en relación con la enfermedad permite r velar sus causas, sugerir tratamientos racionales y eficaces, idear pruebas de labor torio para un diagnóstico temprano y ayudar en la valoración de la respuesta terapéutica. El enorme. avance científico-técníco y sus peligros El positivismo médico ha girado, en todo el siglo XX, alrededor de la búsqueda c la lesión orgánica como fundamento de la medicina objetivadora, aunque hoy se busque a niveles moleculares o bioquímicos, muy diferentes a los sencillos, en cor paración, esquemas celulares investigados por Virchow. Los conocimientos sobre la patología celular gracias al microscopio electrónico, inmunofluorescencia, el microtomo, las técnicas de coloración citoquímicas y la ultracentrifugación, han convertido a la biología molecular en una de las ciencias clave para explicar la causa de las enfermedades. Bioquímica, fisiología, farmacología, microbiología y parasitología se han asociado para lograr una interpretación molecular del daño celular. Con todo, el más espectacular avance de las técnicas diagnósticas en los últimos 60 años ha sido debido a la utilización de aparatos electrónicos y hoy no se puede concebir el saber médico sin la colaboración de tales aparatos, al grado que gran parte de la población ha cambiado su fe religiosa en la curación por una nueva en la capacidad sanadora de dichos ingenios. Los médicos se han visto sometidos en los últimos tiempos a una educación llena de conocimientos científicos, en detrimento de la necesaria y hoy relegada cultura humanística.

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Prefacio

Bioquímica estructural y aplicada a la medicina es un libro de texto. En las nueve unidades de que consta el libro, se intenta introducir al estudiante de medicina por los caminos, aparentemente áridos, de una asignatura poco popular dentro de las que integran el mapa curricular de la carrera de medicina. El primer capítulo o unidad está dedicado a los aspectos bioquímicos de la nutrición. Es decir, cómo adquiere el organismo sus nutrimentos (elementos orgánicos que integran los alimentos), sus valores calóricos y nutritivos, las leyes de la alimentación y cómo elaborar una dieta adecuada. El segundo capítulo aborda el estudio de uno de los nutrimentos esenciales, el agua, así como los electrólitos constituyentes de los líquidos corporales, los mecanismos de control que derivan de la disociación del agua y las sales, el pH y el equilibrio ácido base. Se abordan también en esta unidad las alteraciones más frecuentes del equilibrio hidroelectrolítico y ácido base, explicando las bases bioquímicas de dichas alteraciones. La tercera unidad inicia el estudio de los principios inmediatos con los compuestos más versátiles, las proteínas, y sus constituyentes los aminoácidos. Esta unidad aborda la estructura y funciones de estas moléculas primordiales y prepara el terreno para la siguiente unidad que trata de los compuestos que representan la máxima expresión genética, las enzimas. En la unidad dedicada a las enzimas se estudian estos elementos reguladores que son fundamento esencial de la bioquímica, ya que no podríamos explicar una vía metabólica sin la participación de estos catalizadores biológicos. Como este es un texto con enfoque clínico, se hace particular énfasis en la determinación enzimática como apoyo para el diagnóstico médico y la utilización de las enzimas como reactivos clínicos de laboratorio. La bioenergética, que estudia la manera de utilizar y procesar los nutrimentos energéticos, es abordada de una manera general. Este es un punto de confluencia común del metabolismo de los principios inmediatos. Siguiendo la secuencia expositiva se abordará la estructura, función y metabolismo de carbohidratos, lípidos y aminoácidos, incluyendo los aspectos de digestión, absorción, transporte y distribución, con el fin de explicar los aspectos patológicos que derivan de alteraciones en las vías metabólicas y digestivas de estos compuestos. Finaliza la obra con el estudio de uno de los capítulos más apasionantes de los últimos tiempos, los ácidos nucleicos. En esta unidad se analizan la biosíntesis y degradación de precursores nucleotídicos de ácidos nucleicos y la participación de agentes que bloquean la síntesis y que se utilizan como antineoplásicos. Asimismo, se analizan los mecanismos de excreción de uno de los productos catabólicos, el ácido úrico sus alteraciones y sus alternativas terapéuticas. Se estudian también los mecanismos de acción de algunos antibióticos que actúan sobre la transcripción o sobre la biosíntesis de proteínas. Se termina con la presentación de una de las disciplinas más atractivas de la biología molecular, la ingeniería genética. Esta disciplina basada en tecnología de recombinación del DNA, plantea alternativas para la terapia genética el diagnóstico prenatal y la producción de proteínas homólogas con fines terapéuticos cos y diagnósticos. El nivel de actualización de esta obra permite que pueda ser utilizada como consulta por el médico general o el recién egresado que tenga que prepararse para presentar el Examen Nacional de Residencias Médicas. La principal preocupación durante la preparación del texto de esta edición fue cubrir las necesidades de un curso de bioquímica para estudiantes de medicina. A Página 1

Prefacio los autores se les pidió que los capítulos preparados correspondieran a un libro de texto docente sin pretender que constituyera un compendio de hechos bioquímicos o una revisión de la bibliografía actual. El conocimiento médico crece a un ritmo exponencial; según estudios recientes se publican aproximadamente tres millones y medio de artículos biomédicos anualmente. Además, lo que hoy es verdad, mañana es cuestionable y pasado mañana falso El conocimiento, dicen los chinos, se degrada más fácil que el pescado. El crecimiento de la literatura bioquímica durante los últimos años ha sido superior al de cualquier otra disciplina científica. El problema se agudiza en medicina ya que, de todas 1 ciencias básicas, la bioquímica es la única capaz de ofrecer una explicación completa de la etiología de la mayoría de las enfermedades; a excepción de los traumatismos todas las enfermedades pueden considerarse como moleculares. El enfoque biomédico que se ha dado a esta obra no pretende repetir el esfuerzo realizado por otros, sino conseguir una obra escrita en español. Los alumnos de medicina que estudian bioquímica, se han visto obligados a instruirse en libros escritos en otros idiomas (principalmente en inglés) o utilizar sus versiones traducidas. Además, los casos clínicos que presentan no corresponden con los más frecuentes encontrados en nuestro país. Desafortunadamente el currículum médico disgrega al ser humano en multitud de células que se organizan en tejidos, los cuales integran órganos, los que a su v se estructuran en aparatos y éstos determinan sistemas. Sobre la base de los diferentes aparatos se han estructurado las especialidades médicas. Sin embargo, los procesos metabólicos y bioquímicos de conjunto que rebasan los atributos de u especialidad determinada son la "tierra de nadie", donde se juega con la vida seres humanos. Por ejemplo, se pretende que la "enfermedad coronaria" es un me problema de tubos obstruidos y se desprecian los procesos metabólicos subyacentes. Por esto, se pretende que en la formación del futuro médico, la bioquímica ten el peso específico que le corresponde dentro del currículum y contribuya a darle al clínico el apoyo del conocimiento básico en el abordaje diagnóstico y terapéutico de las enfermedades.

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Contenido Bioquímica Diciembre 2001 Pagina 381 1. PRINCIPIOS BIOQUÍMICOS DE NUTRICIÓN 1.1 Introducción y conceptos generales 1.2 Nutrimentos energéticos 1.3 Nutrimentos no energéticos 1.4 Gasto calórico o energético 1.5 Aporte calórico de nutrimentos energéticos 1.6 Prescripción y realización del régimen alimentario 2.AGUA Y ELECTRÓLITOS EQUILIBRIO HIDROELECTROLÍTICO Y ÁCIDO BASE 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Propiedades fisicoquímicas y fisiológicas del agua Electrólitos Regulación del equilibrio hidroelectrolítico Desequilibrio hidroelectrolítico. Alteraciones del equilibrio hídrico Regulación del equilibrio ácido base Desequilibrio ácido base

3. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS 3.1 Aminoácidos como constituyentes de las proteínas 3.2 Enlace peptídico 3.3 Péptidos 3.4 Proteínas 3.5 Relación entre estructura y función 3.6 Métodos de separación y análisis 3.7 Proteínas de importancia médica 4. ESTRUCTURA FUNCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS 4.1 Conceptos generales 4.2 Estructuras de las enzimas 4.3 Nomenclatura y clasificación de las enzimas 4.4 Localización y distribución de las enzimas 4.5 Mecanismo de acción 4.6 Regulación enzimática 5. BIOENERGÉTICA 5.1 Conceptos generales 5.2 Reacciones de oxidorreducción 5.3 Cadena respiratoria : 5.4 Fosforilación (formación de ATP) 5.5 Ciclo de Krebs 6. ESTRUCTURA FUNCIÓN Y METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS 6.1 Introducción 6.2 Clasificación general y nomenclatura 6.3 Monosacáridos 6.4 Oligosacáridos 6.5 Polisacáridos 6.6 Digestión y absorción de carbohidratos 6.7 Transporte y distribución de carbohidratos 6.8 Glucólisis 7.LIPIDOS 7.1 Estructura de los lípidos : 7.2 Función de los lípidos 7.3 Clasificación 7.4 Lípidos simples 7.5 Lípidos complejos : Página 1

Contenido 7.6 Digestión y absorción de lípidos 7.7 Transporte y distribución de lípidos 7.8 Metabolismo de lípidos 8. METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS 8.1 Utilización de aminoácidos 8.2 Destino metabólico de los aminoácidos en el organismo 8.3 Alteraciones del metabolismo de los aminoácidos 9.ÁCIDOS NUCLEICOS Y BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS 9.1 Introducción 9.2 Estructura de los componentes químicos de los ácidos nucleicos 9.3 Metabolismo de bases púricas y pirimidémicas 9.4 Estructura de DNA y RNA 9.5 Replicación transcripción y traducción de la información genética 9.6 Regulación de la expresión genética 9.7 Biología molecular e ingeniería genética Abreviaturas que se utilizan con mayor frecuencia en esta obra Índice alfabético

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ganismo que lo utiliza y no del nutrimento. Esta función se encuentra principalmente a Así, la vitamina C es un nutrimento dispensa- cargo de carbohidratos y lípidos, y en menor ble en la dieta de los rumiantes, pero indis- proporción de las proteínas. La energía así pensable en la dieta de los primates, pues los obtenida se emplea para producir calor en el primeros son capaces de sintetizar ácido as- proceso de termogénesis, o bien para producir córbico, mientras que los segundos han per- trabajo. Los tipos de trabajo más importandido esa habilidad. tes desarrollados por el organismo humano Así, los nutrimentos pueden clasificarse son: mecánico (contracción muscular), elécen esenciales y no esenciales. Los nutrimen- trico (potenciales de acción), químico (síntos esenciales son sustancias que forman tesis de macromoléculas), y osmótico parte de la materia orgánica, cuya ausencia (formación de líquidos hipertónicos). La del régimen alimentario o su disminución energía utilizada para estos procesos debe por debajo de un límite mínimo ocasionan, ser obtenida de las oxidaciones biológicas después de un tiempo variable, una enfer- en forma de energía químicamente útil conmedad carencial. Esto se debe a que el orga- tenida en un compuesto donador universal nismo no los puede sintetizar a partir de de energía, el adenosíntrifosfato (ATP). sustancias que le son propias, siendo por lo Después de su uso, esta energía se transfortanto obligatoria su ingestión a determina- ma en calor. Por lo tanto, toda la energía dos niveles. Dentro de ellos tenemos algu- contenida en los alimentos y utilizada en el nos aminoácidos, ácidos grasos insaturados, organismo va a ser transformada a final de vitaminas, sales minerales y agua. Los nutri- cuentas en calor. Este hecho es de gran utilimentos no esenciales son sustancias consti- dad al abordar el tema del balance energético. tuyentes de la materia orgánica que pueden Reguladora. Consiste en la contribución a ser obtenidas a partir de otras que le son pro- la modulación de las reacciones químicas pias. Dentro de ellos está cualquier sustancia que forman parte del metabolismo celular. no incluida en los nutrimentos menciona- La función se encuentra a cargo de proteídos antes. nas, vitaminas y sales minerales, ya que ésPor lo que respecta al criterio químico, tas son nutrimentos que forman parte de la para clasificar a los nutrimentos, probable- estructura de las enzimas, las cuales son las mente es más adecuado utilizar un criterio moléculas reguladoras por excelencia. Esta bioquímico a partir de la identificación de última función permite que se lleven a cabo las unidades estructurales mínimas que utili- las dos anteriores. za la célula en el metabolismo intermedio. El oxígeno es un caso especial dentro de Desde el punto de vista nutritivo, los nu- los nutrimentos. Su esencialidad es evidente trimentos desempeñan las siguientes funcio- e innegable. El hombre tarda minutos en morir por falta de oxígeno, 2 a 3 días sin nes: Plástica. Consiste en la formación de es- agua y semanas, meses o años por carencia tructuras propias y específicas del organis- del resto de los nutrimentos. mo. Se encuentra fundamentalmente a cargo En los seres aerobios, el oxígeno es una de las proteínas pero también intervienen los molécula indispensable para la vida, funciolípidos y algunos minerales. Esta función nando como un receptor de electrones y propermite el crecimiento, mantenimiento y re- tones dentro de la cadena respiratoria. En los paración de los tejidos. organismos pequeños, la difusión del oxígeEnergética o calórica. Consiste en la ob- no a través de su superficie basta para oxigetención de energía a partir de las oxidacio- nar sus tejidos; en los organismos grandes se nes biológicas de los principios inmediatos. requieren sistemas especiales de transporte

de este gas. Para el hombre este sistema está constituido por el aparato respiratorio que tiene una superficie interior 40 veces más grande que la superficie externa. El oxígeno molecular es el único nutrimento que no se obtiene a través de los alimentos.

aminoácidos, algunos ácidos grasos, las vitaminas, algunos oligoelementos y el agua, se le conoce también como ley de la calidad y se le ha relacionado no sólo con la carencia, sino también con el exceso de algunos nutrimentos, como el colesterol, lo que también provoca la aparición de enfermedades. 3. Ley de la armonía (armónica). Se refiere a que los nutrimentos contenidos en los 1.1.4 Leyes de la alimentación alimentos deben guardar una relación de "Una comida bien equilibrada es proporción tal que respeten el aporte que les como una especie de poema al corresponde a cada uno en 24 horas. Obviadesarrollo de la vida" mente esta ley hace referencia tanto a los nutrimentos energéticos, carbohidratos, lípidos Anthony Burgess y proteínas, los que deben ingerirse en un determinado porcentaje con respeto al total Antes de enunciar estas leyes, conviene in- calórico diario, como a los nutrimentos no sistir en que alimentación normal es la que energéticos, como algunos oligoelementos permite al que la consume mantener las ca- (Ca, P, Cu, Fe, etc.), los que deben ingerirse racterísticas bioquímicas peculiares de la sa- respetando cierta relación entre sí. Tal es el lud y del momento de desarrollo en que caso de la relación Ca/P que debe ser igual o vive; permite perpetuar a través de genera- superior a la unidad y de la relación Cu/Fe ciones los caracteres del individuo y de la que debe ser cercana a 0.10. especie, para lo cual debe mantener la comLey de la adecuación (adecuada). Se reposición normal de tejidos y órganos, permi- fiere a que los nutrimentos ingeridos deben tir el funcionamiento de aparatos y sistemas, estar en relación con la edad y el estado ficapacitar al sujeto a gozar de una sensación siológico de los individuos, resulta obvio de bienestar que lo impulse al trabajo y a la que no va a tener el mismo aporte de nutrialegría, asegurar, en su caso, la posibilidad mentos un adulto que un recién nacido. de la reproducción y favorecer la lactancia. Por otro lado, dicho aporte debe ser adePara lograr todo lo anterior, la alimenta- cuado no sólo a la fisiología del aparato dición debe cubrir los requisitos que se resumen gestivo, sino del organismo en su totalidad, en las siguientes leyes de la alimentación: pues si bien es cierto que para un individuo 1. Ley de la cantidad {suficiente). Se re- sano una dieta normal es la adecuada, para fiere a que los nutrimentos contenidos en los un enfermo una dieta adecuada puede no ser alimentos deben estar en las cantidades ca- la "normal". lóricas mínimas requeridas para satisfacer 5. Ley de la pureza (pura). Los alimentos las exigencias energéticas del organismo y deben estar libres de gérmenes patógenos mantener su equilibrio. y sustancias tóxicas. Hay autores que no 2. Ley de la calidad (completa). Se refie- aceptan esta ley por considerar que está re a que los alimentos deben contener los incluida dentro de la anterior (adecuación). nutrimentos necesarios para evitar la apari- Si bien es cierto que el cumplimiento de esción de enfermedades carenciales. Dicho de tas leyes es la base de una alimentación otro modo, el régimen alimentario debe pro- "equilibrada" o normal, también lo es que su porcionar los requerimientos necesarios de incumplimiento conlleva a la malnutrición. nutrimentos esenciales, como son: algunos Debemos tener en cuenta que debido a la

interrelación de estas leyes, la violación de una de ellas, afecta necesariamente a las demás. 7.2.5

Malnutrición "Cualquiera que haya sido el padre de un padecimiento, la madre fue una dieta pobre" George Herbert (1660)

Es el detrimento de la salud que se presenta como consecuencia de una deficiencia o exceso de nutrimentos. Este término incluye dos grandes grupos de enfermedades nutricionales- metabólicas que Mann ha denominado tipo I y II.

Malnutrición tipo I. Incluye a las enfermedades nutricionales por exceso de uno o más nutrimentos y generalmente de calorías con respecto a las necesidades fisiológicas del individuo. En la Fig. 1.2, se muestra su complejo mecanismo de producción. Malnutrición tipo II. Incluye las enfermedades nutricionales por "déficit" y se define como la deficiencia de calorías y/o uno o más de los nutrimentos con respecto a las necesidades fisiológicas del individuo. En la Fig. 1.3 se muestra su mecanismo de producción. Aunque una alteración en la absorción de nutrimentos (vgr.: síndrome de mala absorción) o un exceso en la eliminación de los mismos (vgr.: síndrome diarreico) son causas de este tipo de malnutrición como se muestra en la Fig. 1.3, la causa más frecuente es, sin embargo, el déficit en la ingestión

Figura 1.3 Malnutrición tipo II.

de tales nutrimentos. Resulta entonces que, desde el punto de vista médico, la mayor parte de casos de malnutrición tipo I y II son evitables si se da una alimentación equilibrada. Esto significa respetar las leyes de la alimentación, o de otro modo, tener un aporte adecuado en nutrimentos energéticos y nutrimentos no energéticos. MODELO CLÍNICO: Marasmo Niño de 18 meses de edad, de padres con nivel socioeconómico bajo, producto de parto distócico, sin control prenatal y con peso aproximado de 2200 g. Fue alimentado al seno materno hasta los dos meses continuando con dieta hipoproteica e hipoenergética.

El padecimiento actual lo inició hace un año con pérdida de peso, retraso del crecimiento y cuadros repetidos de rinofaringitis. A la exploración física se encontraron los siguientes valores: peso 9 kg, talla 74 cm. FC 110 x min. FR 32 min., temperatura 36.4°C, TA 70/60. A su ingreso, el paciente se encontró consciente, adelgazado, con palidez de tegumentos, pupilas normorrefléxicas, hipotonicidad de globos oculares, mucosa oral regularmente hidratada, faringe congestiva, turgencia de piel disminuida, ruidos cardiorrespiratorios normales, abdomen blando y dolores en marco cólico, peristalsis aumentada, sin edema en las extremidades. El laboratorio reporta = Hb 7g. Ht 2 1 , CPS uncinaria.

