Tamponamiento y la ecuación de Henderson-Hasselbalch

En todo el cuerpo humano se producen en cada instante billones de reacciones bioquímicas mediadas por enzimas. Las enzimas son tipos de proteínas y, por lo general, son sensibles incluso a los cambios más leves del entorno, en particular a cosas como la concentración de iones hidrógeno.

Por este motivo, el pH de la sangre, que corresponde a la concentración de iones hidrógeno, debe mantenerse en un intervalo muy estrecho, entre 7,37 y 7,42.

Si el pH sanguíneo sube o baja más de unas décimas de unidad, puede provocar la muerte.

Ahora bien, las células generan ácidos y bases todo el tiempo. Por ello, el organismo dispone de varios mecanismos para hacer frente a estas moléculas y mantener el pH sanguíneo dentro de los límites normales.

El primer científico que estudió uno de estos mecanismos fue Robert Pitts.

Pitts inyectó 150 mEq de ácido clorhídrico HCl a su perro.

Calculó que el cuerpo de su perro contenía un total de 11,4 litros de agua, por lo que, por separado, Pitts puso 150 mEq de ácido clorhídrico HCl en un volumen de 11,4 litros de agua.

El pH de la sangre del perro bajó de 7,44 a 7,14, que es muy bajo, pero no mortal.

En el agua, el pH bajó de 7 a 1,84, y eso habría matado al perro al instante.

Basándose en esto, Pitts llegó a la conclusión de que su perro tenía un amortiguador en sus fluidos corporales, y el perro llegó a la conclusión de que ya no podía confiar en Pitts para que cuidara de él.

Los amortiguadores fisiológicos evitan que el pH aumente o disminuya con demasiada rapidez.

La razón por la que el cuerpo necesita amortiguadores es que el cuerpo genera ácidos (moléculas que ceden fácilmente sus iones hidrógeno) todo el tiempo.

De este modo, el organismo necesita una forma de manejar los iones hidrógeno adicionales que se liberan sin tener un cambio importante en el pH general.

Para ello, los amortiguadores suelen ser un ácido débil con su forma de base conjugada o una base débil con su forma de ácido conjugado.

El ácido débil podría simbolizarse como HA, donde A representa moléculas como el flúor o el acetato. Y el hecho de que sea débil significa que tiene un efecto "débil" sobre el pH, porque no se disocia completamente en el agua.

Por ejemplo, si añadiéramos 100 moléculas de HA en 1 ml de agua, solo una pequeña fracción, digamos 5 de las 100 moléculas de HA, se disociarían o descompondrían en hidrógeno H+ y su base conjugada A-: 10 HA ⇄ 9 HA + 1 H+ + 1 A-.

Les gusta mantener este equilibrio. Así que, si eliminamos algunos iones hidrógeno, el HA se disociará y liberará un ion hidrógeno y A-, manteniendo ese equilibrio. Y si añadimos iones hidrógeno, el A- se unirá a un ion hidrógeno para formar HA.

Puesto que mantiene este equilibrio, la llamamos reacción de equilibrio, y HA ⇄ H+ + A-.

Por definición, esta reacción de equilibrio puede avanzar o retroceder en función de las concentraciones de las moléculas, lo que se conoce como principio de Le Chatelier.

Imaginemos que tenemos un depósito de agua que, en un momento dado, tiene iones hidrógeno flotando e iones hidróxido en equilibrio con el agua. Imagine que añadimos una base fuerte, como el hidróxido sódico NaOH al agua.

Como es una base fuerte, el hidróxido de sodio se disociaría casi completamente en iones Na+ sodio e iones OH- hidróxido, y los iones hidróxido se unirían a cualquier ión H+ hidrógeno disponible. Esta rápida pérdida de hidrógeno aumenta el pH muy rápido.