Sales Minerales y Electrolitos

Introducción

Las SALES MINERALES son moléculas inorgánicas que se encuentran disueltas o en estado sólido (precipitadas) en todos los seres vivos y que también se pueden asociar a otras moléculas orgánicas. Las sales minerales disueltas se encuentran disociadas en IONES y forman parte de los líquidos corporales -medios internos intra y extracelulares-.

Electrolitos

Los ELECTROLITOS son iones que existen en los líquidos corporales. En términos simples, el electrolito es un material que se disuelve en agua para producir una solución que conduce una corriente eléctrica.

Aniones y Cationes

Los iones con carga negativa (ANIONES) más abundantes en los organismos son:

• Cloruros (Cl-)
• Fosfatos (PO43-)
• Carbonatos (CO32-)
• Bicarbonatos (HCO3-)
• Nitratos (NO3-)

Los iones con carga positiva (CATIONES) más abundantes en la materia viva son:

• Sodio (Na+)
• Calcio (Ca2+)
• Magnesio (Mg2+)
• Hierro (Fe2+ y Fe3+)
• Potasio (K+)

Los principales electrolitos del organismo son:

• CATIONES: Ca2+ Mg2+ Na+ K+
• ANIONES: Cl- HCO3- HPO3

Los principales cationes en el líquido extracelular son Na+ y K+, mientras que los principales aniones son Cl- y HCO3-. Los electrolitos están presentes en la sangre como ÁCIDOS, BASES y SALES y se pueden medir por medio de estudios de la sangre en el laboratorio.

Soluciones de Electrolitos

Las soluciones de electrolitos se forman normalmente cuando una sal se coloca en un solvente como el agua y los componentes individuales se disocian debido a las interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto, en un proceso denominado solvatación. Por ejemplo, cuando la sal común (NaCl) se coloca en agua, sucede la siguiente reacción: NaCl → Na+ + Cl-.

También es posible que las sustancias reaccionen con el agua cuando se les agrega a ella, produciendo iones. Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2) reacciona con el agua para producir una solución que contiene iones hidronio (H+), bicarbonato (CO3H2-) y carbonato (CO32-).

Unidades de Concentración

Las concentraciones de electrolitos, antiguamente expresadas en mEq/l, se expresan actualmente en unidades del S.I. En el S.I. las unidades son de mmol/l. Un mEq equivale a un mmol para iones monovalentes, luego los valores numéricos utilizados para el Cl-, Na+ y K+ son los mismos en los dos sistemas.

Funciones de los Electrolitos

Las concentraciones relativas y absolutas de estos electrolitos afectan al metabolismo, y determinan factores tan importantes como:

• La osmolaridad
• El estado de hidratación
• La acidez de la sangre (pH) del líquido extracelular e intracelular

Las diferencias de concentración existentes entre los electrolitos del líquido extracelular e intracelular regulan los potenciales de membrana y el funcionamiento normal del tejido nervioso y muscular.

Regular la Presión Osmótica y el Volumen Celular

La presencia de sales en el medio celular interno es determinante para que se realice la entrada y salida de agua a través de la membrana citoplasmática. Los medios con una concentración salina alta son hipertónicos respecto a los que tienen menos concentración salina que son hipotónicos. Si el medio celular interno es hipertónico respecto al exterior se produce una entrada de agua que ocasiona un aumento del volumen celular. Si la concentración iónica en el interior es menor que en el exterior se produce el efecto contrario.

Mantener el Grado de Salinidad en los Organismos

La concentración de iones se mantiene dentro de unos ciertos límites en los diferentes organismos. En un mismo organismo las concentraciones pueden variar de unos compartimentos a otros en el interior celular.

Regulación del pH

La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un valor determinado de pH. Las reacciones químicas que tienen lugar en los organismos producen variaciones del pH y algunas sales minerales contribuyen a disminuir estas variaciones manteniendo constante el pH. Las disoluciones de sales que realizan esta función se denominan tampones o disoluciones amortiguadoras.

Los más importantes son el TAMPÓN FOSFATO (H2PO4- / HPO42-) en el medio intracelular y el sistema TAMPÓN BICARBONATO (HCO3- / H2CO3) en el medio extracelular.