MODELO CLÍNICO: Kwashiorkor Niña de 4 años. de edad, de padres con nivel socioeconómico bajo, producto de gestación a término, sin control prenatal, parto eutócico atendido en casa, nació con peso aproximado de 2,300 g. Fue alimentada al seno materno hasta los dos años, ablactación a los 9 meses con alto contenido en almidones y féculas. El padecimiento actual lo inició hace un año, con pérdida de peso y retraso del crecimiento, asociado a infección de vías respiratorias y digestivas. Por exploración física se encontraron los siguientes valores: peso 12 kg., talla 90 cm, FC 100 x min, FR 26 x min, temperatura 36°C, TA 80/60. A su ingreso, la paciente se encontraba con marcado adelgazamiento, palidez de tegumentos y decaída. Se apreciaron lesiones angulares en comisuras palpebrales, pupilas normorrefléxicas, hipotonicidad de globos oculares, narinas con rinorrea hialina, conductos auditivos sin alteraciones, mucosa oral regularmente hidratada, faringe hiperémica, turgencia de piel disminuida, ruidos cardiorrespiratorios normales, hepatomegalia, peristalsis aumentada y edema de extremidades. Los exámenes de laboratorio reportan: Hb 9 g, Ht 27, CPS Giardia lamblia, albúmina 2 g, relación A/G 2/1, urea 14 mg. A fin de aportar al organismo los requerimientos energéticos, un individuo debe consumir macronutrimentos, es decir, carbohidratos, grasas y proteínas. 1.2 NUTRIMENTOS ENERGÉTICOS 1.2.1

Carbohidratos

Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes y ampliamente distribuidos en la naturaleza; por ello son la fuente de alimentación más abundante y accesible para el ser humano. El sol es la fuen-

te primaria de energía para los organismos vivientes. Por un proceso complejo conocido como fotosíntesis los vegetales sintetizan carbohidratos a partir del bióxido de carbono del aire y del agua del suelo; estos carbohidratos se almacenan bajo la forma de almidón o forman parte de la estructura del soporte vegetal como celulosa. El uso de carbohidratos en la alimentación humana representa varias ventajas. El rendimiento de energía por superficie de tierra cultivada es mucho mayor para alimentos vegetales que para alimentos animales porque el animal debe primero convertir la energía de los vegetales que consume en proteínas y grasas. Por estas razones los alimentos ricos en carbohidratos son menos costosos. La estructura química de este importante grupo de nutrimentos se tratará en la VI Unidad. FUENTES. Los carbohidratos se encuentran abundantemente en los siguientes grupos de alimentos: semillas secas de cereales (maíz, trigo y arroz), semillas maduras de leguminosas (frijol, haba, garbanzo, lenteja, alverjón, soya), tejidos vegetales frescos (raíces, tallos, frutas), mieles, azúcar de caña y chocolates. Funciones en la nutrición. La función más importante de los carbohidratos es la energética, pues es bien sabido que las células al oxidar la glucosa obtienen la mayor parte de la energía que necesitan para sus procesos vitales. Además de este glúcido de uso energético inmediato existe el glucógeno, que representa una reserva energética a corto plazo pues es almacenado en los tejidos hepático y muscular, desde los que puede ser movilizado para satisfacer durante algunas horas las necesidades calóricas del organismo. Existen otros carbohidratos cuya función básica es estructural como la desoxirribosa que forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA), la ribosa del ácido ribonucleico

(RNA) y la galactosa que forma parte de la colágena y los galactocerebrósidos, entre otros. Es importante mencionar dentro de los carbohidratos al ácido ascórbico (vitamina C) y al inositol que si bien no dan lugar a energía, cumplen una función imporante; el primero interviene activamente en las reacciones de oxidorreducción, en la síntesis de colágena y como modulador de la transcripción genética, mientras que el segundo interviene en la síntesis de inositolípidos (fosfolípidos). Aquellos nutrimentos no son sintetizados por el hombre. El almidón es un polisacárido que al digerirse libera glucosa y su contribución al contenido de energía de la dieta es muy valiosa. Por sí solo representa el 60% al 65% del peso seco de una dieta; es por lo tanto, el componente más abundante de una dieta normal. En 1975, Burkitt y Trowell introdujeron el término fibras de la dieta para referirse a aquellos componentes de material vegetal que no son digeridos por las enzimas digestivas del hombre, como son la celulosa, los P-glucanos, las hemicelulosas, las pectinas, las gomas y la lignina (aunque esta última no es un carbohidrato). El interés actual por las fibras como un componente importante de la dieta surge de la asociación epidemiológica entre una elevada ingestión de una fibra y la menor incidencia de cáncer de colon, diabetes y enfermedades coronarias. Dentro de las funciones de la fibra se pueden mencionar la modulación de la respuesta glucémica, la disminución de la absorción de colesterol y la regulación de la velocidad del tránsito intestinal, lo que permite dar a las heces su consistencia característica y evitar la aparición de estreñimiento. Actualmente se considera deseable que la dieta contenga entre 20 y 30 g de fibra. Cantidad. Como son los nutrimentos más abundantes en la naturaleza y los más asequibles económicamente, en los países subdesa-

rrollados la alimentación es fundamentalmente glucídica. En los Estados Unidos de Norteamérica proporcionan entre el 40 y 50% de las calorías totales de la alimentación; en tanto que en los países mediterráneos proporcionan entre el 50 y 70% y cuando hay escasez de grasas y proteínas pueden proporcionar hasta el 80%. Consideramos que en México proporcionan el 60% del total calórico. Para un varón adulto, joven, de vida media activa y de 70 kg. de peso, la necesidad de ellos sería de 6.2 g/Kg/día (Tabla 1.5). Calidad. No son nutrimentos esenciales puesto que en el proceso metabólico de la gluconeogénesis se pueden obtener carbohidratos de algunos aminoácidos, así como de la fracción glicerol de las grasas; sin embargo, para este proceso se necesita algo de carbohidrato preformado por lo que se considera que un mínimo de 5 g de carbohidratos por 100 cal. de la dieta total son necesarios para impedir la aparición de cetosis debida fundamentalmente a la movilización orgánica de grasas para las oxidaciones biológicas cuando no hay buena disposición de glúcidos. La tendencia actual incide en una ingestión de carbohidratos que corresponda con un 60% de las calorías totales, de las cuales 50% provenga de azúcares complejos y naturales y 10% de azúcares refinados. Reserva. Se calcula que en un hombre adulto joven de 70 kg de peso existen, según se ilustra en la Tabla 1.6, alrededor de 1500 calorías almacenadas en forma de carbohidratos. Si consideramos, de acuerdo con nuestro caso ejemplo, el gasto diario de energía en alrededor de 3000 calorías, vemos que los carbohidratos almacenados proporcionan energía tan sólo para 12 horas. 1.2.2 Lípidos Los lípidos o grasas son un conjunto heterogéneo de moléculas orgánicas. Su característica común es la de ser insolubles en agua

y solubles en disolventes orgánicos no polares, como cloroformo, éter, benceno y otros. No obstante, a este grupo pertenecen los fosfolípidos y glucolípidos que tienen la característica peculiar de ser parcialmente solubles en agua y en solventes oleosos; es decir, no son ni hidrófobos ni hidrófilos, son antipáticos. Una sustancia anfipática es aquella que posee grupos químicos afines al agua y grupos afines en grasas, en la misma molécula. Es justamente a esta característica que se debe una de las principales funciones de los lípidos, la de formar membranas. La importante separación de las células y de las estructuras subcelulares en compartimientos acuosos separados se consigue mediante el uso de membranas. Por otro lado, los lípidos son moléculas con un número relativamente alto en átomos de carbono, con abundancia de hidrógeno y pobres en átomos de oxígeno. Esta abundancia de hidrógeno los hace ser de alto contenido energético (como los hidrocarburos). Su almacenamiento en forma de triacilgliceroles triglicéridos) es más eficiente y cuantitativa-

mente importante que el almacenamiento de los glúcidos en forma de glucógeno. Un gramo de lípido proporciona 9 kcal; compárese con las 4 kcal por gramo de los carbohidratos. Fuentes. Los grupos de alimentos que más lípidos contienen son las oleaginosas, grasas y aceites, y lacticíneos. El huevo de gallina contiene grasas y proteínas, además de algunas vitaminas y hierro; es una fuente habitual de colesterol, por lo que se debe evitar el abuso en su consumo. Funciones en la nutrición. Las grasas utilizadas para preparar los alimentos les confieren apetibilidad y buen sabor con lo que facilitan la digestión de los nutrimentos al aumentar las secreciones digestivas. Las grasas dietéticas son el vehículo utilizado por las vitaminas liposolubles para su absorción y transporte. Los fosfolípidos y otras grasas desempeñan una importante función estructural, pues son componentes indispensables de la unidad de membrana, por lo que debido a las características propias del tejido nervioso, intervienen significativamente en la estructura de tal sistema.

Desde el punto de vista energético los triglicéridos son la principal reserva calórica del organismo, pues al ser movilizados desde el tejido adiposo tanto el glicerol como los ácidos grasos que los constituyen, pueden ser utilizados como fuentes de energía por las células de la economía. El glicerol puede ingresar a la gluconeogénesis y ser convertido a glucosa. Un riesgo inherente a la amplia movilización de grasas es la gran producción de Acetil-CoA, con la subsecuente derivación a cuerpos cetónicos que originan cetonemia y acidosis metabólica, lo que no ocurre cuando se movilizan carbohidratos o proteínas. A pesar de ello, el organismo prefiere almacenar lípidos y degradarlos cuando sea necesario, pues además de que por gramo de peso son los que contienen más calorías, debido a su carácter apolar rechazan el agua, por lo que se pueden acumular en un menor espacio que el que les correspondería a carbohidratos y proteínas pues ambos son polares y al almacenarse llenarían mucho espacio con el agua que atraen. Cantidad. Las cantidades lipidíeos ingeridas en la dieta de los diversos países son muy variadas. Así, por ejemplo, en los países industriales de Occidente, las grasas proporcionan alrededor de 40% del total de

calorías en 24 horas, en tanto que en los países de Oriente la grasa suministra solamente 8-10% del total calórico. La American Heart Association recomienda que la energía derivada de las grasas no exceda de 35% del consumo diario total, considerándose como promedio aceptable el 25 %. Aunque el contenido de grasas tiende a aumentar con las necesidades energéticas, pues los individuos que realizan trabajo físico intenso seleccionan espontáneamente dietas más ricas en grasa, es preferible respetar las recomendaciones anteriores. Esto significa que para un varón adulto joven, de 70 kg de peso y de vida media activa, se requiere la ingesta de 1.2 g/kg/día de lípidos (Tabla 1.5). Calidad. Algunos ácidos grasos poliinsaturados son considerados como nutrimentos esenciales para el hombre. Estos tienen influencia sobre los niveles séricos de colesterol (y subsecuentemente sobre la incidencia de enfermedades cardiovasculares), los que disminuyen cuando el contenido dietético de grasas insaturadas prevalece sobre el de grasas saturadas. Los requerimientos en cuanto a la calidad de los lípidos dietéticos serán satisfechos si del total de ácidos grasos ingeridos 1/3 son saturados totales, 1/3 monoinsaturados y 1/3 poliinsaturados; o bien si del total de calorías ingeridas, el 1 % le corresponde a

los ácidos grasos esenciales. Una guía para seleccionar una dieta lipídica que se ajuste a estos requerimientos se proporciona en la Tabla 1.7.

Reserva. Como ya se dijo, el tejido adiposo es una importante reserva energética para el organismo. Tomando en cuenta que los lípidos constituyen alrededor del 12% del mismo,

cada kilogramo de peso corporal contiene 1,116 Cal en forma de grasa por lo que un hombre de 70 kg tiene en su tejido adiposo una reserva de 78,120 kcal. Sin embargo, según Cahill, en este individuo hay una cantidad de grasa total (15 kg) que equivale a 139,000 kcal. Atendiendo a este último dato y suponiendo que el consumo energético fuera de 3,000 kcal, la energía almacenada en forma de grasa constituye una reserva para 46.5 días. 1.2.3

Proteínas y aminoácidos

Las proteínas constituyen, sin duda, uno de los nutrimentos de mayor trascendencia en los seres vivos. Desempeñan una amplia variedad de funciones que determinan en gran parte la actividad metabólica y morfología de los seres vivos. No en vano Berzelius sugirió que a la sustancia compleja que describiera Mulder en 1838 se le llamara proteína, palabra griega que significa "primordial" o "primer lugar". El químico holandés Mulder al describir el material orgánico en cuya composición intervenía el nitrógeno mencionó que era "sin duda la más importante de todas las sustancias conocidas en el reino orgánico, sin la cual no parece posible la vida sobre nuestro planeta". Actualmente se conserva el nombre de proteína para designar un grupo de sustancias que son los principales constituyentes nitrogenados de todos los organismos animales y vegetales. Decir que las proteínas son más importantes que cualquier nutrimento no es apropiado, ya que, en el estudio de la nutrición, cualquier suministro dietético inadecuado o que interfiera en la utilización de cualquier nutrimento es de graves consecuencias. En este siglo se han discutido y debatido constantemente las necesidades y aportes de proteínas. Ningún otro nutrimento ha estado sujeto a semejante inspección minuciosa. La

valoración más completa sobre este punto se encuentra en el informe de 1985 sobre Energía y Necesidades Proteicas preparado por la Organización de Alimentación y Agricultura (FAO), la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Universidad de las Naciones Unidas (ÜNU). No obstante, el "Kwashiorkor" y el "marasmo" así como estados más benignos de estas enfermedades siguen siendo el principal problema nutricional de los países en desarrollo del mundo. Literalmente, millones de niños son víctimas de estas enfermedades en Asia, África, América Central, Las Indias Occidentales y Sudamérica. Muchas personas no consumen las suficientes proteínas, ya sea por ignorancia en la selección de una buena dieta o por falta de dinero para comprar alimentos que contengan proteínas, que generalmente son los nutrimentos más caros de la dieta. Fuentes. Las proteínas se encuentran fundamentalmente en huevos, leche y derivados lácteos, y algunas carnes (hígado y riñon), que contienen proteínas de excelente calidad; otras carnes (tejido muscular) de aves y pescados, y algunas leguminosas (como el frijol de soya), contienen proteínas de buena calidad; los cereales, las harinas, la mayor parte de los tubérculos y raíces vegetales, contienen proteínas de mediana calidad y la mayor parte de frutas y vegetales son alimentos de bajo contenido proteico. Funciones en la nutrición. Las proteínas desempeñan una amplia variedad de funciones dinámicas dentro de la nutrición. La más importante es la función catalítica que se lleva a cabo a través de enzimas, todas ellas de naturaleza proteica y que participan en la mayor parte de las reacciones químicas celulares. La hidrólisis a la que son sometidos los nutrimentos en el proceso de digestión es función enzimática. La absorción de moléculas simples hacia el citoplasma de la célula como es el caso de la glucosa, se lleva a cabo por proteínas que se encuentran en la membrana de las células epiteliales del in-

testino. Otra función dinámica de las proteínas en la nutrición es el transporte. Ejemplo de ello es la hemoglobina que lleva a cabo funciones de primordial importancia en el transporte de oxígeno a los tejidos y en el equilibrio ácido base. Otras proteínas plasmáticas participan en el transporte de numerosas sustancias como los lípidos que se encuentran en el torrente circulatorio en forma de lipoproteínas. Igualmente algunos oligoelementos como el cobre, el hierro y otras moléculas, son trasladados unidos a proteínas debido a su carácter polar que las hace fácilmente solubles en el plasma. En general las proteínas de los alimentos proveen de aminoácidos para la formación de proteínas corporales con lo que se pueden resintetizar los tejidos que constantemente están en degradación. Las proteínas tienen otras múltiples funciones en el metabolismo como es la de regulación a través de hormonas de naturaleza proteica. Las proteínas plasmáticas son fundamentales en la regulación de la presión osmótica y en el mantenimiento del equilibrio hidroelectrolítico como es el caso de la albúmina que por su poder hidrofílico retiene líquido dentro de los capilares evitando que el agua pase al espacio intersticial con lo que se produciría edema. El carácter anfotero de las proteínas se refiere a la capacidad que éstas tienen para captar y/o liberar hidrogeniones del medio que los contiene, regulando así el equilibrio ácido básico de los líquidos corporales. Existen además proteínas con función protectora como las inmunoglobulinas en las cuales radica la llamada respuesta inmune, es decir, todas las acciones en respuesta al material extraño. Otras participan en los mecanismos de reconocimiento como es el caso de los receptores membranales o citosólicos. Algunas otras tienen función estructural, tal es el caso, entre otras, de la colágena que interviene en la estructura del tejido conectivo y la queratina que forma

parte de la piel y sus anexos. Finalmente no debe olvidarse el papel energético de las proteínas, pues algunos aminoácidos pueden ingresar a las vías oxidativas proporcionando así energía para las funciones celulares. Cantidad. Una cantidad mínima de proteínas es indispensable en la dieta para asegurar la renovación de proteínas de los tejidos, que constantemente experimentan destrucción y resíntesis. A menudo se hace referencia a esto como la cuota de desgaste. Sin embargo, el requerimiento de proteínas aumenta considerablemente con las demandas del crecimiento, cuando se incrementa el metabolismo (como sucede en los síndromes febriles), en las quemaduras, después de traumatismos, en el embarazo y la lactancia. Se acepta que las proteínas deben cubrir entre el 10 y el 15% del total de calorías diarias ingeridas. Esto significa que para mantener el balance nitrogenado en equilibrio correspondiente a un hombre adulto joven de 70 kg de peso, se requiere un mínimo proteico de 0.56 g/kg. Sin embargo, considerando que no toda la proteína ingerida se absorbe y no toda la absorbida se retiene, se acepta que la ingesta proteica promedio sea de 1 g/kg/día. (Tabla 1.5.). En el niño y en el adolescente se recomienda, en cambio, una ingesta de 1.5 a 2 g/kg/día. Aminoácidos esenciales y no esenciales. Osborne y Mendel en 1915 demostraron la importancia de la composición de aminoácidos de las proteínas al observar que las ratas no crecían o incluso morían al omitir en sus dietas algunos aminoácidos. Posteriormente, el Dr. William C. Rose estableció que esto también es cierto en los seres humanos. Por consiguiente, desde el punto de vista nutritivo, se clasificaron los aminoácidos en esenciales, aquellos que el organismo no puede sintetizar a partir de moléculas propias, y no esenciales, los que puede sintetizar y cuya presencia no se hace obligatoria en la dieta. Estrictamente hablando, todos los aminoáci-

dos son unidades esenciales para la síntesis de una proteína. No debe permitirse que la clasificación nutricional, basada en las necesidades dietéticas, oscurezca la importancia de los aminoácidos no esenciales; la alanina, por ejemplo, es un importante transportador no tóxico de nitrógeno liberado durante la degradación de los aminoácidos en los tejidos periféricos, desde donde lo transporta al hígado para ser transformado en urea. La glutamina es esencial para el mantenimiento del equilibrio ácido-base en el riñon, además de ser un amortiguador importante de amoniaco. Aminoácidos como la tirosina y la cistina, que habitualmente son sintetizados en cantidades adecuadas por el organismo a partir de sus precursores, fenilalanina y cisteína respectivamente, suelen designarse a menudo como semiesenciales, término contradictorio en sí mismo. Recientemente Chipponi y Cois. (1982) propusieron el concepto de condicionalmente indispensable para sustancias que no son esenciales en circunstancias normales, pero que por una alteración metabólica o por el estado fisiológico del organismo pueden no sintetizarse en cantidades suficientes para satisfacer las necesidades orgánicas. Por ejemplo, arginina e histidina, a pesar de ser sintetizados por el organismo, durante el crecimiento no tienen una tasa de

formación suficiente para satisfacer las necesidades fisiológicas. Podría aplicarse también a la cistina y a la tirosina en lactantes prematuros, probablemente a la taurina, y posiblemente a la carnitina. El adulto humano requiere de ocho aminoácidos esenciales (Tabla 1.8) y los niños en crecimiento necesitan hasta diez. Además de ser las unidades estructurales de todas las proteínas, los aminoácidos también tienen funciones específicas en el organismo. El triptófano sirve como precursor de la niacina, una de las vitaminas del complejo B, y de la hormona serotonina; la metionina proporciona grupos metilo para la síntesis de colina, compuesto que ayuda a prevenir el almacenamiento de grasa en el hígado y constituyente de un tipo de fosfolípidos. La glicina contribuye a la formación del anillo porfirínico de la molécula de hemoglobina y constituyente también importante de las purinas y pirimidinas, necesarias para la síntesis de ácidos nucleicos. La fenilalanina y tirosina son precursores de las hormonas (y neurotransmisores) adrenalina, noradrenalina, dopamina y tiroxina; y la histidina de la cual se forma la histamina. Las proteínas son también fuente potencial de energía, igual que lo son carbohidratos y grasas; cada gramo de proteína produce un

promedio de 4 kcal. La energía que necesita el cuerpo tiene prioridad sobre otras necesidades y si la dieta no proporciona suficientes calorías de grasas y carbohidratos, las proteínas de la dieta y las de los tejidos serán catabolizadas para obtener energía. Sin embargo, cuando los aminoácidos se utilizan para obtener energía, se pierden para propósitos de síntesis; inversamente, cuando los aminoácidos son incorporados a la molécula de proteína, no proporcionan energía hasta que las proteínas de los tejidos son nuevamente catabolizadas. Calidad. La calidad nutricional de una proteína, es decir, la cantidad que se requiere para cubrir las necesidades de aminoácidos esenciales en comparación con una que sea muy fácil de digerir y que proporcione aminoácidos en las cantidades requeridas, depende de su composición de aminoácidos y la facilidad con que se digiere. Hace algunos años la Organización de Alimentos y Agricultura (FAO) a través de su Comité de Nutrición describió el requerimiento de proteínas en término de un patrón de referencia de aminoácidos. La proteína de referencia sería aquella que produzca un gramo de tejido por cada gramo consumido; o sea, tendría un valor biológico de 100. Después de una serie de investigaciones, se encontró que los patrones de aminoácidos en la leche humana y en el huevo entero corresponden a los patrones requeridos por los humanos. Así en 1965 un Comité conjunto FAO/OMS recomendó que estas proteínas se utilizaran como patrones de referencia. En 1985, un informe FAO/OMS/UNU da a las necesidades de aminoácidos, valores que son prácticamente idénticos a los propuestos con anterioridad. Sin embargo, el comité propuso distintos patrones de puntuación de los aminoácidos para lactantes, niños y adultos, lo cual no ha sido aceptado en su totalidad, ya que no hay necesidad de ajustar los aportes proteicos de los adultos según la calidad de las proteínas. Por tanto,

sería preferible usar un solo patrón, basado en las necesidades del grupo más vulnerable, los niños pequeños. Con relación a los adultos, se reconoce que sus necesidades de aminoácidos son extremadamente bajas y que requieren más bien de proteínas desequilibradas, como las de la harina de trigo, que de las procedentes de la leche o ios huevos para conseguir un balance nitrogenado. Desde el punto de vista de la calidad de una proteína, es importante considerar la digestibilidad, el valor biológico y la utilización neta de las proteínas. Digestibilidad (D). Se refiere a la proporción en que se absorbe una cierta cantidad de proteína con respecto a la ingerida. A mayor absorción mayor digestibilidad de la proteína, de tal manera que si se absorbe toda, su digestibilidad será del 100%. Este valor se determina investigando la excreción fecal de nitrógeno en relación con el nitrógeno ingerido en forma de proteína. Considerar que 1 g de nitrógeno representa 6.25 g de proteínas. Digestibilidad = N ingerido-Nfecal N ingerido

x lQQ

Valor biológico (VB). Se refiere a la proporción de nitrógeno proteico retenido en el organismo con respecto al absorbido. Se determina considerando la ingestión y la pérdida de nitrógeno bajo condiciones controladas. ., , ,. ,. . N ingerido - (Nfecal+Nurinario)L .__ Valor biológico = &——-—i—f ——; x 100 TV ingerido - N fecal

A mayor valor biológico de la proteína, mayor será la cantidad de nitrógeno proteico retenido en el organismo y, por lo tanto, mayor será su valor nutritivo. En la Tabla 1.9 se da una lista de varias proteínas con su respectivo valor biológico. Se puede observar que, en general este valor es más alto en las proteínas de origen animal que en las de origen vegetal, en virtud de que las primeras

contienen todos los aminoácidos esenciales. Las proteínas vegetales carecen de uno o más aminoácidos esenciales y son más difíciles de digerir, lo cual se refleja en valores biológicos bajos.

Utilización neta de proteína (UNP). Este valor se refiere a la proporción que hay entre el nitrógeno proteico retenido en el organismo con respecto al nitrógeno proteico ingerido. . r^rr. _ N ingerido - N eliminado (heces y orina) N ingerido N retenido x 100 N ingerido

El valor de UNP constituye una medida del grado en que se digiere una proteína y cómo se utilizan los aminoácidos una vez absorbidos, es directamente proporcional a la digestibilidad y al valor biológico, y es lo que determina el valor nutritivo de las proteínas. Esto depende en última instancia de la cantidad de aminoácidos esenciales presentes en la proteína. Generalmente, la mayoría de las proteínas animales tienen todos los aminoácidos esenciales y por lo tanto va-

lores elevados de UNP (Tabla 1.10). También es posible expresar el valor nutritivo de una proteína en función del llamado valor químico, obtenido de la concentración de cada aminoácido esencial comparada con la que se encuentra presente en la proteína de huevo entero. Los valores químicos son comparables a los valores biológicos derivados de estudios de balance nitrogenado o de crecimiento en ratas jóvenes.

Tomada de la OMS Technical Report No. 522, Pág. 67.

Un problema importante en las dietas vegetarianas (sobre todo las estrictas) es que tienden a ser tan grandes en volumen, que no se alcanzan a cubrir las necesidades energéticas. Por otro lado, los aminoácidos esenciales escasean en los alimentos de origen vegetal (Tabla 1.11). Aún así, las dietas vegetarianas pueden utilizarse si se combinan, por ejemplo, el maíz (cereal deficiente en lisina) con leguminosas como el frijol (deficientes en metionina pero ricas en Usina). Los platillos que se forman mediante estas combinaciones pueden aumentar la UNP con respecto a la que tiene cada alimento por separado. En la Tabla 1.12 se observan los tres aminoácidos esenciales que escasean con mayor frecuencia en las proteínas de origen vegetal. Cuando el frijol (leguminosa

y el maíz (cereal) se toman por separado, se presentan grandes lagunas en el contenido de aminoácidos si se les compara con la albúmina (proteína del huevo). Sin embargo,

si se consumen juntos, las lagunas desaparecen. Hardinge y asociados encontraron en un grupo de vegetarianos estrictos que las leguminosas, los granos enteros, las nueces

y los vegetales proporcionan una combinación satisfactoria de aminoácidos. Cuando se proporciona una cantidad apreciable de proteínas vegetales junto con una pequeña cantidad de proteínas animales, la calidad de la mezcla es tan efectiva como la de las proteínas animales solas. Por ejemplo, los alimentos a base de cereales son generalmente bajos en lisina, pero la leche proporciona suficientes cantidades de la lisina faltante. Para utilizar mejor los alimentos proteicos, se sugiere incluir alguna proteína completa en cada una de las comidas del día, como la del huevo o la leche. Las necesidades proteicas cualitativas quedan satisfechas si del total calórico que les corresponde en 24 horas, dos terceras partes son proporcionadas por proteínas de origen vegetal (Tabla 1.5). Si bien esto no deja de ser sólo una recomendación, ya que el consumo de proteínas de origen animal está, por otro lado, relacionado con un aumento en la incidencia de enfermedades cardiacas y de diversas formas de cáncer. Se podría suponer que probablemente no es la proteína animal por sí misma sino la grasa y el colesterol asociados a la misma. Por otro lado, una dieta vegetariana estricta no está exenta de riesgos, a no ser que el individuo esté muy bien informado dietéticamente. Aminoácido limitante. Todos los aminoácidos que se necesitan para la síntesis de una proteína dada deben estar simultáneamente presentes en cantidades suficientes. Si falta un solo aminoácido, la proteína no puede construirse. Si uno de los aminoácidos está presente en cantidad limitada, la proteína podrá formarse hasta que la provisión de este aminoácido se termine. El aminoácido que se encuentra en déficit se conoce como aminoácido limitante. Si uno o más de los aminoácidos faltan en la poza, los aminoácidos restantes no están disponibles para la síntesis proteica y por tanto serán catabolizados para producir energía.

1.3 NUTRIMENTOS NO ENERGÉTICOS 1.3.1

Vitaminas "Nada es veneno, todo es veneno: la diferencia está en la dosis" Theophrastus Bombart Von Hohemhein (Paracelso)

A comienzos de este siglo se presentaban ciertos padecimientos misteriosos y a menudo fatales que, en la época en que Pasteur divulgaba la idea de que todas las enfermedades eran causadas por microorganismos, era difícil imaginar otra causa y tener elementos para combatir estos padecimientos. Era común que los marinos que realizaban viajes prolongados por mar fueran las víctimas y algunos observadores empezaron a reconocer que la dieta estaba carente de algo. En el Oriente, la enfermedad "beriberi" mató a millones con extraños efectos paralíticos (polineuritis). Por generaciones, los chinos sabían que un té, hecho de cascara de arroz, curaba el beriberi pero el conocimiento no tuvo amplia divulgación o no se creyó en él. En 1883, Eijkman, médico alemán, produjo parálisis en pollos alimentándolos con el arroz blanco que consumía la población de Java. Además, demostró que esta parálisis curaba pronto con extractos de cascara de arroz. Al principio pensó que alguna toxina del arroz blanco era neutralizada por la cascara, pero luego concluyó correctamente que la cascara contenía un nutrimento esencial. En 1912, el bioquímico polaco, Casimiro Funk, formuló la teoría de la vitamina según la cual las enfermedades beriberi, pelagra, raquitismo y escorbuto eran producidas por carencia en la dieta de cuatro diferentes nutrimentos vitales. Funk imaginó que todos ellos eran aminas, de donde nació el término vitamina. En el mismo año, el inglés Hopkins anunció que un factor aislado de la leche era

necesario para el crecimiento normal de las fue designado vitamina D (calciferol). En ratas. En 1915, Me. Collum y Da vis, de Wis- 1922, se reconoció otro factor liposoluble consin, reconocieron que eran dos los facto- llamado vitamina E (tocoferol), esencial para res. Al primero, soluble en grasas, se le llamó llevar a término el embarazo en ratas. En A y el otro soluble en agua, fue denominado 1930, se agregaron a la lista la vitamina K factor B (que curaba el beriberi en pollos). (del alemán Koagulation) y los ácidos graAunque años después se supo que el factor sos esenciales (entonces conocidos como viA no era amina, el término vitamina ya ha- tamina F, de fatty). bía sido acuñado para designar este tipo de El estudio de los trastornos sanguíneos en cofactores. el hombre, anemia perniciosa y anemia maAsí fue como en los años de la primera crocítica, condujo al reconocimiento de dos guerra mundial, los hombres ya contaban vitaminas hidrosolubles, el ácido fólico (de con tres vitaminas para combatir males mi- folio = hoja) y la vitamina B 12 , esta última lenarios. En los balcanes y Dinamarca la aislada por Funk y Hopkins, quienes reci"enfermedad de los ojos" era curada con vi- bieron el premio Nobel en 1929 por sus destamina A. En las zonas devastadas por la cubrimientos. acción bélica, la vitamina C derrotaba al esEn 1983, al modo de un símbolo, el viejo corbuto. En Alemania, Polonia y otros paí- laboratorio de Batavia fue rebautizado. Teses, el beriberi retrocedía ante la vitamina B. nía hasta entonces un nombre extenso y algo El progreso en el aislamiento de las vita- pomposo. Se le llamó Instituto Eijkman, en minas fue lento. Cuando Williams empezó a honor al pionero de las vitaminas. aislar el factor antiberiberi en 1910, la gente creyó que su esfuerzo sería infructuoso debido a las ideas de Pasteur de la causa bacte- Clasificación y nomenclatura riana de las enfermedades. Sin embargo, en 1926, Jansen aisló pocas cantidades de tiaLas vitaminas se encuentran en dos granmina. Pronto se observó que la nueva vita- des grupos de alimentos: los grasos, que mina sola (Bi) era insuficiente para contienen las vitaminas liposolubles, y los satisfacer los requerimientos dietéticos de la alimentos no grasos, en los que existen las rata de factor B y se encontró que se reque- vitaminas hidrosolubles. De aquí ha surgido ría un segundo factor (B2) además de tiami- la clasificación de las vitaminas, que hasta la na, muy lábil y fácilmente destruido por el fecha se utiliza, en dos grandes categorías en calor. En seguida se observó que eran más base a su solubilidad en los llamados sollos componentes de este factor y a la mezcla ventes de grasas o en agua. Las vitaminas lise le llamó complejo B de la cual se comen- posolubles reconocidas como esenciales zaron a aislar cada uno de sus miembros: la para la nutrición humana son: A,D,E y K. riboflavina (B2) responsable de la estimula- Las vitaminas hidrosolubles esenciales para ción del crecimiento; el piridoxal (Bg) que el ser humano incluyen la vitamina C (ácido prevenía la dermatitis facial o "pelagra"; el ascórbico) y las del complejo B: Bl (tiamiácido pantoténico que curaba la dermatitis na), B2 (riboflavina), B6 (piridoxina), foladel pollo; la nicotinamida que curaba la pe- cina (ácido tetrahidrofólico o THF), B12 lagra humana; y la biotina, necesaria para el (cobalamina), ácido pantoténico, biotina y crecimiento de las levaduras. posiblemente ácido lipoico. Algunas vitaminas hidrosolubles se comSiguiendo el orden, el factor antiescorbuto fue llamado vitamina C (ácido ascórbico), el portan como coenzimas, por ejemplo la biotina factor liposoluble que prevenía el raquitismo que participa en reacciones de carboxila-

ción, descarboxilación y transcarboxilación. Otras en cambio son constituyentes de coenzimas, por ejemplo, la nicotinamida que forma parte de dos coenzimas que intervienen en reacciones de oxidorreducción: NAD+ y FAD. Así pues, en general, las vitaminas hidrosolubles tienen una función reguladora en el metabolismo. Fuentes. Las principales fuentes de vitaminas son: carne, leche y lacticíneos, huevos, frutas y legumbres. A pesar de que los alimentos contengan considerables cantidades de vitaminas, es necesario hacer notar que la manipulación de muchos de ellos antes de su ingestión puede afectar seriamente su aporte vitamínico. Por ejemplo, la cocción prolongada de las frutas y/o verduras que contienen vitamina C puede ocasionar la pérdida de una buena cantidad de ella, pues es muy termolábil. Funciones. Dependiendo de la solubilidad que presentan las vitaminas se clasifican en hidrosolubles (Tabla 1.13) y liposoiubles (Tabla 1.14) según sean solubles en agua o grasa, respectivamente. Desempeñan diversas funciones en los animales, las que son descritas con más detalle en las tablas antes mencionadas. Algunas vitaminas hidrosolubles se comportan como coenzimas, por ejemplo la biotina que participa en reacciones de carboxilación y transcarboxilación, uniéndose a enzimas como la piruvato carboxilasa. Otras en cambio son constituyentes de coenzimas, por ejemplo, la nicotinamida que forma parte de dos coenzimas que intervienen en reacciones de óxido-reducción: NAD+ y FAD. Así pues, en general, las vitaminas hidrosolubles tienen una función reguladora en el metabolismo, al comportarse como coenzimáticas. El caso del complejo B se ilustra en la Tabla 1.15. Las vitaminas liposoiubles tienen funciones más específicas, por ejemplo, la K interviene en la formación de protrombina activa y factores VII, IX y X y es, por lo tanto, importante en la coagulación de la sangre.

Cantidad y calidad. Las vitaminas son moléculas que se requieren en cantidades muy pequeñas en la dieta de los animales superiores. No pueden ser sintetizadas por los mismos o lo hacen en cantidades insuficientes de tal forma que, aunque el requerimiento es bajo, su ingestión resulta obligatoria. Las necesidades de ellas varían de acuerdo a la edad, sexo, peso, talla y estado fisiológico (embarazo y lactancia) por lo que estos factores deben ser considerados en los requerimientos fisiológicos y las raciones recomendadas. Por requerimientos se entiende la cantidad de nutrimentos que necesita cada individuo para asegurar un correcto funcionamiento orgánico. Son por lo tanto muy variables de persona a persona y su determinación representa cierto grado de dificultad. Por recomendación se entiende la cantidad de nutrimento que cubre adecuadamente las necesidades nutritivas de una comunidad sana. Se determinan tomando en cuenta el promedio de los requerimientos fisiológicos de los integrantes de la misma más dos desviaciones estándar. Con ello resultan obligadamente superiores a los requerimientos de cada individuo en particular y sólo un 2.28% no se ajustan a ellas. Tienen la ventaja de que una vez determinadas se constituyen en tablas de uso general, que deben ser revisadas periódicamente. En el caso de las vitaminas K, ácido pantoténico y biotina no se dispone de los suficientes estudios que permitan determinar sus raciones dietéticas recomendadas (RDA), por lo que en las Tablas 1.13 y 1.14 se mencionan sus intervalos de ingestión aconsejados. Si estos no se satisfacen se da lugar, como en el caso de los aminoácidos y de los ácidos grasos esenciales, a cuadros carenciales específicos que son descritos en las mismas tablas. Sin embargo, tan grave es el déficit como el exceso sobre todo de las vitaminas liposoiubles para las cuales se han descrito severos cuadros de hipervitaminosis. Esto tiene interés por la moda tan

Tabla 1.15 Formas coenzimáticas del complejo B. Vitamina

Forma coenzimática

Tiamina(Bi) Riboflavina (B2)

Pirofosfato de tiamina (TPP) Mononucleótido de flavina y adenina (FMN) y dinucleótido de flavina y adenina (FAD). Fosfato de piridoxal (PPAL) Fosfato de piridoxamina (PPAM) 5' -desoxi-adenosilcobalamina Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD ) Dinucleótido de nicotinamida y adenina-fosfato (NADP + ). Acido tetrahidrofólico (THF) Coenzima A Proteína portadora de acilo (ACP) Biotina-adenosin-pirofosfato.

Pindoxina (B6 Cobalamina (B12 Niacina Folacina Ac. pantoténico Biotina

actual de adicionar vitaminas a los alimentos preparados. Como una guía para evitar estos excesos se han clasificado aquéllos en tres grupos: Alimentos ordinarios. Aquellos productos complementados que contienen hasta el 50% de la ración dietética recomendada (RDA). Complementos dietéticos. Aquellos productos complementados que contengan 50150% de RDA. Las vitaminas A y D y el ácido fólico son excepciones a esto, puesto que su límite superior es fijado en 100% del RDA. Medicamentos. Aquellos preparados con más del 150% de la ración dietética recomendada (RDA), la cual excede en mucho las necesidades fisiológicas, por lo que deben ser usados únicamente para tratamiento de cuadros carenciales. 1.3.2.

Sales minerales

Fuentes. Casi todos los alimentos proporcionan cantidades importantes de alguno de los elementos minerales. Sin embargo, las grasas y azúcares prácticamente no las contienen y las harinas y cereales altamente refinados los contienen en cantidades muy bajas. Existen alimentos que son especial-

mente notables en lo que respecta al suministro de algunos minerales. Tal es el caso de los productos lácteos en relación al calcio y al fósforo, por ejemplo. Funciones. Las sales minerales desempeñan tres funciones generales: estructural, reguladora y otras específicas. Función estructural. Algunos minerales como el cobre, cinc y magnesio, intervienen en la composición del tejido conectivo, que constituye la sustancia intercelular, por lo que se encuentra ampliamente distribuido en el organismo. Es de especial importancia en huesos, dientes, cartílagos, piel y vasos sanguíneos, estructuras que resultan afectadas poruña deficiencia de aquellos minerales. En los tejidos duros (huesos y dientes) el tejido conectivo sirve como matriz para el depósito de fósforo, calcio y floruro, responsables de la dureza de esos tejidos. Calcio y fósforo mineralizan huesos y dientes al formar cristales de hidroxiapatita, en tanto que el fluoruro lo hace al formar cristales de fluroapatita. El fósforo, por otro lado, forma parte de los fosfolípidos, los que conjuntamente con proteínas constituyen la unidad de membrana, por lo que no sería posible integrar la estructura celular sin la intervención de aquél. El azufre, igualmente, entra en la composi-

ción de cisteína y metionina, aminoácidos indispensables para la síntesis de proteínas estructurales, tal como la queratina, responsable fundamental de la estructura de la piel y sus anexos. Función reguladora. Además de regular el metabolismo energético, los minerales regulan el equilibrio hidroelectrolítico y el ácido básico. La regulación del metabolismo la ejercen interviniendo en la función de enzimas. El hierro es parte del grupo hemo de los citocromos, enzimas de la cadena respiratoria, que intervienen en la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas. El fósforo es parte de coenzimas tales como NAD + , NADP* y FAD, necesarias para la actividad de oxidorreductasas implicadas en el metabolismo de los principios inmediatos. Otros minerales no intervienen directamente en la estructura de enzimas pero sí son cofactores de las mismas, tal es el caso de: magnesio, manganeso, calcio, cinc, cobre, selenio y molibdeno. El magnesio en particular tiene un papel importante en el funcionamiento de las cinasas, enzimas que catalizan reacciones en donde se transfieren grupos fosfatos, implicando la síntesis o degradación de ATP. El yodo y el cinc intervienen en el funcionamiento hormonal. El primero forma parte de las hormonas tiroideas, que aceleran la utilización periférica de los carbohidratos y con ello incrementan el metabolismo basal. Por otro lado el cinc es necesario para la actividad biológica de la insulina que regula el metabolismo de las cadenas hidrocarbonadas al activar o inhibir enzimas implicadas en esas vías. En general se trata de una hormona anabólica en relación con las proteínas, las grasas y el glucógeno, que acelera además, el consumo de glucosa. Así pues, los elementos minerales no son nutrimentos energéticos pero, tal como ha quedado claro en su función reguladora, son esenciales para la obtención de energía. La regulación del equilibrio hidroelectrolítico corre a cargo sobre todo del cloro y el

sodio. Ambos modifican el volumen de los diferentes compartimientos orgánicos al variar su tonicidad, propiedad que tiene que ver con la presión osmótica ejercida por estos minerales. En la regulación del equilibrio ácidobase intervienen: fósforo, sodio, cloro y potasio. Los dos primeros porque entran en la composición de sistema amortiguador de fosfatos (Na 2 HP0 4 / NaH 2 P0 4 ). El cloro y el potasio por su capacidad para intercambiarse por bicarbonato e hidrogeniones respectivamente. A pesar de todo, la regulación ácidobase está fundamentalmente a cargo de sustancias que no son consideradas dentro de los elementos minerales como son los iones hidrógeno y bicarbonato. Funciones específicas. Podemos mencionar al papel que juegan los minerales en la eritropoyesis y la coagulación de la sangre, el crecimiento y la reproducción, la actividad de nervios y músculos y el transporte de gases a través de membranas. En la eritropoyesis intervienen el hierro, el cobre y el cobalto. El hierro por ser indispensable para la biosíntesis de hemogrlobina, pues forma parte estructural del grupo hemo. El cobre por intervenir en la absorción intestinal del hierro así como en su movilización a partir de los depósitos orgánicos del hígado, y el cobalto por formar parte de las vitamina B12 que participa en la síntesis de ácidos nucleicos y por lo tanto en la formación de los eritrocitos en la médula osea. El calcio interviene en la coagulación de la sangre al participar en la conversión de protrombina a trombina y de fibrina laxa a fibrina compacta. El cinc y el yodo participan en el crecimiento y la reproducción, este último por formar parte de las hormonas tiroideas. Los minerales que tienen que ver con la actividad de fibras nerviosas y musculares son: sodio, potasio, calcio, magnesio y cobre. Los dos primeros intervienen en la depolarización y repolarización de la membrana ce-

hilar al variar sus concentraciones a uno y otro lado de la misma. El calcio interviene en la transmisión de impulsos eléctricos y en la contracción muscular por la propiedad que tiene de modificar la permeabilidad de la membrana celular. El cobre participa en la actividad nerviosa porque es componente de los fosfolípidos que oonstituyen las vainas de mielina que rodean los axones. El sodio y el calcio participan en el transporte a través de las membranas. El primero es necesario para el paso de glucosa y aminoácidos a través de las células epiteliales del intestino delgado y el segundo lo es igualmente para la absorción de la vitamina B

12-

Cantidad y calidad. Al igual que las vitaminas, los elementos minerales se requieren en cantidades muy pequeñas para el funcionamiento orgánico. Se pueden almacenar, pero no sintetizar en el organismo, por lo que su ingesta resulta obligatoria en la dieta a fin de evitar cuadros carenciales. Se trata pues de nutrimentos esenciales. Su cantidad corporal es muy variable y se utiliza como parámetro para establecer una línea de demarcación entre ellos, pues los que se encuentran en cantidad mayor al 0.005% del peso corporal se denominan macronutrimentos. Por abajo de esa cantidad son llamados micronutrimentos, elementos vestigio o elementos traza. Las RDA de los elementos minerales se calculan generalmente tomando en cuenta la cantidad perdida por el organismo. Las RDA son sin embargo superiores a las pérdidas porque debemos tener en cuenta que no todo lo ingerido se absorbe y es utilizado por el cuerpo. Es más, la absorción de ellos rara vez está por arriba del 25%. De este modo la Junta de alimentación y nutrición (FNB) ha determinado raciones dietéticas diarias recomendadas para calcio, fósforo, magnesio, hierro, cinc y yodo. Para el resto de los minerales existen sólo aportes diarios considerados adecuados y seguros por care-

cer de suficiente información para determinar sus RDA. En general los macronutrimentos se ingieren en cantidades diarias por arriba de 100 mg y los micronutrimentos por abajo de esta cifra. En la Tabla 1.16 se ofrece una síntesis de la información más importante acerca de los minerales del organismo. 1.3.3

Agua

Fuentes. Las necesidades orgánicas de agua se satisfacen a partir de tres funciones: Agua contenida en los alimentos líquidos (leche, vinos, zumos de frutas, etc.), incluyendo la que se ingiere como tal. Agua contenida en los alimentos sólidos, la mayor parte de los cuales no son tan "sólidos", pues contienen agua en un alto porcentaje (ver Tabla 1.17) por lo que sin exageración más que comerlos, los "bebemos". Agua que se produce en el organismo como resultado de la oxidación de los alimentos ingeridos (Tabla 1.18). En este sentido podemos especificar las cantidades de ella que se obtienen a partir de 100 g de cada uno de los principios inmediatos. Las diferentes cantidades hídricas aportadas dependen del estado de oxidación del nutrimento. Ambos se relacionan en razón inversa. Funciones. Se comporta como lubricante al entrar en la composición de secreciones diversas como la saliva y las secreciones mucosas de los tractos gastrointestinales, respiratorio y genitourinario. Como componente de la saliva permite la deglución y como componente de las secreciones mucosas gastrointestinales facilita el movimiento de los nutrimentos digeridos a lo largo de tal tracto. Interviene en reacciones de hidrólisis enzimáticas incluidas las de digestión química de los nutrimentos. Interviene en la absorción de los nutrimentos digeridos al disolverlos, sirviendo

de vehículo para su paso de la luz intestinal a la circulación mesentérica. Por la misma razón, interviene en el transporte de los nutrimentos absorbidos hasta las células y en el de los desechos metabólicos de éstas hasta los órganos excretores. Cómo es el principal componente de los fluidos corporales y disuelve la mayor parte de las sustancias del organismo, proporciona el medio ideal para que se lleven a cabo las reacciones metabólicas que permiten las funciones vitales de las células. Debido a que pequeños volúmenes de agua pueden absorber grandes cantidades de calor y a su elevada conductividad térmica es el líquido ideal para distribuir uniformemente en todo el organismo el calor resultante de las oxidaciones biológicas, con lo que evita sobrecalentamiento de los tejidos más activos metabólicamente. Asimismo participa en la eliminación de calor corporal, pues gran parte del que pierde el organismo en 24

horas se elimina por medio de los pulmones y la piel a través de las denominadas pérdidas insensibles de agua. Cantidad y calidad. Desde un punto de vista cuantitativo el agua es el componente más importante del organismo humano. En el feto constituye más del 90% de su peso corporal y en el adulto oscila entre 50-60% según sexo y complexión. Se pierde ordinariamente por riñon (orina), pulmón y piel (evaporación) y tubo digestivo (heces) (Tabla 1.19). Tales pérdidas deben ser repuestas, en promedio, proporcionado en la dieta 1 mi de agua por caloría ingerida, para el adulto y 1.5 ml/Cal para el niño.

1.4 GASTO CALÓRICO O ENERGÉTICO Las calorías que un individuo necesita en 24 horas, dependen del gasto energético en

el mismo periodo de tiempo, de tal manera que se da lugar a un equilibrio dinámico entre el gasto y el aporte de energía en un lapso temporal dado. Como el primero determina al segundo, veremos los factores que ocasionan el gasto de calorías. El gasto energético de un individuo depende de varios factores: metabolismo basal, actividad física y efecto térmico de los alimentos. Los valores son expresados en kilocalorías (1 kcal = cantidad de calor necesario para aumentar de 15 a 16°C la temperatura de un Kg de agua). En nutrición se acostumbra representarla como Cal = 1,000 cal. 1.4.1

Metabolismo

basal

Se refiere como el nivel mínimo de gasto de energía para el mantenimiento de la vida estando el organismo en condiciones básales. Esta energía mantiene los signos vitales, tono muscular, funciones renal y glandular y Tabla 1.20 Valor calórico de los nutrimentos

otras más que son necesarias para conservar la vida. La tasa metabólica basal (TMB) se expresa en Cal/m 2 de superficie corporal/hr y depende en general de la masa corporal metabólicamente activa del individuo. Como ésta puede variar por una serie de factores, el metabolismo basal será diferente de persona a persona. Dentro de los factores que influyen sobre el metabolismo basal tenemos: Superficie corporal. Depende del peso y la talla del individuo y es directamente proporcional al metabolismo basal, lo cual quiere decir que éste es más elevado en individuos pequeños y es menor en sujetos de mayor tamaño, en términos relativos. Edad. El metabolismo basal varía en razón inversa a la edad. Desde el nacimiento se incrementa hasta la edad de 2 años, a partir de la cual disminuye hasta la vejez, con un ligero aumento en la etapa de la adolescencia. Sexo. Las mujeres tienen un metabolismo basal menor que el de los hombres, hecho que se observa claramente a partir de la adolescencia edad en que el metabolismo basal de las mujeres empieza a disminuir mucho más rápidamente que el de los hombres. Se debe a que las mujeres presentan más tejido adiposo (con baja actividad metabólica) y menos tejido muscular (metabólicamente más activo) que los hombres (ver Tabla 1.21). Temperatura corporal. Es directamente proporcional al metabolismo basal. Esto

Tabla 1.21. Tasa metabólica basal, según edad y sexo

quiere decir que en la hipertermias el metabolismo basal es alto y en las hipotermias bajo. Lo anterior tiene que ver con la capacidad que tiene la temperatura para modificar la velocidad de las reacciones químicas. Estado de nutrición. En los estados de malnutrición tipo II el metabolismo basal se encuentra bajo. La razón es la pérdida de masa corporal metabólicamente activa propia de estos estados. Enfermedades. Aquellas enfermedades que aumentan la actividad celular incremen-

tan el metabolismo basal. Dentro de ellas tenemos como ejemplo los síndromes febriles. Cada grado centígrado de aumento en la temperatura corporal con respecto a lo normal representa un incremento del 12% del metabolismo basal. Efectos hormonales. Las hormonas afectan el metabolismo basal en la medida en que intervienen en la regulación del metabolismo en general y por lo tanto en la tasa de producción de calor. A este respecto existe una hormona con efectos muy marcados: la

tiroxina que eleva el metabolismo basal, por lo que éste se encuentra alto en el hipertiroidismo y bajo en el hipotiroidismo. Para determinarlo es necesario que el individuo cumpla con ciertas condiciones: El paciente no deberá haber ingerido alimento alguno durante las 12 horas anteriores a la prueba, esto se hace con el fin de evitar el gasto de energía debido a la absorción de nutrimentos por lo que el sujeto debe estar en un estado de pos-absorción. Reposo físico y mental inmediatamente antes de practicar la prueba. Habitualmente se hace que el sujeto permanezca acostado media hora antes de realizar la prueba, con el fin de evitar gasto de energía atribuible a actividades físicas y mentales. Decúbito dorsal durante la prueba. Se prefiere esta posición porque es en la que la mayor parte de los músculos permanecen relajados, evitando así gasto de energía atribuible a contracciones musculares presentes en otro tipo de posiciones. El sujeto debe haber dormido un periodo normal antes de efectuar la prueba. Se hace con el fin de garantizar el reposo físico y mental anterior a la determinación. El paciente debe estar despierto durante la prueba, con el fin de evitar movimientos y sueños que se presentan durante el dormir y que representan un gasto de energía extra. La temperatura del medio debe ser entre 20-25°C. Es bien sabido que la temperatura del exterior afecta la producción y por lo tanto el gasto de energía en el organismo. En clima frío el organismo se ve precisado a producir mayores cantidades de energía porque ésta se pierde más fácilmente por irradiación. Como ya fue mencionado al hablar de la función energética de los nutrimentos, toda la energía que el organismo produce y utiliza a partir de las oxidaciones biológicas en 24 horas, es finalmente transformada en calor. Entonces, al medir la producción de éste en un individuo en las condiciones básales enumera-

das anteriormente, se determina el metabolismo basal. Sin embargo, tal medida ya no se efectúa directamente (calorimetría directa), sino a través de la cuantificación del oxígeno consumido en las mencionadas oxidaciones biológicas (calorimetría indirecta). En la actualidad está claramente establecido que cada litro de oxígeno consumido por el organismo representa una producción de calor de 4.825 Cal. A partir de esta premisa ya es posible investigar el metabolismo basal, para lo cual se siguen los siguientes pasos: Se mide el consumo de oxígeno durante 2 periodos de 6 minutos en condiciones básales. Los datos obtenidos se corrigen para expresarlo en condiciones estándar de presión y temperatura pues es bien sabido que ambos factores afectan el volumen de los gases. Se promedian los datos ya corregidos y el resultado se multiplica por 10 con el fin de obtener el consumo de oxígeno correspondiente en una hora. El resultado se multiplica por 4.825 que es como ya se dijo, la cantidad de calorías producidas en el organismo al consumir un litro de O2. Con esto se obtiene la producción de calor en Cal/hora. El resultado se multiplica por 24 para obtener las Cal/24 horas. Ejemplo: Un hombre de 40 años de edad, con una estatura de 1.70 m y un peso de 70 kg consume un promedio (en dos periodos de 6 minutos cada uno) de 1.4 litros de oxígeno (corregido a presión y temperatura estándar). Su metabolismo basal será: lo.- 1.4 1 de 02 en 6 minutos x 10 = 141 O2/6O minutos. 2o.- l l d e 0 2 : 4 . 8 2 5 C a l : 1 4 l 0 2 x C a l R = 67.55 Cal/h x 24 = 1621.2 Cal/día. En la actualidad las pruebas de funcionamiento tiroideo han sustituido a la calorimetría indirecta, por ejemplo la determinación de yodo ligado a proteínas (PBI) y de Tj que indican la cantidad de tiroxina circulante. Aunque estos métodos no cuantifican el meta-

bolismo basal, sí lo revelan como un índice normal o anormal. Sin embargo, tanto la calorimetría indirecta como las pruebas de funcionamiento tiroideo, aunque son métodos exactos, exigen la participación de personal especializado. Para fines prácticos existen métodos para determinar el metabolismo basal basados en información existente en la literatura. Describiremos a continuación uno de ellos. Mediante el uso de nomograma de la Fig. 1.4. se traza una línea que una el peso y la talla del individuo problema y por extrapolación se obtiene su superficie corporal. En el ejemplo que dimos anteriormente la superficie corporal es de 1.80 m2. Determinada la superficie corporal, se calcula la tasa metabólica basal para lo cual se consulta la Tabla 1.21, en donde es posible obtener el dato en kcal/m2/min, a partir de la edad y el sexo del individuo. En nuestro ejemplo el resultado es de 0.6083. Al multiplicarlo por 60 obtenemos 36.49 Kcal/m2/h y al multiplicarlo por 24, obtenemos 875.76 Kcal/m2/día. 3o. Si se multiplica este resultado por la superficie corporal total (1.80 m 2 ), se obtienen 1,576.36 Kcal/día, que es el gasto de energía atribuido al metabolismo basal. 1.4.2. Actividad física Comprende los gastos energéticos debidos al trabajo muscular que el individuo realiza para efectuar actividades diarias. Estos gastos incrementan los debidos al metabolismo basal hasta en un 600-800% dependiendo de la intensidad y duración del esfuerzo físico. De aquí que la actividad física vaya desde muy ligera hasta muy pesada, de acuerdo con la energía que se consuma al efectuarla, (ver Tabla 1.22). Para calcular el gasto de la energía por actividad física se pueden utilizar tablas que indican el gasto energético en Kcal/kg/min.

Figura 1.4 Nomograma para calcular la superficie corporal a partir del peso y la talla.

y luego multiplicar este factor por el peso del individuo y el tiempo en que se realizó determinada actividad. Sin embargo, una

manera más práctica y sencilla sería considerar un incremento del 30% sobre el requerimiento basal para una actividad leve (sedentario), 40% para una actividad moderada y 50% para actividad intensa como se anota en Tabla 1.22. 1.4.3 Efecto térmico de los alimentos Después de ingerir alimentos se observa un aumento en la producción de calor por parte del organismo que alcanza un máximo en aproximadamente una hora y desaparece en aproximadamente cuatro horas. Esto se conoce como efecto térmico o calorígeno de los alimentos o termogénesis inducida por la dieta (antes acción dinámica específica).

Cada nutrimento energético tiene un efecto térmico específico cuando se ingiere en estado puro (proteínas 30%, lípidos 13% y carbohidratos 5 %). Sin embargo, en una dieta normal no se ingieren nutrimentos en estado puro sino mezclas de ellos. El efecto calorígeno de las proteínas disminuye considerablemente cuando éstas son ingeridas combinadas con carbohidratos y lípidos. En general, mientras mayor sea la cantidad de grasas presentes en la dieta, más disminuirá el efecto térmico. Se acepta comúnmente que la dieta mixta tiene una acción calorigénicadel 10%. El sabor juega un importante papel en el número de calorías "quemadas" por termogénesis. Una comida apetitosa produce más termogénesis que una insípida. Especias co-

Tabla 1.22 Ejemplos de actividades físicas según el grupo que les corresponde Leve (1.2-4.9)

Moderada (5.0-7.4)

Intensa (7.5-18)'

Estar acostado despierto Estar sentado Manejar Mecanografiar Coser Planchar Tocar piano Caminata ligera Ir de compras Sastrería Trabajo de laboratorio Trabajo de restorán Jardinería Zapatero Lavar ropa Trabajo doméstico Golf Billar

Caminata moderada Boliche Voleibol Bailar Fregar pisos Enjalbegar Escarbar Azadonar Cargar bultos Mecánico Minería Peón Ciclismo Patinaje Tenis

Caminar cuesta arriba Correr Talar árboles Trabajar con pico y pala Basquetbol Natación Montañismo Fútbol Atletismo Remar Equitación Lucha Esquí Subir escaleras Carrera de medio fondo

* Los valores entre paréntesis se dan en Kcal/min. Tabla modificada de: L.W. Scheider, Nutrición, Conceptos básicos y Aplicaciones pág. 517, Me GrawHill de México, 1985, con la gentil autorización del editor.

mo mostaza y chile pueden incrementar la termogénesis hasta un 25 %. Ejemplo: Si consideramos los tres factores que influyen en el gasto energético diario: Requerimiento basal Actividad leve Actividad moderada Actividad intensa Termogénesis

: : : : :

24 kcal/kg/día +30% del basal + 40% del basal +50% del basal + 10% del Total

Para un individuo de 70 kg de peso con una actividad moderada, su requerimiento energético diario será: Requerimiento basal : 1,680 kcal Actividad física : 672 kcal Termogénesis : 235.2 kcal 2,587.2 kcal El embarazo y la lactancia imponen requerimientos energéticos adicionales. Durante el segundo y tercer trimestre del embarazo se requieren 300 kcal/día adicionales. Durante la lactancia se requieren 500 Kcal/día adicionales. Así, para que un individuo adulto normal conserve su equilibrio calórico, la energía gastada debe ser repuesta en igual proporción por aquella contenida en los nutrimentos energéticos.

1.5 APORTE CALÓRICO DE NUTRIMENTOS ENERGÉTICOS Los carbohidratos, los lípidos y las proteínas, en ese orden, son los nutrimentos que proporcionan el aporte calórico necesario en 24 horas. Sin embargo, su contribución al mismo varía de país a país, de acuerdo con el nivel de vida, las costumbres y los hábitos alimenticios. Por ejemplo, en Norteamérica los carbohidratos proporcionan el 46% de la ingestión calórica total por día, los lípidos el

36% y las proteínas el 18%. En Argentina, las cifras son 50%, 35% y 15%, para carbohidratos, lípidos y proteínas respectivamente, y en España es de 60%, 25% y 15% en el mismo orden. En México, la recomendación sería utilizar valores de 60%, 25% y 15%, respectivam e n t e , aunque en la realidad nuestra población consume menos de 15% en proteínas. (Figura 1.5). Las calorías suministradas por carbohidratos, lípidos y proteínas pueden ser transformadas a gramos por medio de sencillas operaciones si consideramos los factores proporcionados en la Tabla 1.20. Una vez que se tienen las cantidades (en gramos) de nutrimentos de una dieta adecuada es necesario ver en qué alimentos están contenidos, para lo cual hay que consultar tablas que indiquen el valor calórico y nutritivo de los alimentos, con el fin de indicar las cantidades necesarias de ellos, en tal dieta.

1.6 PRESCRIPCIÓN Y REALIZACIÓN DEL RÉGIMEN ALIMENTARIO Alimentación equilibrada es la ingestión en proporciones adecuadas de los nutrimentos necesarios para conservar la salud. Hem o s indicado que la ingestión de los nutrimentos (incluidos los energéticos y por lo tanto las calorías) depende del gasto que de ellos realicen los individuos. Igualmente ya se han discutido los gastos de nutrimentos en 24 horas, así como las raciones dietéticas recomendadas de los mismos para recuperar tales gastos en ese periodo de tiempo. Como los nutrimentos se encuentran contenidos en los alimentos y es así como se ingieren, será necesario expresar aquéllos en términos de estos últimos a fin de recomendar una alimentación equilibrada. Aquí se darán algunas indicaciones en ese sentido.

1.6.1 Prescripción del régimen Consiste en expresar cuantitativamente las necesidades de nutrimentos energéticos y no energéticos, lo que el médico lleva a cabo utilizando la "fórmula sintética de la alimentación", que consta de cuatro fases: expresar el valor calórico y plástico, el valor vitamínico, el valor mineral e hídrico y los caracteres del régimen. Valor calórico y plástico. Se indica la cantidad de calorías y por lo tanto de carbohidratos, lípidos y proteínas, poniendo especial énfasis en estas últimas. Las calorías necesarias constituyen el valor calórico total (VCT) y éste se determina a partir de los factores que ocasionan gasto de energía en el individuo: metabolismo basal, actividad física y efecto térmico de los alimentos como ya quedó estipulado en el

punto 1.4. Una vez determinado el VCT (3,000 calorías en nuestro ejemplo) se procede, a partir de ello, a calcular las cantidades necesarias (en gramos) de carbohidratos, lípidos y proteínas, para lo cual hay que indicar las calorías que deben aportar tales nutrimentos en base al porcentaje del VCT que les corresponde satisfacer, por ejemplo, 60,25 y 15 respectivamente. VCT - 3,000 Cal. Carbohidratos: 60% del VCT = 1,800 Cal. Lípidos: 25% del VCT = 750 Cal. Proteínas: 15 % del VCT - 450 Cal. Para llevar a gramos las calorías correspondientes a cada nutrimento basta recordar que el organismo obtiene, en números enteros, 9, 4 y 4 calorías al oxidar 1 gramo de lí-

pidos, carbohidratos y proteínas, respectivamente. Esto se lleva a cabo entonces de la siguiente forma: „ . ... 1,800 Cal. Carbohidratos: = 450 g. 750 Cal. r i ., Lípidos: = 83 g. _, , 450 Cal. Proteínas: = 112g. Con respecto a la cantidad de proteínas es necesario observar que esta manera de calcularla puede conducir en ocasiones a errores de magnitud considerables, sobre todo cuando el valor calórico total se indica para dietas reductivas. Si por ejemplo, el VCT prescrito es de 1,300 Cal. (frecuentemente en el tratamiento de obesidad) y a las proteínas les corresponde el 15% (195 Cal.) la ingesta de las mismas sería tan solo de 48.7 g/día, cantidad del todo insuficiente. Debido a ello se recomienda en estos casos, calcular el aporte proteico a razón de 1 g/kg/día para el adulto y el resto del VCT proporcionarlo con carbohidratos y lípidos. Valor vitamínico. En caso de que no sea necesario un aporte extra o una limitación en la ingesta de una o varias vitaminas este rubro sólo se indicará como normal, con lo cual se asume que con los alimentos que seleccionará la dietista se cubrirán las raciones dietéticas recomendadas de estos nutrimentos. Valor mineral e hídrico. Se procede de la misma manera que en el caso anterior. Si no se indica este valor como normal, el médico deberá especificar el aporte extra del mineral (hierro, por ejemplo, en el caso de mujeres embarazadas) o bien la limitación de la ingesta (sodio, por ejemplo, en el caso de personas con edema). Caracteres del régimen. Tiene que ver con los aspectos cualitativos de ia dieta como son: consistencia (líquida, blanda, etc.),

cantidad de residuos y distribución de las comidas (número y horario de las tomas. Así pues, el régimen prescrito por el médico podría quedar de la siguiente forma: VCT = 3,000 Cal Carbohidratos = 450 g. Lípidos = 83 g. Proteínas = 112g. Vitaminas = cantidad normal Minerales y agua = cantidad normal Distribución - 3 comidas

2.6.2

Realización

del

régimen

Consiste en transformar en alimentos los nutrimentos prescritos por el médico. Se lleva a cabo en tres fases: elección de los alimentos, elaboración de la lista diaria de alimentos y sus cantidades y elección de las formas de preparación. Elección de los alimentos. La dietista selecciona los alimentos en base a la fórmula sintética elaborada por el médico y teniendo además en cuenta factores personales (gustos), familiares (costumbres), culturales (cultura alimentaria), sociales (disponibilidad de alimentos) y económico (poder adquisitivo). Elección de la lista diaria de alimentos y sus cantidades. Una vez seleccionados los alimentos se enlistan y se especifican las cantidades de los mismos que van a ser ingeridos diariamente, tomando en consideración su composición de nutrimentos. Para ello es necesario consultar tablas de análisis bromatológicos de los alimentos de mayor consumo en el país. En el caso de México se recomiendan las elaboradas en el Instituto Nacional de la Nutrición. Las cantidades pueden expresarse por el sistema de "pesada" usando instrumentos de medida tales como balanzas o recipientes de capacidad conocida o bien por el sistema de "raciones", en cuyo caso se indican los volúmenes

y tamaños bien definidos, como platos, tazas, rebanadas, etc. (Ver Tabla 1.23). Formas de preparación. Se refieren al proceso a que deben ser sometidos los alimentos antes de ser ingeridos (prediges-

tión). Tienen como objetivo ablandar tejidos, desnaturalizar proteínas y mejorar el sabor de los alimentos, e incluye, entre otros procedimientos: hervido, frituras, calor seco, calor húmedo, papillas, etc.

Tabla 1.23 Ejemplo de contenido en gramos de proteínas, carbohidratos y lípidos de un menú* Desayuno Café con leche: 1 taza (240 mi leche, 2 cuch. azúcar y café) Bolillo (70 g) Plátano (100 g) Subtotal:

Proteína

Carbohidratos

Lípidos

8.4 5.9 1.4

18 43 22

9.5 2.2 0.3

15.7

83

12.0

15 4

9.7 10.2

142 18 30

5.4 0.3 0.0

35.6

209

25.6

11.3

49

38.8

8.4 3.2

18 21

9.5

22.9 74.2

88 380

52.1 89.7

Comida Sopa de pasta: 1 plato (300 mi) (20 g pasta, 10 g aceite, 20 g jitomate 2.0 Guisado de carne 10.0 (50 g carne, 50 g verduras) Tortillas =10 piezas medianas (30 g) 17.7 Frijoles de la olla = 1 plato (30 g) 5.8 Agua de limón = 3 vasos 0.1 (10 g azúcar por vaso) Subtotal: Cena: Quesadillas con rajas fritas = 3 pzas. (3 tortillas, 10 g cebolla, 50 g chile poblano, 30 g aceite, 30 g queso) Café con leche = 1 taza Pan dulce = 1 pieza (35 g) Subtotal: TOTAL:

Fuente: Morales de León, Josefina C. Las proteínas. Cuadernos de Nutrición, Oct. Dic. Pág. 13-16, México, 1981. Bourges, H. Los hidratos de carbono. Cuadernos de Nutrición, Abr. Jun. pág. 33-38, México, 1982. Bourges, H. Los lípidos. Cuadernos de Nutrición. Ene-Marzo, pág. 33-39, México 1982. * Menú preparado y calculado por la Lie. Patricia Calderón. Este menú representa un aporte de energía de 2 624.1 kcal., corresponde a 57.9% de carbohidratos, 30.7% de lípidos y 11.3% de proteínas. El mismo menú con leche descremada en lugar de leche entera aporta 2,456.7 kcal. (62% carbohidratos, 26% de lípidos y 12% de proteínas).

PRINCIPIOS BIOQUÍMICOS DE NUTRICIÓN "El hombre es lo que come" "Der mensch is was er isst" Ludwing Feverbach (18041872) «

1.1 INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS GENERALES Los términos nutrición, alimentos y alimentación se remontan al origen de los primeros organismos biológicos. Las teorías actuales plantean que las biomoléculas que integraron a los primeros seres vivos se sintetizaron afuera de ellos y previamente a su existencia. Es decir, hubo una época de síntesis "exterior" de las primeras proteínas, algunas con propiedades enzimáticas, y moléculas de ATP capaces de acumular energía química potencial; esto quizá continuó hacia la síntesis de nucleótidos. Bajo la acción del ATP y las enzimas, los primeros nucleótidos integraron las primeras moléculas de DNA y RNA. La lucha por el alimento, o sea, la incorporación de energía química potencial acumulada en moléculas, se inició hace 3,200 millones de años con la existencia de la primera célula, la cual necesitaba alimento para subsistir. En aquel entonces el alimento se sintetizaba en el medio que rodeaba la célula. Se trataba de una situación ideal, quizás el "paraíso bíblico", puesto que las primeras células no dependían de otros organismos para obtener la energía química necesaria para subsistir.

Sin embargo, llegó el momento en que las células se reprodujeron demasiado aprisa y acabaron con las moléculas alimenticias puesto que las digerían más aprisa que la capacidad del medio para sintetizarlas. Sólo quedaban en el medio bióxido de carbono, agua, oxígeno y nitrógeno, que no podían servir de alimento puesto que no poseen energía química potencial. Las células tuvieron que arreglárselas para incorporar energía a estas moléculas y sintetizar en el "interior" aquellas grandes moléculas que antes les ofrecía el medio. Para ello recurrieron al proceso de fotosíntesis hace 1,700 millones de años. Antes de que existieran las células fotosintéticas la atmósfera terrestre estaba casi desprovista de oxígeno; éste se fue acumulando al incrementarse el número de células fotosintéticas. Al no haber ya grandes biomoléculas en el océano primitivo algunas células resolvieron su problema de alimentación por medio del parasitismo; otras optaron por alimentarse de los restos de los cadáveres de otras células y se constituyeron en saprofitas. Algunas, más agresivas, decidieron comerse vivas a otras células y aparecieron las primeras formas de canibalismo celular, que persisten hasta la fecha.

Como puede verse, la nutrición de un sistema biológico después de la fotosíntesis constituye un proceso de transferencia de energía, de orden molecular, de entropía negativa. Desde este punto de vista existen tres tipos de células: las productoras, las consumidoras y las desintegradoras. Las células productoras, son aquellas que sintetizan compuestos complejos de carbono a partir de energía solar, bióxido de carbono y agua, son también llamadas células autotróficas porque pueden alimentarse a sí mismas. Entre estas células se encuentran muchas bacterias, algas y plantas. Las células consumidoras son las que obtienen energía de las células productoras; son también llamadas células heterotróficas. Así, las células consumidoras se alimentan de las células productoras o de sus productos y, desde el punto de vista biológico, son parásitas. Todas las células que integran a los animales, incluyendo al hombre, son células consumidoras parásitas. Las células desintegradoras corresponden a aquellos hongos y bacterias que se alimentan de los cadáveres de las células consumidoras, son también consideradas células heterotróficas. La supervivencia de los animales depende de la existencia previa de células capaces de sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica y células capaces de transformar energía radiante en energía química. Los seres humanos quizá por haber sido los últimos en aparecer durante el proceso de la evolución, al llegar a la tierra nos encontramos por así decirlo, con la "mesa puesta". Sin embargo, al mismo tiempo nos llegaron las condenas bíblicas: "ganarás el pan con el sudor de tu frente" y "polvo eres y en polvo te convertirás". Ambas significan que todo organismo vivo, incluyendo el humano, tienden al desorden termodinámico (entropía"), al equilibrio, al caos, a la muerte. La segunda de las condenas bíblicas mencionadas está contenida en la segunda ley de la termodinámica:

"todo proceso en el universo tiende a la máxima entropía", esta ley constituye la primera fuerza motora de los procesos energéticos. Los alimentos ingeridos representan sustancias con alto contenido de energía libre y baja entropía. El organismo vivo, para mantenerse como tal, necesita un aporte constante de alimentos (primera condena) que se oponen a la tendencia al desorden y que permiten a la célula mantenerse en un estado estacionario (vivo). Para mantener el estado estacionario, un sistema orgánico debe tener la capacidad de utilizar la energía potencial del alimento para llevar a cabo dos funciones: al mismo tiempo producir trabajo y autorrepararse. Ahora bien, los sistemas biológicos no incorporan cualquier forma de energía para mantener el estado estacionario. No pueden alimentarse de energía radiante, ni gravitacional, ni de energía eléctrica como el monstruo de Frankenstein sino de energía química (orden, entropía negativa) contenida en los alimentos. Según esto, los vegetales capturan el orden, los animales se lo apropian. La mayor parte de las especies animales trabaja para obtener alimento. Sólo el hombre trabaja para adquirir lo superfluo. Si bien es cierto que unos pocos viven para comer, la totalidad tiene por fuerza que comer para vivir. El hambre en las sociedades que la padecen significa aumento de entropía, caos y equilibrio. Para algunos seres humanos privilegiados comer es satisfacer el apetito, pero la mayoría busca en la comida simplemente espantar el hambre.* / . / . / Nutrición El proceso de la nutrición definido como la utilización de los alimentos por los orga* Los conceptos vertidos en esta introducción fueron autorizados por editor y autor de "Orden y Caos", Eduardo Césarman, Editorial Diana, S.A., págs. 2814, México, 1982.

nismos vivos, es un proceso claramente bioquímico. No obstante, la nutrición es un tema controvertido; en parte porque la bioquímica tiene tendencia a estudiar rutas metabólicas como si fuesen universales y se olvidan de la variabilidad humana: "no hay dos personas que utilicen los nutrimentos de la misma manera". Hay que estar conscientes de que los conocimientos sobre nutrición provienen de estudios en animales. La utilización de presos "voluntarios" para la experimentación nutricional ha quedado atrás. La nutrición es un concepto que puede definirse desde dos puntos de vista: como ciencia y como proceso. El consejo de Alimentación y Nutrición de la Asociación Médica Americana en 1966 se encargó de definir la nutrición de la siguiente manera: "Es la ciencia de los ali-

mentos, de los nutrimentos y de otras sustancias que éstos contienen; su acción, interacción y equilibrio en relación con la salud y la enfermedad; los procesos por los cuales el organismo ingiere, digiere, absorbe, transporta y utiliza las sustancias alimenticias y elimina sus productos finales. Además, la nutrición está estrechamente relacionada con los aspectos sociales, económicos, culturales y psicológicos de las formas de alimentación". El estado nutricional es la condición de salud de un individuo influido por la utilización de los nutrimentos. Definida como proceso, la nutrición incluye un conjunto de funciones cuya finalidad primaria es proveer al organismo la energía y los nutrimentos necesarios para el mantenimiento, reparación y crecimiento de los tejidos. Tal proceso se esquematiza en la Figura 1.1.

Figura 1.1 El proceso de la nutrición

La nutrición es un proceso muy complejo que va de lo social a lo celular y en términos generales se puede definir como el conjunto de fenómenos mediante los cuales se obtienen, utilizan y excretan las sustancias nutritivas. En esta definición está implícito el concepto de nutrimento que se refiere a la unidad estructural mínima que la célula utiliza para el metabolismo intermedio. Como se ve, el proceso de la nutrición tiene su punto de partida fisiológica en la ingestión de los alimentos disponibles en el medio ambiente por lo que es necesario definir lo que son éstos. 1.1.2

Alimentos

Según el Código Alimentario Argentino, alimento es "toda sustancia o mezcla de sustancias naturales o elaboradas, que ingeridas por el hombre aportan a su organismo los materiales y la energía necesarios para el desarrollo de sus procesos biológicos". No existe un criterio uniforme para clasificar los alimentos; como muestra basta observar las diferencias existentes entre la clasificación de alimentos contenida en los Códigos Alimentarios de Argentina y España (Tablas 1.1. y 1.2.) y las consideradas por el Instituto Nacional de la Nutrición de México y el Departamento de Nutrición de la Secretaría de Salud (Tablas 1.3 y 1.4). 1.1.3

Nutrimentos

Los nutrimentos son las sustancias químicas contenidas en los alimentos y como se dijo antes son la unidad estructural mínima que la célula requiere para el metabolismo orgánico. Clásicamente los nutrimentos se clasifican en carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas, minerales y agua. Sin embargo, desde el punto de vista conceptual

Tabla 1.1 Clasificación de los alimentos según el Código Alimentario Argentino. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Alimentos lácticos Alimentos cárneos y afines Alimentos farináceos Alimentos vegetales Alimentos azucarados Alimentos grasos Bebidas Productos estimulantes y fruitivos Correctivos y coadyuvantes.

Tabla 1.2. Clasificación de los alimentos según el Código Alimentario Español. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Carnes y derivados Aves y caza Pescado y derivados Mariscos (crustáceos y molucos) y derivados Huevos y derivados Leches y derivados Grasas comestibles Cereales Leguminosas Tubérculos y derivados Harinas y derivados Hortalizas y verduras Frutas y derivados Edulcorantes naturales y derivados Condimentos y especias Café y derivados Té y derivados Helados Bebidas no alcohólicas Bebidas alcohólicas

Tabla reproducida de: A. Coraminas y J. Gandarias, Elementos de Nutrición, pág. 60. Editorial Universitaria de Barcelona, España. 1979, con la gentil autorización del editor

Tabla 1.3. Clasificación de los alimentos según el Instituto Nacional de la Nutrición (INN, México) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Cereales Leguminosas y oleaginosas Verduras Frutas Carnes Leches y lacticíneos Huevos Grasas y aceites Azúcares y mieles Alcohol Otros

Tabla 1.4 Clasificación de los alimentos según el Departamento de Nutrición de la Secretaría de Salud, México. 1. Alimentos ricos en Proteínas: Leche. Carnes, huevo, pescado, queso. 2. Frutas y Verduras: Ricos en vitaminas. 3. Cereales: Ricos en energía, vitaminas y minerales. esta clasificación es inadecuada por las siguientes razones. A) No utiliza la unidad estructural mínima; ya que por ejemplo, las proteínas en realidad son polímeros de nutrimentos y no nutrimentos. B) No está basada en un sistema lógico de ordenación, debido a que confiere el mismo nivel de organización química a las diferentes clases de nutrim e n t o s . En este sentido sería necesario iniciar distinguiendo 2 grandes clases de nutrimentos: los

inorgánicos (mal llamados minerales) y los orgánicos y después subdividir a cada una de ellas en los subconjuntos necesarios. C) Las categorías no se basan en el mismo criterio. Así, por ejemplo, mient r a s q u e para unas categorías la agrupación se basa en la estructura química (vgr, hidratos de carbono), para otras la clase responde a razones históricas (ej. vitaminas). D) Por último tampoco posee categorías mutuamente excluyentes; ya que por ejemplo algunas vitaminas son lípidos y por lo tanto pueden ser agrupadas en 2 clases: lípidos y vitaminas, dependiendo del criterio del clasificador. Evidentemente es necesario entonces ensayar una nueva clasificación de nutrimentos. Hipotéticamente existen tantas clasificaciones como criterios; sin embargo, si se trata de buscar una clasificación sistemática, únicamente se cuenta con dos criterios para clasificar a los nutrimentos: el químico y el funcional. El funcional no permite construir categorías mutuamente excluyentes, ya que con frecuencia los nutrimentos cumplen una o más funciones en el organismo. De esta manera el calcio podría ser clasificado como catalítico y como estructural, los aminoácidos tendrían tanto funciones estructurales como energéticas y catalíticas y así sucesivamente. Cabe mencionar que con frecuencia se utiliza un tercer criterio para clasificar a los nutrimentos. Este criterio es el de la esencialidad y se refiere a la capacidad de un organismo determinado para sintetizar o no un nutrimento. Si bien este criterio es muy importante pues en gran medida determina la autosuficiencia o la dependencia de ese organismo del aporte exterior de nutrimentos, no es un criterio utilizable para clasificar a los nutrimentos ya que el atributo en que se basa (dispensabilidad) es una característica del or-

AGUA Y ELECTROLITOS, EQUILIBRIO HIDROELECTROLÍTICO Y ÁCIDO BASE "Antes de fundar a México, los aztecas peregrinaron durante muchos años en el valle de Anáhuac. Una mañana encontraron dos misteriosos envoltorios: uno escondía un trozo de jade; el otro, dos maderos. El jade significa agua y, por extensión, vegetación y abundancia; los dos maderos, al frotarse producen el fuego. La fusión de fuego y agua se convirtió en el emblema de la nación azteca". Octavio Paz

Todas las teorías acerca del origen de la vida coinciden en que ésta se desarrolló en un medio acuoso; por lo tanto, las reacciones enzimáticas, los procesos celulares y subcelulares han evolucionado en dicho medio. Las formas primitivas de vida aparecieron en medio acuoso y la evolución de los organismos dependió de su capacidad para conservar este líquido de manera constante. El protoplasma es una estructura compleja formada por agua, sales inorgánicas y compuestos orgánicos. La composición del ambiente externo varía de modo significativo y las células poseen mecanismos para adecuarse a estas variaciones. Además, los compartimientos intracelulares también tienen diferentes composiciones químicas. La única característica común de los diferentes ambientes es la presencia de agua. El agua constituye el 75 a 85 % del peso de la mayoría de las células.

De todos los componentes de un organismo, el agua es el más abundante. Constituye aproximadamente el 70% del peso total del cuerpo. En general, los tejidos y organismos más jóvenes tienen más agua. En el embrión de rnamífero la proporción de agua es superior a cualquier fase más avanzada de desarrollo, y en el anciano la proporción de agua es mínima (ver Tabla 2.1). El contenido de agua varía en los diferentes tejidos. Los tejidos de vitalidad más intensa son más ricos en agua que los inertes. No obstante que la vida se desarrolló en este planeta gracias a que el agua es abundante y que los organismos la contienen en gran porcentaje, el estudio de ésta se descuidó durante muchos años por considerarla un compuesto inerte. Sin embargo, en los últimos años ha sido objeto de investigaciones y se han logrado correlacionar las propiedades fisicoquímicas del agua con sus propiedades fisiológicas.

Tabla 2.3 Contenido de agua en los diferentes órganos del cuerpo humano Tejido

% de agua en relación al peso de tejido

% de agua en relación al peso corporal

Litros de agua en un individuo de70kg

72.0 75.7 31.0 74.8 68.3 79.2 79.0 82.0 75.8 83.0 74.5 10.0

18.0 41.7 16.0 2.0 2.3 0.5 0.7 0.4 0.2 7.7 1.8 9.0

9.07 22.10 3.45 1.05 1.10 0.28 0.39 0.23 0.11 4.47 0.94 0.63

Piel Músculo Esqueleto Cerebro Hígado Corazón Pulmones Ríñones Bazo Sangre Intestino Tej. adiposo

por hiperventilación, y en climas cálidos. El agua secretada por el intestino es disolvente de los productos de desecho y es necesaria para asegurar la consistencia adecuada de las heces. La eliminación diaria por esta vía es de 200 mi pero puede aumentar en casos de vómito o diarrea. Cuando esto ocurre, se pierde además de agua, K+, Na+, Cl" y HCO . La excreción renal es muy flexible. Se se ingiere gran cantidad de agua, el riñon excreta el exceso. Normalmente se eliminan 1,200 a 1,500 mi por día. Diariamente se fil-

tran alrededor de 170 litros de agua. De este volumen se excretan menos de dos litros, o sea 1% del filtrado. Cerca de dos terceras partes del agua filtrada es reabsorbida isosmóticamente en el túbulo proximal, íntimamente relacionada con la reabsorción de sodio. Después del túbulo proximal, la reabsorción de agua es independiente de la reabsorción de soluto por lo que se le llama reabsorción de agua libre. Ingresos diarios. Las reservas de agua del organismo pueden reponerse de varias maneras: a) agua ingerida como tal o en otras be-

Tabla 2.4 Ingresos y pérdidas normales de agua por día Ingresos normales Agua metabólica Agua pura Agua de las bebidas Agua en alimentos sólidos

TOTAL:

300 mi 200 mi 800 mi 1,000 mi

2,300 mi

Pérdidas normales Vía pulmonar Vía cutánea Vía renal Vía digestiva

700 mi 200 mi 1,200 mi 200 mi

2,300 mi

bidas; b) agua de los alimentos y c) agua metabólica, o sea la que se produce durante la oxidación. C6H1206 + 60 2

6C0 2 + 6H 2 0

Se calcula que al oxidarse 100 g de carbohidratos se producen 55 mi de agua; 100 g de grasa producen 107 mi y 100 g de proteínas, 41 mi de agua. El volumen de agua metabólica varía dependiendo del metabolismo de cada individuo. Los requerimientos diarios de agua están relacionados con factores exógenos, como actividad corporal, clima y hábitos dietéticos, y factores endógenos, como actividad secretora, oxidaciones internas y osmolalidad de los líquidos orgánicos. El requerimiento promedio sería de 1 mi por caloría de alimento. Para el recién nacido es de 150 mi por kg de peso corporal, lactantes (6 meses), 125 mi por kg de peso, y niños de un año, 100 mi por kg de peso corporal, ya que el porcentaje de agua, en cada uno, es diferente. Dinámica del agua A diferencia de los iones, el agua no se secreta activamente. Su movimiento a través de las membranas se realiza por osmosis y filtración. El mecanismo de filtración se debe a la presión hidrostática de los tejidos y a la presión cardiaca de la sangre arterial que expulsa agua y solutos no proteicos a través de membranas especiales (por ejemplo, el glomérulo) para dar un filtrado libre de proteínas. A este movimiento se opone la presión osmótica (oncótica o coloidosmótica) de las proteínas y otros solutos presentes en el plasma. Debido a esto, existe un movimiento continuo de un compartimiento a otro. Tanto la retención como la distribución de agua entre los distintos compartimientos se deben a las sustancias disueltas en los líquidos corpora-

les. El balance entre líquido intersticial y líquido intracelular está gobernado por su equilibrio osmótico, en tanto que la transferencia de líquido entre el compartimiento vascular y el intersticial a nivel de capilares está regido por el balance entre presión hidrostática y cardiaca y los gradientes de presión oncótica plasmática. 2.2 ELECTRÓLITOS Los solutos se clasifican en tres categorías según las conductividades eléctricas de sus soluciones acuosas: electrólitos fuertes, débiles y no electrólitos. Electrólito es toda sustancia que en solución o sal fundida conduce la corriente eléctrica. Electrólitos fuertes. Son aquellos que se disocian en gran proporción, existen casi exclusivamente en forma de iones en solución acuosa y son buenos conductores de la corriente eléctrica. En este grupo se encuentran los ácidos y bases fuertes así como sus sales. Por ejemplo, HC1, H 2 S0 4 , NaOH, NaCl, etc. Electrólitos débiles. Son aquellos que se ionizan en menor proporción, existen como una mezcla en equilibrio de iones y moléculas y conducen menos que los anteriores la corriente eléctrica. En este grupo se encuentran los ácidos y bases débiles, así como sus sales. Por ejemplo, CH3-COOH, NaHCO3, CH3-COONa, NaH 2 P0 4 , lactato de sodio, etc. Ño electrólitos. Son aquellos que no se ionizan, solamente se disuelven como moléculas y, por ende, dan soluciones que no conducen la corriente eléctrica. En este grupo se encuentran sustancias como glucosa, sacarosa y solventes orgánicos no polares. De acuerdo a esta clasificación el agua es un mal conductor de la electricidad, cuando está destilada o desionizada. El agua de uso normal es un electrólito débil.

Funciones orgánicas En disolución, los iones migran hacia los electrodos de acuerdo con sus cargas, los iones positivos migran al cátodo (polo negativo) y reciben el nombre de cationes, y los iones negativos, migran al ánodo (polo positivo) y reciben el nombre de aniones. La fuente de corriente (batería o pila), provoca el transporte de electrones por el filamento desde el ánodo hacia el cátodo. Los cationes más abundantes en los líquidos biológicos son: Na + , K + , Ca ++ y Mg ++ y los aniones más abundantes son: Cl", H C O " HPO~ SO~ proteinatos y ácidos orgánicos (lactato, piruvato,etc). La composición iónica del líquido intracelular difiere notablemente de la del líquido extraceiular. El medio interno es rico en K + y Mg + + , y fosfato como anión principal, en tanto que el líquido extraceiular contiene principalmente Na + y Ca ++ , y Cl" como anión principal. Se piensa que esta diferencia se debe a que el mar primitivo donde se originó la vida era rico en K + y Mg + + , por lo que las reacciones enzimáticas y otros procesos biológicos evoluacionaron a partir de ese medio. Posteriormente, cuando el mar cambió gradualmente a una composición rica en Na + y Ca + + , las células se enfrentaron con una fuerte presión de selección y conservaron la concentración intracelular original a expensas de desarrollar membranas y "bombas" para mantener su microambiente interno. Sodio (Na+). Es el principal catión extracelular; se encuentra asociado al cloruro y al bicarbonato. Tiene como función regular el equilibrio ácido base, mantener la presión osmótica de los líquidos y preservar la excitabilidad y permeabilidad celular. Potasio (K+). Es el principal catión intracelular; tiene gran influencia sobre la actividad muscular, especialmente sobre el miocardio. Al igual que el sodio, participa

en la regulación del equilibrio ácido base y la presión osmótica intracelular. Cloruro (Cl~). En combinación con el sodio es esencial en el equilibrio ácido base y acuoso; en el jugo gástrico participa en la formación de ácido clorhídrico. Fosfato y amonio (HPÓ. y NH ). Tienen importancia en el equilibrio ácido base, así como en los mecanismos compensadores que se verán más adelante. Propiedades coligativas. La presencia de solutos disueltos provoca cambios en la estructura y propiedades del agua líquida. El efecto de un soluto se manifiesta por un conjunto de propiedades, llamadas coligativas. De las propiedades físicas de una solución (aditivas, constitutivas y coligativas), las coligativas son las más importantes; sólo se presentan en soluciones y no en solventes puros. Estas propiedades dependen del número de moléculas o partículas presentes y no de su naturaleza y son: descenso de la presión de vapor, descenso del punto de congelación o descenso crioscópico, elevación del punto de ebullición o incremento ebulloscópico y elevación de la presión osmótica (Fig. 2.9). Hasta la fecha no existe una teoría que explique las propiedades coligativas. Estas propiedades, en particular la presión osmótica, determinan la dinámica de los líquidos biológicos en los diferentes compartimientos, en la que participan los elementos iónicos y moleculares ya revisados. Para comprender estos mecanismos se explicará el fenómeno osmótico. Osmosis. Presión osmótica (PO) es la fuerza que debe aplicarse a la solución de mayor concentración a fin de impedir el flujo de solvente a través de una membrana sem i p e r m e a b l e . Osmosis es el paso de solvente de la solución menos concentrada a la más concentrada. Cuando se habla de presión osmótica de una solución, se refiere al valor relativo contra agua pura.

Teb 100*C 100.56 Figura 2.9 Propiedades coligativas de las soluciones. Toda solución acuosa presenta cambios en sus propiedades fisicoquímicas con respecto al solvente puro. Tales cambios dependen del número de partículas (iones o moléculas) y son: a) b) c) d)

Descenso del punto de congelación (Te). Descenso de la presión de vapor (Pv). Aumento del punto de ebullición (Teb). Presencia de una nueva propiedad: la presión osmótica (PO).

La magnitud del cambio en el punto de congelación (A Te) por mol de partículas se conoce como constante crioscópica (Kc = 1.86) y la del punto de ebullición se conoce como constante ebulloscópica (Keb = 0.56). Estos cambios se interrelacionan con la presión osmótica. Un mol de partículas en solución (1M) ejercerá una presión osmótica de 22.4 atm. Para cuantificar la presión osmótica se usa un aparato llamado osmómetro que, en realidad, mide el cambio en el punto de congelación. Como ambas propiedades dependen del número de partículas, conociendo el cambio en el punto de congelación de la solución problema (orina, líquido cefalorraquídeo) se puede calcular su presión osmótica y de aquí su osmolaridad. Los osmómetros directamente dan el resultado en miliosmoles.

Un mol de un gas en condiciones normales ocupa un volumen de 22.4 litros. Si se reduce este volumen a 1 litro se tiene que aplicar una presión de 22.4 atmósferas. Una solución 1M de cualquier soluto no ionizable, tendrá 1 mol del soluto en un litro de solución. Si se aplican a las soluciones diluidas las mismas leyes que a los gases ideales, se puede decir que una solución 1M de cualquier soluto no ionizable tendrá una presión osmótica de 22.4 atmósferas. Si se conoce la concentración de una solución se puede calcular la PO y viceversa. En terminología osmótica se entiende por partícula, una molécula o un ion, independientemente de su tamaño. Como la glucosa no se ioniza, un mol de esta sustancia en 1 kg de agua (solución 1 molal) produce 1 mol de partículas (igual al número de avogadro, 1.023 x 1023) y tiene una osmolalidad de uno. El NaCl produce 2 partículas (iones) por molécula al ionizarse y, por tanto, una solución 1 molal es equivalente a 2 osmolal. Una solución 1 molal de Na2SC>4 o de CaCl2, que producen 3 partículas por molécula, serán 3 osmolal, y así sucesivamente. El número de moles de una sustancia en 1 kg de agua que produce una solución 1 osmolal, equivale a 1 osmol. Un osmol de glucosa equivale a 1 mol, pero un osmol de NaCl son 0.5 moles y un osmol de Na2SÜ4 son 0.33 moles. En virtud de que la concentración molar y electrolítica de los líquidos biológicos es muy baja, en la práctica clínica, en reportes de laboratorio se maneja la milésima parte del mol, equivalente y osmol, es decir, milimol, miliequivalente y miliosmol respectivamente. La concentración de moléculas de soluto en solución puede expresarse de dos maneras: a) en molaridad, número de moles por litro de solución; b) en molalidad, numero de moles por kilogramo de solvente. Si las moléculas existen a concentraciones muy bajas como las encontradas en los

líquidos biológicos, molaridad y molalidad difieren muy poco. En la misma forma, la presión osmótica de una solución también puede expresarse como: a) osmolaridad, en mOsm/litro de solución; b) osmolalidad, en mOsm/lkg de solvente. En el laboratorio clínico, para medir la presión osmótica del plasma, se determina la disminución del punto de congelación que depende de la osmolalidad.

En cambio, la presión osmótica calculada en base a la cantidad de iones y moléculas disueltas, se basa en la osmolaridad. Esta última puede calcularse con cierta exactitud, para propósitos clínicos, si se conocen las concentraciones plasmáticas de Na+, K+, urea y glucosa en moles/litro. mOsm = 2 [Na+ ] + 2 [K+ ] + [urea ] + [glucosa ]

El factor 2 que multiplica a Na+ y K+ se debe a que se tienen que considerar los aniones asociados, que se comportan como partículas, suponiendo ionización completa. Considerando también Ca++ y Mg++ se obtiene una mOsm/kg de 295 que corresponde a una PO de 6.8-7.3 atm y un descenso en el punto de congelación de 0.5-0.54°C. Como las moléculas del plasma interactúan unas con otras, la osmolaridad efectiva es menor que la calculada por la simple adición de la concentración de todos los iones y moléculas (Tabla 2.5). Soluciones de igual concentración en moles/litro son isosmóticas (la misma presión osmótica) si la membrana que separa ambas soluciones es perfectamente semipermeable. Si la membrana es de permeabilidad selectiva, la solución exhibe sólo la fracción de presión osmótica debida a los solutos para los que la membrana es impermeable. Esta fracción es la que se conoce como su tonici-

Tabla 2.5 Concentración y miliosmolalidad del plasma Miliosmolalidad (mOsm/kg)

Concentración (mmoiyí) Sodio Aniones asociados Potasio Aniones asociados Urea Glucosa Proteína

135 135 3.5 3.5 5(30mg/dl) 5(90mg/dl) (70g/litro)

270 7 5 5 1 TOTAL

dad. Por tanto, la tonicidad de una solución no se puede predecir conociendo su concentración (como ocurre con la presión osmótica) ya que intervienen las propiedades de la membrana limitante (Fig. 2.10). Es importante distinguir entre potencial osmótico y tonicidad de una solución, ya que la membrana celular es selectivamente permeable a los solutos intracelulares. Si un soluto es tan permeable como el agua, dará una solución que se comportará como si fuera agua pura. Por ejemplo, una solución isosmótica de urea, será hipotónica y provocará turgencia o hinchazón de los eritrocitos. En la práctica clínica, cualquier solución que tenga la misma osmolaridad que el plasma, se dice que es isotónica. Las soluciones empleadas en el tratamiento de reposición de líquidos y electrólitos son soluciones isotónicas. Por ejemplo, la llamada solución salina isotónica (antes mal llamado "suero fisiológico") contiene 0.9 gramos de NaCl por 100 mi que equivalen a 320 miliosmoles. Otras soluciones empleadas son las de glucosa al 5%, de Ringer, de Locke, etc. Si glóbulos rojos se colocan en agua o en soluciones salinas con menos de 0.9 g/100 mi (hipotónicas), se hincharán por la diferencia de solutos dentro y fuera de la célula que condiciona entrada de agua al espacio más concentrado; las proteínas no pueden salir

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del eritrocito, la pared del glóbulo rojo no resiste la presión y se rompe. El fenómeno de ruptura de glóbulos rojos se denomina hemolisis. A la inversa, cuando los eritrocitos se colocan en soluciones con más de 320 mOsm (hipertónicas), los glóbulos pierden agua, se encogen y arrugan. El fenómeno se denomina plasmólisis. Cualquier alteración en la isotonicidad que exista en las células y compartimientos, requiere su corrección inmediata para regresar al equilibrio. Por ejemplo, si se ingiere mucha agua, la sangre se diluye, la presión osmótica de la sangre baja y pasa agua de la sangre a los tejidos; el organismo restablece el equilibrio eliminando agua por vía renal hasta que la concentración tisular vuelva a su estado normal. El comportamiento del experimento de la figura 2.10 es válido para sustancias no ionizables. Cuando participan sustancias ionizab l e s , se presenta un c o m p o r t a m i e n t o denominado equilibrio de Gibbs-Donnan (Fig. 2.11). Equilibrio de Gibbs-Donnan. En un sistema constituido por dos soluciones separadas por una membrana, una de las cuales tiene elementos iónicos no difusibles mientras que existen iones difusibles en ambos lados de la membrana, la distribución de los iones difusibles deberá cumplir los siguientes requerimientos:

a) En cada una de las dos soluciones el número de aniones es igual al número de cationes. b) En la solución que contiene iones no difusibles Pr" la concentración de iones del mismo signo Cl" es menor y la concentración de iones de carga contraria Na + será mayor que en la solución opuesta. c) La presión osmótica de la solución que contiene los iones no difusibles es ligeramente mayor que la de la otra solución. En la célula y los compartimientos se presenta esta tendencia al equilibrio que condenaría a la célula a su destrucción al establecerse el equilibrio de Gibbs-Donnan. Los iones no difusibles son las proteínas o la hemoglobina (también proteína) de los glóbulos rojos. Los iones difusibles son Na + , K + , Ca + + , Mg + + , y aniones asociados. En los mamíferos, los principales iones extracelulares son distintos de los intracelulares: el Na +

domina como catión extracelular y el K + como intracelular. Esta situación es lo que determina que la célula se defienda del equilibrio termodinámico que la condena a la muerte. Para ello tiene que eliminar constantemente al Na+, lo que implica gasto de energía y acumulación de K + intracelular. El proceso activo de expulsión de Na + (bomba de sodio) dependiente de energía (ATP) consume aproximadamente el 25 % del gasto energético basal de un individuo; cuando la célula no dispone de energía, penetra un exceso de iones extracelulares, se establece el equilibrio de Gibbs-Donnan, y un desequilibrio osmótico hace que la célula se hinche y muera (necrosis celular). Además, este comportamiento de bombeo iónico rige las propiedades electroquímicas de los líquidos corporales. La bomba de NaK no sólo genera los gradientes iónicos más importantes sino que también favorece el

desarrollo de diferencias de potencial a través de la membrana celular; electronegativo en el interior de la célula y electropositivo afuera. Esta polaridad eléctrica determina los procesos de conducción nerviosa a través de fenómenos alternos de despolarización y repolarización. 2.2.1 Balance electrolítico En el análisis del equilibrio electrolítico se usan valores expresados en miliequivalentes (meq), así como la milésima parte del mol y del osmol para valores de concentración y presión osmótica respectivamente. El concepto de equivalente o equivalente químico se basa en la capacidad de combinación de cualquier compuesto con la unidad de referencia, un átomo gramo de carbono12; en la práctica esto "equivale" a un átomo gramo de hidrógeno, a un átomo gramo de sodio-23, o a un átomo de cualquier ion monovalente. Si quisiéramos preparar NaCl ne-

cesitaríamos saber qué cantidad en gramos de cloro y de sodio se tienen que usar. Para ello hemos considerado arbitrariamente que el peso de un átomo gramo de hidrógeno es un gramo. Si un átomo gramo de cloro tiene un peso de 35 veces y media más que el hidrógeno, o sea, 35 g; un átomo gramo de sodio serían 23 g y la molécula gramo de NaCl, 58.5 g. Así, un miliequivalente de sodio (23 mg de sodio), se combina totalmente con un miliequivalente de cloro (35.5 mg), para formar exactamente 58.5 mg de cloruro de sodio. El concepto de equivalente se extiende a las sustancias más complejas, polivalentes; para ellas, el equivalente se considera como el peso molecular en gramos del ion o compuesto dividido por su electrovalencia o por el número de electrones intercambiados en la formación del compuesto. En el caso de compuestos divalentes como el Na 2 S0 4 o el CaC^, el peso molecular en gramos debe dividirse entre 2 para dar el equivalente y la misma situación debe hacerse para iones trivalentes como el H3PO4 o el AICI3, que deben dividirse entre 3, para dar el equivalente. Si en un análisis, resultan 100 mg de calcio por litro de suero sanguíneo, dividiendo entre 20 se tendrá la cifra de 5 meq, que es la cantidad normal de calcio en suero; si se reportan 195 mg de potasio por litro de suero, basta dividir entre 39 para obtener 5 meq, cifra normal de K+ por litro. Obsérvese que los valores en mg de calcio y potasio son distintos, pero expresados en meq resultan ser idénticos. Gamble demostró que en un litro de plasma la cantidad de cationes (expresada en miliequivalentes) es idéntica a la de aniones; esta cantidad resulta ser de 155 meq de aniones y 155 meq de cationes por litro de plasma normal. La representación esquemática de los valores de aniones y cationes en meq/litro de cada líquido biológico se denomina gamblegrama o ionograma (Figura 2.12). Cada compartimiento celular contiene un líquido o matriz en el que están disueltos diferentes iones, moléculas orgánicas de bajo

Figura 2.12 Distribución electrolítica en los diferentes compartimientos. (Modificada de Gamble). Medical Physiology, la Edición pág. 307,1961.

peso molecular y proteínas, generalmente con carga negativa. En la Figura 2.12 se representa, en la forma ideada por Gamble, la composición iónica del plasma sanguíneo, líquido intersticial y líquido intracelular general. Las necesidades de agua y electrólitos para el manteriimiento del equilibrio hidroelectrolítico se pueden calcular en base a las pérdidas por orina, transpiración o perspiración insensible y secreciones (pérdidas patológicas sobre todo gastrointestinales). Durante el ejercicio o esfuerzos corporales intensos, así como en estados febriles, se pueden perder de 1.5 a 2 litros por día e incluso más. En la insuficiencia renal aguda, la pérdida de electrólitos se puede calcular por medio del análisis de electrólitos del suero por fotometría de flama. Para calcular las pérdidas electrolíticas por secreciones gastrointestinales se puede recurrir a la tabla 2.6. Así, las necesidades de mantenimiento electrolítico se obtienen del balance de entradas y salidas (aporte y eliminación), tomando en cuenta el volumen del líquido, así como la concentración electrolítica.

2.2.1.1 Vías de ingreso ordinarias y extraordinarias Sodio. La principal fuente de sodio es el cloruro de sodio, sal común utilizada en los alimentos, aparte del que contienen los alimentos. La ingestión promedio es de 69 a 208 meq de sodio por día, que se cubren con 5 a 15 g de cloruro de sodio. Aunque su aporte óptimo se desconoce, al parecer 5 g de sal por día son suficientes. Cuando hay necesidad de compensar alguna pérdida, se recurre casi invariablemente a la administración endovenosa. Potasio. El potasio está presente en la mayoría de los alimentos. Su distribución es tan amplia que es poco probable que en condiciones normales pueda producirse una deficiencia. Sus requerimientos diarios en un adulto oscilan entre 1.87 a 5.62 g. La ingestión de potasio promedio es de unos 4 g (100 meq) diarios y se absorben casi totalmente en el tubo digestivo. Cloruro. El cloruro está presente en la sal de mesa, carne, leche y huevo. Los cloruros existen en su mayoría en forma de cloruro de sodio, de tal manera que su aporte es satisfactorio mientras el aporte de sodio sea

2.1 PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y FISIOLÓGICAS DEL AGUA Las propiedades fisicoquímicas del agua que hacen posible la vida se explican en base a su estructura molecular. La molécula del agua, aparentemente sencilla, tiene una serie de propiedades insólitas. Dos átomos

de hidrógeno comparten sus electrones con un átomo de oxígeno. Sin embargo, los hidrógenos no están situados en forma simétrica en virtud de que los orbitales híbridos sp3 tienen un ángulo de 104.5° determinado por análisis espectroscópico y el núcleo del oxígeno ejerce mayor atracción por los electrones de los hidrógenos lo cual crea una carga parcial negativa (5-) en el oxígeno y una carga parcial positiva (5+) en los hidrógenos (Figura 2.1.) creando un dipolo eléctrico, aunque la molécula no posee una carga neta. No obstante, estas cargas parciales permiten que cada molécula de agua atraiga otras cuatro, que se orientan en los vértices de un tetraedro regular (Fig, 2.2)

adecuado. Los requerimientos diarios del adulto son de 1.7 a 5.1 g. Calcio. El calcio está presente en la leche y derivados, como el queso; yema de huevo, aguas duras y vegetales. Los requerimientos diarios son de alrededor de 800 mg en adultos y se incrementan durante el crecimiento (0.8-1.2 g) embarazo y lactación (1.2 g). En promedio la dieta consumida al día por un adulto contiene de 400 a 800 mg de calcio, de los cuales se absorben de 30 a 40%. Esta absorción depende de una proteína intestinal fijadora de calcio, cuya síntesis está regulada por un metabolito de la vitamina D, el 1,25 dihidroxicolecalciferol, sintetizado en el riñon, en respuesta a las bajas concentraciones de Ca ++ en el plasma. Así, la absorción de calcio se adapta a las necesidades corporales. La absorción de calcio disminuye con la edad. Magnesio. Se encuentra fundamentalmente en cereales, nueces, carne, mariscos y leche. La leche humana contiene cerca de 4 mg de Mg ++ por 100 mi y la de vaca alrededor de 12 mg por 100 mi. Se consideran requerimientos de 200 a 300 mg diarios. La ración diaria recomendada es de 300 a 400 mg al día. El magnesio se absorbe poco en el intestino pero, una vez absorbido se utiliza para la formación de tejido (24 meq por kg de tejido). Fósforo. Se encuentra en casi todos los alimentos. La distribución de calcio y fósforo en los alimentos es muy semejante; de aquí que una ingestión adecuada de calcio asegura un aporte también adecuado de fósforo. Se recomienda una ingesta de 1 a 1.5 g diarios. La relación Ca: P en la dieta afecta tanto la absorción como excreción de estos elementos. La relación óptima es de 1:1 cuando el aporte de vitamina D es adecuado. 2.2.1.2 Vías de egreso ordinarias y extraordinarias Sodio. Alrededor del 95% del sodio es excretado por el organismo a través de la orina.

Esta eliminación equivale a la cantidad ingerida menos la que se pierde por sudor (100-140 meq/día). Cuando la dieta no contiene sodio, la eliminación renal puede bajar hasta 10 meq/día. Asimismo, cuando su concentración desciende en el plasma, su excreción urinaria baja de modo proporcional. El sodio, una vez filtrado por el glomérulo, se reabsorbe a nivel tubular; dicha reabsorción está regida por las hormonas suprarrenales. La pérdida de sodio a través del sudor es la más variable. El sudor contiene de 20 a 50 meq de sodio por litro, alcanzándose pérdidas hasta de 350 meq/día en el ejercicio intenso, calor ambiental o fiebre alta. En heces se pierden pequeñas cantidades (10 meq/litro). Potasio. Del potasio ingerido, el 90% es eliminado por riñon y 10% por sudor y heces. El potasio filtrado por el glomérulo es reabsorbido casi por completo en los túbulos renales. La concentración plasmática de potasio se sostiene eficientemente por medio de la excreción urinaria de cualquier cantidad que excede los 5 meq/litro. Así, el riñon se constituye en el principal órgano de excreción de potasio. La administración de potasio por vía endovenosa debe efectuarse con suma precaución cuando hay problemas renales pues si su concentración plasmática rebasa los 5 meq por litro hay riesgo de paro cardíaco en sístole. Cloruro. El cloruro es excretado principalmente por orina y también por sudor (45 meq/litro), jugo gástrico (90-155 meq/litro) en la bilis y jugos pancreático e intestinal (100 meq/litro). Es inseparable del sodio. Calcio. El calcio es excretado a través de las heces (70-90%), orina (filtración glomerular y reabsorción tubular) y sudor (20-350 mg/día). Calcio y sodio parecen compartir una vía de transporte común en el túbulo proximal y la excreción de calcio se incrementa en la diuresis salina; además por dietas ricas en carbohidratos, proteínas o magnesio, deprivación de fosfato, acidosis metabólica,

glucocorticoides sintéticos, hormonas tiroidea y del crecimiento. La reabsorción tubular de calcio es incrementada por la hormona paratiroidea, hipocalcemia, alcalosis metabólica y diuréticos benzotiazídicos. Magnesio. La excreción de magnesio se lleva a cabo por la bilis y poco por la orina. Al filtrado glomerular (2 g/día) le sigue una reabsorción tubular del 95 % o sea, la excreción urinaria es de 100 mg por día (un tercio de su excreción). La excreción urinaria se incrementa por el etanol y por muchos diuréticos. La excreción en heces del magnesio no absorbido representa dos tercios de su excreción total. Fósforo. La cantidad de fosfato excretado por orina depende del absorbido en el tracto intestinal. Normalmente hay un incremento matutino en el fósfoto urinario. Una mínima cantidad de fosfato es excretado por las heces. 2.2.2 Dinámica hidroelectrolítica en el lecho vascular Ley de Starling. Esta ley nos habla sobre la distribución de los líquidos en los espacios vascular e intersticial; dicha distribución está influida por la presión arterial y la presión osmótica tisular, que conducen hacia la filtración y sus oponentes que son la presión hidrostática tisular y la presión oncótica del plasma. Estas presiones dan como resultado una presión neta de filtración en el extremo arterial del capilar (Fig. 2.13). Si esta presión predominara todo el tiempo habría una entrada de agua hacia los tejidos con edema tisular; por lo tanto, esta presión debe estar en equilibrio con la presión neta de absorción en el extremo venoso del capilar. 2.2.2.1 Edema Edema significa hinchazón y se caracteriza por aumento de líquido en los espacios

intersticial e intracelular. Se puede observar macroscópicamente en el tejido subcutáneo. El mecanismo básico está relacionado con alteraciones en la permeabilidad de los vasos sanguíneos y cambios en la presión hidrostática y osmótica de la sangre y líquidos extravasculares. Según la hipótesis de Starling existe intercambio de líquidos entre la sangre y espacios extravasculares por diferencias entre presión arterial y presión osmótica. En base a la Figura 2.13 se reconocen 4 tipos de edema: Edema por disminución de la presión oncótica intravascular. Un descenso anormal de las proteínas plasmáticas (especialmente albúmina) determina una disminución marcada de la presión oncótica plasmática; cuando ésta es menor de 23 mm Hg, la presión neta de filtración aumenta por predominio relativo de la presión hidrostática capilar y el agua se moviliza al espacio extravascular. A este tipo de edema se le llama también tipo nefrótico por presentarse en el síndrome nefrótico, en la nefrosis lipoide, en la etapa nefrótica de la glomerulonefritis y en la nefrosis amiloidea, situaciones que se acompañan de albuminuria. También se presenta en la cirrosis hepática y en la inanición proteica del Kwashiorkor (llamado por esto "edema del hambre"). Edema por aumento de la presión hidrostática intravascular. Un obstáculo al retorno venoso que aumente la presión venosa, puede elevar muchas veces la presión hidrostática capilar por encima de la presión oncótica plasmática, determinando de esta manera un escape de líquido hacia el espacio intersticial. Esta situación puede ocurrir en la insuficiencia cardiaca congestiva, por lo que se conoce también como edema tipo cardiaco. En la insuficiencia cardiaca congestiva hay retención de sodio por riñon que contribuye al edema. Es el edema que se presenta también por torniquetes muy apretados, venas varicosas, etc.

Fig. 2.13 Dinámica electrolítica en el lecho vascular. P.A. Presión arterial; P.V. Presión venosa; P.O. Presión osmótica; P.H. Presión hidráulica. Reproducción modificada con permiso de Martin, D.W. Jr. y Cois., Harper's Review of Biochemistry, 20a edición, pág. 635, Lange Medical Publications, Los Altos, California, 1985.

Edema por aumento de la permeabilidad capilar. Si el endotelio capilar se daña a tal grado que pasen proteínas al espacio inters-

ticial, espacio que normalmente no contiene proteínas, disminuye la osmolaridad sérica en relación con la intersticial y hay paso de

líquido a este espacio. Se le conoce también como edema tipo nefrítico por presentarse en la etapa aguda de la glomerulonefritis. Estas pérdidas plasmáticas se producen por quemaduras o por ciertas toxinas bacterianas, así como en manifestaciones alérgicas localizadas (urticaria, edema angioneurótico) o la inflamación provocada por un golpe o exposición al frío. Edema por aumento de la presión oncótica del líquido intersticial. Las proteínas liberadas en el medio intersticial no pueden volver a la circulación a través de la membrana capilar y sólo lo pueden hacer por vía linfática. La oclusión de vasos linfáticos provoca acumulación de proteínas en el espacio intersticial, lo cual determina atracción de agua suplementaria. La cirugía de los cánceres metastáticos produce con frecuencia trastornos de la circulación linfática. Las cicatrices inflamatorias y la oclusión debida a filarías provocan edemas importantes como en la elefantiasis (hipertrofia cutánea y subcutánea de piernas y genitales). En el mixedema del hipotiroidismo, aumentan las mucoproteínas en los vasos linfáticos; los vasos linfáticos no pueden eliminar proteína intersticial, sobre todo mucoproteínas, tan pronto como entran.

23 REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO HIDROELECTROLÍTICO 2.3.1

Control del metabolismo del agua

La ingestión de agua está controlada por la sed. El centro hipotalámico de la sed responde a un aumento de la osmolaridad en sangre. Las pérdidas de agua también son controladas por vía hipotalámica en respuesta al aumento de osmolaridad en plasma; este estímulo es mediado por osmorreceptores localizados en el hipotálamo y por barorreceptores localizados en el corazón y otras re-

giones del sistema vascular lo cual determina la secreción de hormona antidiurética (ADH) o vasopresina (Figura 2.14). La hormona antidiurética (ADH) es un nonapéptido producido por el hipotálamo y secretado por la hipófisis posterior. Las células blanco más importantes de la ADH, son las de los túbulos contorneados distales y los colectores del riñon. Aumenta la permeabilidad del túbulo distal y con ello la resorción pasiva del agua a lo largo del gradiente osmótico producido por el mecanismo de contracorriente. En la membrana mucosa de las células epiteliales de los túbulos existen receptores para la ADH. Estos receptores se encuentran integrados a la adenilatociclasa y se considera que el adenosín monofosfato cíclico (AMPc) media los efectos de la hormona sobre el túbulo renal; el AMPc y los inhibidores de la fosfodiesterasa imitan las acciones de la ADH. La ADH incrementa la permeabilidad de las células tubulares al agua, lo cual permite que

la orina se concentre y se excrete en cantidades de 0.5 a 1 litro al día. En ausencia de ADH, la orina no se concentra y puede excretarse en cantidades que exceden de 20 litros al día. La adrenalina y los expansores del plasma inhiben la secreción de ADH, como lo hace también el etanol, y aumentan por ello la diuresis. Existen sustancias osmóticamente activas que no son reabsorbidas a su paso por los túbulos proximales y el asa de Henle; esto inhibe la resorción de agua, y en menor grado, de sodio y por lo tanto, un gran volumen de agua llega al túbulo distal. Esta es la base de la acción de los diuréticos osmóticos como el manitol y en menor grado la urea y glucosa hipertónica. Los aminoácidos provenientes de proteínas al metabolizarse producen urea; pacientes alimentados con aminoácidos por vía endovenosa o pacientes que por daño tisular degradan proteínas, llegan a deshidratarse aun en presencia de cantidades adecuadas de ADH. Cambios de osmolaridad del orden del 2% o más, son detectados por osmorrecep-

tores hipotalámicos sólo sensibles a glucosa y sodio, pero no a urea (Figura 2.15). Un aumento de osmolalidad plasmática provoca sed y restricción de agua en orina (orina hipertónica). La orina pasa de 190-390 mOsm/kg a valores de 800-1200 mOsm/kg, que representa tres a cuatro veces los niveles de osmolalidad en plasma (270-290 mOsm/kg). La disminución de osmolalidad plasmática provoca la excreción de una orina muy diluida (hipotónica) con valores de 40-50 mOsm/kg. El agua de piel y pulmones no tiene este tipo de control; el sudor no puede ser hiper o hipotónico, su concentración es constante. Sin embargo, existen mecanismos de adaptación, y por ejemplo, en un individuo aclimatado a medios cálidos, la pérdida de sal en el sudor es mínima (Fig. 2.15). 2.3.1.1 Diabetes insípida Las anormalidades de la secreción o de la acción de la ADH conducen a la diabetes insí-

Figura 2.15 Homeostasis de sodio y agua. Reproducida con autorización del editor de: Zilva, J.F. y Pannall, P. R. Clinical Chemistry in Diagnosis and treatment, 2a. edición, pág. 40, Lloyd-Luke (Medical Books) Ltd, 1975.

pida, las que pueden deberse a procesos patológicos en los núcleos supraópticos, en el fascículo hipotalamohipofisiario o en el lóbulo posterior de la glándula pituitaria; la destrucción de la vía hipotalámica-hipofisiaria puede ocurrir por fractura de la base del cráneo, por tumor o por infección (diabetes insípida primaria). En cualquier caso, se excretan grandes volúmenes de orina diluida (poliuria) y, como consecuencia, la necesidad de ingerir también grandes cantidades de líquido (polidipsia). Si el mecanismo de control de la sed está dañado, se puede producir deshidratación al no poderse reponer la cantidad de líquido que se pierde. Por lo tanto, es la polidipsia la que protege a estos enfermos. En la diabetes insípida nefrogénica hereditaria, la ADH se secreta en cantidades normales pero la célula tubular es incapaz de responder por un defecto de los receptores, a diferencia de la adquirida, la que se debe a la administración farmacológica de litio utilizado en el tratamiento de padecimientos maniacodepresivos. Tal parece que dicho mineral inhibe la capacidad de la hormona antidiurética para aumentar los niveles de AMP cíclico. 2.3.1.2 Secreción inadecuada de hormona antidiurética En algunos casos puede llegar a aumentar la liberación de ADH aun con una sobrecarga de agua o disminución de sodio plasmático (hipoosmolalidad), causando una hiponatremia por dilución persistente y progresiva con excreción de orina hipertónica. Este síndrome puede ser ocasionado por la producción ectópica de diversos tumores (generalmente de pulmón), por trastornos cerebrales, infecciones pulmonares, hipotiroidismo, dolor, estrés, ejercicio, o por drogas como morfina, barbitúricos o nicotina.

2.3.2 Control del metabolismo de agua y sodio La ingestión de sodio no está activamente controlada. En el control de las pérdidas, el factor más importante es la secreción de aldosterona. La aldosterona es un mineralocorticoide, cuya producción es regulada por el sistema renina-angiotensina y por el potasio primariamente; también participan el sodio, la ACTH y mecanismos neuronales.

Este mineralocorticoide afecta el intercambio sodio-potasio (y probablemente sodio-hidrógeno) a través de todas las membranas celulares. Se hace hincapié en su efecto sobre las células del túbulo renal, pero se debe tener en mente que también afecta las pérdidas fecales de sodio y la distribución de electrólitos en el organismo. Normalmente en el túbulo distal se lleva a cabo una resorción de sodio en intercambio por potasio o hidrógeno. El resultado neto de la acción de la aldosterona consiste en la retención de sodio en plasma con eliminación de potasio y sodio urinario bajo. El sistema renina angiotensina. El mecanismo que desencadena este sistema se inicia con la liberación de renina, enzima producida por las células yuxtaglomerulares

de la arteriola aferente renal en respuesta a una disminución de la presión arterial, a través de los barorreceptores renales, a disminución en los niveles de Na + y Cl" en el líquido de los túbulos renales, o cualquier combinación de factores que reduzca el volumen de líquido o sangre (hipovolemia) como son la deshidratación, hipotensión, pérdidas sanguíneas, hiponatremia, etc. La renina actúa sobre el sustrato angiotensinógeno, globulina OC. sintetizada en el hígado, para producir el decapéptido angiotensina I. Este decapéptido es luego transformado en angiotensina II por una enzima convertidora de angiotensina (ECA), peptidasa producida por pulmón, células endoteliales y plasma, que elimina dos aminoácidos del extremo carboxilo terminal del decapéptido angiotensina I para formar el octapéptido angiotensina II (ver Figura 2.16), la cual posee dos acciones: 1. Aumenta la presión arterial por vasoconstricción arteriolar. Es la sustancia vasoactiva más potente conocida.

2. Estimula la zona glomerular externa de las suprarrenales para la secreción de aldosterona. Al parecer éste es un defecto no mediado por AMPc sino por las prostaglandinas Ei y E2. La indometacina que reprime la biosíntesis de prostaglandinas, inhibe la secreción de aldosterona basal y también la estimulada por angiotensina II. Varios péptidos análogos a la angiotensina I inhiben a la enzima que convierte a la angiotensina I en II (ECA) y se utilizan para tratar la hipertensión dependiente de renina. La enzima convertidora también degrada a la bradicinina, un vasodilatador potente, con lo cual también se incrementa la presión arterial. Además de la aldosterona, la velocidad de filtración glomerular (VFG) afecta la excreción de sodio. Una baja VFG disminuye la excreción; su elevación causa natriuresis. Se ha postulado un tercer factor, además de la aldosterona y la VFG, en el control del metabolismo del sodio. Este tercer factor consiste en la llamada hormona natriurética

o atriopeptina la cual es secretada por los cardiocitos auriculares como respuesta a una expansión de volumen plasmático. Su acción consiste en inhibir la resorción de sodio en el túbulo proximal, por lo que es antagónica a la aldosterona.

ya que esta sustancia es antagonista de la aldosterona. La estenosis de la arteria renal, provoca una elevación refleja de renina y angiotensina II. Esto conduce a un aldosteronismo secundario, que se asemeja a la forma primaria en sus síntomas, excepto en las altas concentraciones de renina y angiotensina II.

2.3.2.1 Hipoaldosteronismo Este trastorno consiste en una secreción insuficiente de aldosterona y posiblemente de algún otro mineralocorticoide. Como esta hormona actúa resorbiendo sodio en intercambio por potasio o hidrógeno, disminuye el sodio plasmático, mientras que aumentan potasio e hidrógeno. Se pierden grandes cantidades de NaCl por orina, cuyos iones hidratados arrastran volúmenes de agua con disminución del volumen sanguíneo. La poliuria con alto contenido de sal hace que este síndrome se conozca como diabetes salada, el cual se acompaña de debilidad, anorexia, pérdida de peso, náusea, vómito, hipotensión y, en ocasiones, crisis de hipoglucemia. 2.3.2.3 Hiperaldosteronismo El hiperaldosteronismo o simplemente aldosteronismo, consiste en la secreción excesiva de aldosterona por la corteza suprarrenal lo cual provoca que en el túbulo distal se reasorban grandes cantidades de sodio, intercambiado por potasio o hidrógeno que se eliminan. Esto aumenta el bicarbonato de sodio plasmático con disminución de hidrógeno, lo cual ocasiona alcalosis metabólica. El aldosteronismo primario (síndrome de Conn) es producido por pequeños adenomas de las células glomerulares con manifestaciones que incluyen hipertensión, hipokalemia, hipernatremia y alcalosis; se han citado también debilidad, fatiga, tetania y poliuria. Si a estos pacientes se les administra espironolactona, mejora mucho su hipertensión,

2.4 DESEQUILIBRIO HIDROELECTROLÍTICO Alteraciones del equilibrio hídrico La deshidratación es la más frecuente alteración del equilibrio hídrico, acompañada o no de retención o pérdida de electrólitos, aunque lo más frecuente es la retención o pérdida concomitante de agua y electrólitos. Es excepcional la pérdida de agua o su retención excesiva no acompañada por pérdida de sales, sobre todo de cloruro de sodio y potasio. Deshidratación El grado de deshidratación está en relación con la concentración de sodio plasmático, el cual se encuentra elevado y provoca un transporte osmótico del espacio intracelular al extracelular. A pesar de la deshidratación, el riñon debe seguir eliminando catabolitos a través de la orina, lo que aumenta la pérdida de agua del organismo. Tipos de deshidratación La deshidratación puede ser hipertónica cuando hay una pérdida predominante de agua acompañada de hipernatremia. Se presenta con frecuencia en pacientes obnubilados que no ingieren agua, en la diuresis osmótica de los diabéticos, en la eliminación de urea como producto de excreción del catabolismo proteico, en la diabetes insípida y en la sudora-

ción profusa. Cuando los valores de sodio plasmático son superiores a 170 meq/litro, el pronóstico es malo por lesión cerebral. El sufrimiento cerebral se debe al aumento de la osmolaridad extracelular que provoca salida de agua del interior de la neurona. Las principales manifestaciones clínicas son: sed, sequedad de mucosa, pérdida de turgencia cutánea, que pueden llegar, en casos de alteraciones mentales, a confusión, estupor y coma. Cuando hay depleción de sal con pérdida simultánea de agua se presenta la deshidratación isotónica. Casi siempre se debe a pérdida de los líquidos de las secreciones del aparato digestivo, otras secreciones isotónicas, etc. En estos casos, los líquidos corporales permanecen isotónicos pero con disminución del volumen plasmático (hipovolemia). Esta es la forma clásica de deshidratación que se manifiesta por sequedad de piel y mucosas, hipotensión de los globos oculares (hundimiento), y disminución de la presión arterial. Si la depleción de volumen es moderada, la presión arterial es normal si el paciente está acostado, y puede aparecer hipotensión postural. Si es severa, puede ocurrir el choque ("shock"). El descenso de volumen plasmático y la hipotensión arterial impiden una correcta filtración glomerular y se presenta insuficiencia renal. Otros síntomas poco específicos incluyen debilidad, vértigo, náusea, cefalea y sed; la actividad simpática se traduce en taquicardia y vasoconstricción periférica. En el niño, el requerimiento de agua y su intercambio es mayor en relación con el adulto ya que aquél tiene más agua, pero la retiene con menor facilidad; si un niño no ingiere o pierde líquidos, está en peligro de deshidratación rápida. La ingestión diaria de agua en los niños deber ser de 100 a 160 ml/kg de peso (que equivalen proporcionalmente a 10 litros diarios para un adulto). Como puede verse en la Figura2.17, una pérdida de 700 mi de agua en un adulto, no representa una pérdida significativa, pero en un niño equivale a perder el 50% de agua total.

En la depleción crónica de sodio (diabetes salada) o en casos de deshidratación hipertónica por sudoración excesiva, cuando para calmar la sed se ingiere agua en abundancia, se presenta la deshidratación hipotónica. Al reponer el volumen de líquidos, sin compensar la pérdida de sal, los espacios extracelulares quedan hipotónicos, lo cual se manifiesta por alteraciones de la conciencia y de la excitabilidad neuromuscular (calambres, convulsiones) debido al edema cerebral. Otros síntomas son dolor de cabeza, náusea e hipertensión arterial. Se debe considerar esta situación cuando los valores de sodio plasmático se encuentren entre 132-117 meq/litro. Generalmente la deshidratación hipotónica es iatrogénica y se produce cuando no se reponen los electrólitos y sólo se toma en cuenta la cantidad de líquido. La reposición de potasio es de manejo muy delicado y sólo se deberá realizar en aquellos pacientes que no presentan daño renal, ya que el potasio ingerido es eliminado por riñon en un 90 por ciento. Es recomendable reponer el potasio por vía oral (j u g° de naranja, plátano, etc). Si es necesaria la vía endovenosa, se deberá hacer a una velocidad de inyección menor a 10 meq/hora y a concentraciones de menos de 40 meq/litro. Si el potasio plasmático rebasa los 8 meq/litro se presenta arritmia severa y a niveles inferiores de 3 meq/litro se produce tetania y arritmias. Para calcular las pérdidas de líquido en un individuo conociendo su natremia, se sugieren las siguientes fórmulas: Na + normal Na + elevado

Volumen total del deshidratado Volumen total del ind. normal

Para un individuo de 70 kg deshidratado: 140 Volumen del deshidratado 175 " 0.7 x 70 49 x 140 Volumen del deshidratado = —— Déficit de líquido = 4 9 - 3 9 = 10 litros

39 litros

Adulto, 70 kg Fig. 2.17 Intercambio hídrico en el niño y en el adulto. La mayor superficie corporal del niño determina mayor liberación de calor y que aumente la pérdida insensible de agua, en comparación con el adulto (1.0 y 0.5 mi / kg / hora, respectivamente). 2.5 Regulación del equilibrio ácido base 2.5.1 Concepto de pH El ion hidrógeno (H + ), desde el punto de vista del equilibrio electrolítico anión-catión contribuye muy poco dada la concentración tan baja de este catión en los líquidos biológicos (40 nmoles/litro) comparada con otros cationes. Sin embargo, el ion hidrógeno es considerado el elemento más importante del equilibrio ácido base al grado que algunos autores sugieren que la regulación del equilibrio ácido base se refiera a la "homeostasis de ion hidrógeno". El principio de la química del ion hidrógeno provee los fundamentos para la defini-

ción de ácidos y bases: un ácido es un donador de iones H + y una base es un aceptor de iones H + , según los nuevos conceptos de Brónsted y Lowry que han desplazado los viejos de Arrhenius.

El ion hidrógeno, que en realidad equivale a un protón, es demasiado pequeño para existir en forma libre, de tal manera que interacciona con el oxígeno de otra molécula de agua para formar el ion hidronio, Hs + 0.

La unión entre cada molécula de agua por atracción de cargas residuales se denomina enlace por puente de hidrógeno cuya energía ha sido calculada en 5 kcal/mol. El agua sólida, hielo, tiene una estructura de malla tetraédrica. La formación de puentes de hidrógeno entre moléculas es la que da al hielo su estructura cristalina (Fig. 2.3). Un carácter importante de la estructura cristalina del hielo es su patrón dodecaédrico pentagonal que determina la gran cantidad de espacio vacío en el cristal, que explica su baja densidad (Fig. 2.4) comparada con el agua líquida. Cuando el hielo funde, la estructura cristalina se rompe. Sin embargo, del calor de fusión del hielo se deduce que sólo el 15% de los enlaces por puente de hidrógeno se rompen. Esto significa que en el agua líquida existe cierto grado de organización cristalina. Roentgen sugirió en 1892 que el agua

líquida es una mezcla de moléculas "parecidas a las del hielo" y de moléculas "parecidas a las del vapor". Frank, de la Universidad de Pittsburg propuso un modelo de "racimos" de moléculas semicristalinas de agua unidas por puente de hidrógeno, nadando en un mar de moléculas "libres" de agua. En la actualidad, se considera que en el agua existen estructuras cristalinas llamadas "clatratos" o complejos de inclusión en los cuales los puentes de hidrógeno se forman y destruyen a gran velocidad. La vida media del enlace de hidrógeno es de 10"10 a 10 -11 segundos, y por lo tanto las estructuras derivadas de la asociación de moléculas de agua también tienen vida corta. Algunos autores la describen pintorescamente como "racimos parpadeantes" (Figura 2.5). Estas estructuras explican las propiedades del agua sólida y del agua líquida. Teóricamente, si el agua siguiera el comportamiento

Por comodidad, el H + (o protón) no se representará en la forma hidratada H 3 + 0 por más que sea ésta la especie química que en realidad se halla presente. A 25 °C el valor de la constante de equilibrio del agua (Keq) es muy pequeña, de 1.8 x 10" 16 .

Este valor tan pequeño significa que la disociación del agua es insignificante y que casi toda se encuentra en estado molecular. La concentración molar del agua [H2O] es 55.5M y sustituyendo su valor en la ecuación resulta: KeqtH^O] = [H+][OH"] 1.8 xlO"16* 55.5 = [H+][OH"] = LOMO"14 El valor de Keq [H 2 0] equivale al producto de las concentraciones de H + y OH " y se denomina producto iónico del agua. Su va-

lor a 25°C es de 1 x 10-4. Como el agua pura se disocia en cantidades iguales de iones H + y OH", la concentración de hidrogeniones es de 10 - 7 y la de hidroxilos tiene la misma magnitud. En virtud de que estas cantidades son tan pequeñas, Sórensen propuso representar la concentración de hidrogeniones como el logaritmo negativo o el logaritmo inverso de la [H + ], valor conocido como pH. PH

= - l o g [ H + ] = log

[#

+

]

En agua pura, la [H + ] y de [ O H - ] es de 1 x 10 7 M cada una y el pH - 7.0; la [OH"] se puede expresar de forma similar como pOH. Si tomamos logaritmos a la ecuación 1 x io- 1 4 = [H + ] [OH"] se transforma en 14 = pH + pOH (Tabla 2.7). Debido a que los ácidos tienen una concentración de hidrogeniones mayor que el agua, el pH de un ácido será menor que 7;

Tomada de Devlin, th, M, Bioquímica, Ed. Reverte, S.A. Tomo I, Pág. 10,1988

inversamente, si las bases tienen una concentración de iones hidrógeno menor que el agua, el pH de una base será mayor que 7. En la Tabla 2.8 se presenta el pH de diferentes líquidos biológicos. El pH del plasma es "ligeramente" alcalino, igual que el intersticial. En realidad, esa alcalinidad en términos de concentración representa una mayor concentración de bases con respecto a la "neutralidad" del agua pura. TABLA 2.8 pH de algunos líquidos biológicos Líquido Plasma sanguíneo Líquido intersticial Líquido intracelular Jugo gástrico Leche humana Saliva Orina

pH 7.4 7.4 5.5-6.9 1.5-3.0 7.4 6.4-7.0 5.0-8.0

Esta "neutralidad" del plasma y otros líquidos corporales es de vital importancia para el correcto funcionamiento celular. Pero, ¿por qué tanto interés en la protección contra variaciones en la concentración de iones hidrógeno y no de iones hidroxilo? La respuesta está en base a que la célula produce más radicales ácidos que alcalinos como producto del metabolismo de los alimentos. El metabolismo completo de los carbohidratos, las grasas y algunos aminoácidos produce H 2 0 y C 0 2 lo cual origina H2CO3, que se ioniza en H + y HCO3. Se calcula que al día se producen más de 800 g de CO2 que equivalen a 10,000 a 15,000 milimoles de H + . Por otro lado, la combustión incompleta de los carbohidratos da origen a los ácidos pirúvico, láctico, acetoacético y otros. De forma análoga, las grasas producen ácidos orgánicos (ácidos grasos) y éstos, CO2 y agua. Los aminoácidos al desaminarse, se convierten en cetoácidos que son metabo-

lizados, igual que carbohidratos y grasas hasta CO2 y agua. Para darnos una idea de la magnitud de excreción de H + y CO2, consideremos la excreción promedio de hidrogeniones por orina. Con una dieta normal se excretan por ríñones entre 50-80 meq de H + como sulfatos (provenientes de cistina, etc), ácidos orgánicos (cuerpos cetónicos), etc, en una orina acida (pH 5). Cambios mínimos en las cifras de pH representan variaciones notables en la concentración de H + . Por ejemplo, un descenso de pH de 7.4 a 7.1 representa un aumento del doble en la concentración de hidrogeniones. Por esto, la eficiencia de los mecanismos reguladores del pH debe ser máxima. Los factores que contribuyen a reducir la carga acida del medio intra y extracelular y a mantener un pH plasmático alcalino son: 1. Amortiguadores químicos de los líquidos corporales y de las células que neutralizan los ácidos y bases tanto endógenos como exógenos. La neutralización química extracelular ocurre instantáneamente, no así la neutralización celular, que requiere de difusión de H + hacia el exterior de las células y ocurre en un periodo de varias horas. 2. Mecanismo regulador respiratorio. Éste ayuda a eliminar y regular la concentración de ácido carbónico y CO2, principal producto final ácido del metabolismo. Es un mecanismo de acción rápida. 3. Mecanismos de regulación renal. Los ríñones también pueden eliminar exceso de ácidos y bases del organismo, aunque este proceso ocurre lentamente, en un periodo de horas a días. Regulación sanguínea. Sistemas amortiguadores Un sistema amortiguador, tampón o "buffer" consiste en la mezcla de un ácido o base dé-

bil y su sal; su finalidad es impedir o amortiguar las variaciones de pH. La mezcla ácido débil/sal, llamada "par amortiguador", al disociarse produce un ion común conocido también como base conjugada en virtud de que puede aceptar protones. Por ejemplo: %

H2C03 "

H + + HCO3

el H 2 C 0 3 es el ácido débil y el HCO3 su base conjugada. En el par amortiguador H2CO3 / NaHCCb: H2C03

H+ + H C O ¡

V

NaHC03

V

^ Na + + H C O ¡

La base conjugada HCO3 es el ion común. Si a este par amortiguador se agrega un ácido fuerte, por ejemplo, HC1: N a H C 0 3 + HCl

- Na + + Cl" + H +

+ HCO3" Como productos de la reacción se obtienen: NaCl, que es una sal neutra y H2CO3, que es un ácido débil, y el pH no varía mucho. Si se agrega 1 mi de HCl 0.1N a 999 mi de H2O, el pH del agua disminuye de 7 a 4, o sea, aumenta mil veces la concentración de hidrogeniones. Una cantidad del mismo ácido agregada al mismo volumen de amortiguador de acetato O.IN, sólo hace variar el pH de 4.73 a 4.72. Si se agrega una base fuerte al mismo par amortiguador, por ejemplo, NaOH: H 2 C 0 3 + N a O H ^ N a + + HCO 3 H + + OH-

+

se obtiene en la reacción NaHC03, que es una base débil y H2O que es neutra; tampoco varía mucho el pH al final de la reacción. La concentración del par amortiguador al agregar un ácido o una base fuerte, así como la relación ácido/base conjugada, variará de acuerdo a las cantidades agregadas. En consecuencia, la disminución de ácido conjugado es igual a la cantidad de base conjugada formada y viceversa. En la Figura 2.18 se muestra la curva de titulación de un ácido débil. La acción de los amortiguadores puede describirse mediante curvas de titulación. Como puede verse en la figura 2.18, el pH cambia rápidamente en los extremos, pero lentamente en el centro de la curva; este efecto es el que se denomina amortiguación. En el centro de la curva se tienen concentraciones iguales del ácido débil y su base conjugada y es el mejor intervalo para el uso de un par conjugado como amortiguador; éste es, además, el punto en que el pH es igual al pKa del ácido débil. El pKa de un ácido débil es el logaritmo negativo de la constante de disociación. El pH de una solución amortiguadora puede calcularse mediante el empleo de la ecuación de Henderson-Hasselbach, que es una forma especial de la ley de acción de masas: [A]+ [ B ] ; = = ± [ C ] + [D] v2 Esta ley indica que la reacción directa Vi (a la derecha) es mayor si aumenta A o B, o disminuye C o D; la reacción inversa V2 (a la izquierda) es mayor si aumenta C o D, o disminuye A o B. En el equilibrio, la velocidad de la reacción directa e inversa son iguales y dependen de una constante llamada constante de equilibrio (Keq).

Esta ley se puede aplicar a la disociación de un ácido y la K se denomina constante de disociación (Ka). Cuando más fuerte es el ácido que se ioniza, mayor será el valor de Ka; cuanto más débil y menos disociado es el ácido, menor será el valor de Ka. La reacción de disociación del ácido carbónico puede representarse:

Los amortiguadores químicos del cuerpo En el organismo, los amortiguadores de importancia fisiológica son mezclas de ácidos débiles y sus correspondientes bases conjugadas. Existen cuatro sistemas amortiguadores en el cuerpo que ayudan a mantener constante el pH: a) El sistema bicarbonato/ácido carbónico que actúa principalmente en el espacio extracelular. b) El sistema de fosfatos, importante en el espacio intracelular, sobre todo en eritrocitos y células tubulares del riñon. c) El sistema de las proteínas que actúa predominantemente a nivel tisular, aunque también actúa en el plasma. d) El sistema amortiguador de las hemoglobinas. El sistema bicarbonato es de los amortiguadores más importantes por varios motivos: a) la producción de CO2 en los tejidos es constante; b) su transporte por la circulación en forma de H2CO3; y c) la concentración de H2CO3 se mantiene constante por la eliminación alveolar de CO2. Examinaremos este amortiguador con detalle ya que su comprensión es la clave para entender el equilibrio ácido base. En primer lugar, lo que se considera como ácido en este amortiguador es el CO2, que realmente es un anhídrido del ácido. Reacciona con el agua para formar ácido carbónico, el cual es un ácido débil típico: anhidrasa

C02 + H20

;

^

H2C03

carbónica

En los eritrocitos la mayor parte del bióxido de carbono reacciona con el agua por acc i ó n de una e n z i m a i n t r a c e l u l a r , la anhidrasa carbónica. En cambio, la ionización del ácido carbónico es una reacción rápida y espontánea. H 2 C 0 3 ; = r = ^ H + + HCOj

Si se suman estas dos ecuaciones, se anula el H2CO3 y el resultado es: C0 2 + H 2 0 ^ = ^ H+ + HCOj

pKa = 6.1

La eliminación del H2CO3 es realista ya que simplifica las cosas; de hecho, el H2CO3 es insignificante desde el punto de vista cuantitativo, debido a que el equilibrio de la reacción C 0 2 + H 2 0 ^ = ^ H 2 C 0 3 está muy desplazado a la izquierda; el H2CO3 está presente en una concentración de 1/200 de la del C 0 2 disuelto. Para convertir el valor normal de CO2 en términos de presión parcial ( p C 0 2 = 40 mm Hg) a valores en meq/litro, se multiplica la pCC>2 por un factor de conversión (0.03). p C 0 2 (0.03). = meq/litro; 40 mm Hg (0.03)= 1.2 meq/íiiro La nueva unidad de presión del sistema internacional de pesas y medidas es el pascal (Pa). Así, un kilopascal (KPa) equivale a 7.5 mm Hg y la p C 0 2 de 40 mm Hg equivale a 5.33 KPa. La concentración de bicarbonato al pH plasmático de 7.4 es de 24 meq/litro, que en términos relativos da el valor de 20:1 considerado anteriormente. Las reglas del equilibrio químico indican que un amortiguador sólo es útil en un intervalo de pH que no varíe más allá de una unidad de su pKa. Así, el amortiguador bicarbonato con un pKa de 6.1 no debería ser efectivo contra el ácido carbónico en el intervalo de pH de 6.8 a 7.8; la forma en que este amortiguador es efectivo frente a ácidos no carbónicos en una zona de pH lejos de su pKa es otra de sus propiedades peculiares. La explicación radica en que al agregarse un ácido fuerte, la [HCO"3] disminuye formándose CO2. Pero el exceso de CO2 se exhala por lo que la proporción [HCCQ / [pC0 2 ] no cambia de forma tan espectacular. De modo semejante, si se'añade base fuerte, será neutralizada por el H2CO3, pero el CO2 será

oxigenada (Hb), de ahí que, en sangre venosa, la HHb (anión) acepta iones hidrógeno y el ácido carbónico viaja como bicarbonato. En cambio, en la sangre arterial, la HbC>2 libera H+ que se combinan con HCO3, para dar H2CO3 el cual por acción de la anhidrasa carbónica pulmonar, libera fácilmente C0 2 y agua (Figura 2.19). El aumento de la acidez de la hemoglobina cuando fija oxígeno se conoce como efecto Bohr. En resumen, para la hemoglobina puede escribirse

par amortiguador y éste a otro, de tal manera que la carga acida se reparte entre todos los anfóteros y amortiguadores; a esto se le conoce como principio isohídrico. R-CH-COCr ^ ^ H C l | ^ •—==»» NH 3 +

R-CH-COOH |

NH3+ cr ion dipolar ...... . (Zwittenon)

forma cationica

\+NaOH R-CH-COO" Na+ + H 2 0

forma aniónica

2.5.2 Mecanismos de compensación pulmonar El mecanismo pulmonar de compensación es rápido gracias a que la eliminación del CO2 proveniente del H2CO3 se lleva a cabo eficazmente merced a la enzima anhidrasa carbónica. Esta enzima intraeritrocitaria es muy activa; la reacción que cataliza: C02+ H 2 0 ^ = ^ H2C03 es de tal magnitud que alcanza el equilibrio en un segundo, menos del tiempo que permanece la sangre en el lecho capilar. El hombre normal en reposo elimina 200 mi de CO2 por minuto; durante el ejercicio intenso, este valor puede aumentar hasta 10 veces. Como la reacción que forma carbamino hemoglobina es libremente reversible, el valor de la presión parcial de CC^CpCC^) es el factor que determina la cantidad de carbamino hemoglobina. La sangre pasa por los pulmones en 0.75 segundos en un sujeto en reposo, y en 0.3 se-

gundos durante el ejercicio intenso. En condiciones normales de reposo, la pCC>2 de la sangre que sale de los pulmones (sangre arterial) es de 40 mmHg; a nivel celular, donde se desprende CO2, es de 60 mmHg. La pCÜ2 que sale de los tejidos (sangre venosa) es de 46 mmHg. Posteriormente, la sangre venosa vuelve a los pulmones donde se arterioliza al fijar 0 2 y despedir CO2 al aire alveolar, con lo que queda en equilibrio. La figura 2.20 esquematiza las presiones y dirección de flujo de CO2 entre los tejidos, sangre, pulmones y atmósfera. Cuando el pH de los líquidos cerebrales (LCR e intersticial) alcanza niveles cercanos a 7.2 los quimiorreceptores centrales del bulbo raquídeo estimulan la ventilación pulmonar de tal manera que se produce una marcada hiperventilación, que es máxima cuando se alcanza el valor de 7.0. Si la concentración de H2CO3 en sangre aumenta, se produce aumento en la pCC>2 del aire alveolar con la consecuente estimulación del centro respiratorio, lo que condiciona una disminución de la p C 0 2 del aire alveolar. Estos dos hechos tienden a llevar de nuevo la relación HCO3 /CO2 a su valor normal de 20:1, con lo que el pH recupera el valor de 7.4. 2.5.3

Regulación renal

Mientras que los mecanismos respiratorios compensan las alteraciones ácido-base a través del denominador CO2, los ríñones colaboran al control del pH actuando sobre el numerador HCO3 de la ecuación de Henderson-Hasselbach. Los mecanismos de compensación renal son lentos pero eficaces y completos. Son varios los mecanismos por los que el riñon excreta H + y retiene HCO3: a) Reabsorción de bicarbonato. Del túbulo proximal depende la mayor parte de la re-

absorción de los 4500 minóles de bicarbonato que filtra el glomérulo. La anhidrasa carbónica, que cataliza la hidratación del C 0 2 en ácido carbónico, se encuentra en las células epiteliales del túbulo proximal. El H2CO3 formado se disocia en HCO3 y H + . El H + es secretado hacia el lumen o luz tubular intercambiado por Na + el cual se reabsorbe junto con el ion HCO3 (Figura 2.21). La secreción de H + y la reabsorción de bicarbo-

nato serán incrementados por cualquier evento que aumente la concentración intracelular de hidrogeniones. Es por esta razón que tanto la deficiencia de K + como la hipercapnia ocasionan un aumento en la reabsorción de bicarbonato. El estado del volumen extracelular (VEC) ejerce efecto importante sobre la reabsorción de bicarbonato. Cuando el VEC está expandido la reabsorción de bicarbonato se

^

C0 2 «• H 2 0 1 anhid/asa carbónica

NaHC03

i l

¿céC