H2PO4- + H2O ↔ HPO42- + H3O+

Generar Potenciales Eléctricos

Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismos que los del medio externo; por ese motivo hay una diferencia de cargas eléctricas entre los dos lados de la membrana. Esta distribución desigual de iones provoca la existencia de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica.

Funciones Generales y Específicas

Así pues, los iones de las sales minerales cumplen diversas funciones que pueden ser de tipo general, colaborando en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno, o específico según el medio donde se encuentren. Además se pueden asociar a otras moléculas orgánicas como lípidos, glúcidos o proteínas.

Osmolaridad

Osmolaridad: La osmolaridad es una propiedad de las disoluciones que se define como el número de partículas de soluto (expresado en moles) por unidad de volumen de la solución (Osm/litro). Una solución que contiene 1osmol de soluto por litro de disolución tiene una concentración 1 osmolar.

La osmolaridad de una disolución depende sólo del número de partículas de la solución, el tamaño o carga del ión o molécula no afecta a la determinación.

Osmolalidad Plasmática

Osmolalidad plasmática: Los valores normales son 280-300 mOsmoles por litro de plasma (o 320 por litro de agua de plasma). La mayor aportación de esta osmolaridad se debe al sodio, por lo cual los cambios en la concentración de sodio afectan a la hidratación celular. Los solutos no electrolitos (glucosa y urea) representan únicamente 10 mOsmoles, pero variaciones patológicas importantes contribuyen significativamente a aumentos en la osmolaridad. Variaciones en las concentraciones de calcio, potasio, magnesio no alteran de forma significativa la osmolaridad.

Osmolalidad Urinaria

Osmolalidad urinaria: Su valor normal es de 100-900 mOsm/Kg. Tras una restricción de líquido de más de 12 horas, la osmolalidad, en condiciones fisiológicas, debería ascender por encima de 800 mOsm/Kg.

Importancia del Equilibrio de Electrolitos

Por tanto: Es importante mantener un equilibrio de electrolitos en el cuerpo; se pierden electrolitos cuando se suda y se debe reemplazarlos tomando líquidos. Cambios en la cantidad de agua o solutos hacen que el agua difunda de uno a otro compartimento hasta equilibrar la presión osmótica.

Aunque los iones y moléculas disueltos es diferente entre los distintos compartimentos, en ausencia de actividad, la presión osmótica es semejante en todos los líquidos corporales. Si hay actividad aparecen gradientes de presión osmótica que desaparecen cuando cesa la actividad.

Las alteraciones en el equilibrio hidroelectrolítico se presentan como resultado de una complicación de una enfermedad de base, por tanto no son patologías aisladas sino que hay que entenderlas en un contexto.

Mantenimiento del Equilibrio Hidroelectrolítico

En condiciones normales hay un equilibrio entre la ingesta de líquidos y su eliminación manteniendo constante la cantidad total de agua en el organismo.

Ingestión diaria de agua:

• 1000 ml ingestión de líquidos
• 800 ml procedentes de alimentos sólidos
• 400 ml originados en las reacciones metabólicas

Eliminación diaria de agua:

• 1000 ml mediante sudor y respiración
• 1000 ml orina
• 200 ml en las heces

Las necesidades de electrolitos son muy variables y se absorben por transporte activo -con consumo de energía-, difusión pasiva -por diferencia de gradiente- y mediante difusión facilitada -acompañando al agua-.

Regulación del Equilibrio Hidroelectrolítico

La regulación del equilibrio hidroelectrolítico depende de:

• Aparato respiratorio, mediante variaciones en la frecuencia respiratoria.
• Aparato renal, el más importante:
  • Déficit de agua → Aumento de la reabsorción renal → Aumento de la osmolaridad urinaria.
  • Exceso de agua → Disminución de la reabsorción → Disminución de la osmolaridad urinaria.
• Hormona adiuretina (ADH), que actúa a nivel de los túbulos colectores aumentando la reabsorción de agua.
  • ↑ Osmolaridad plasmática → Estímulo secreción ADH → ↑ reabsorción agua → ↑ concentración orina.
  • ↓ Osmolaridad plasmática → Inhibe la secreción de ADH → ↓ reabsorción agua → ↓ concentración orina

Evaluación del Equilibrio Hidroelectrolítico

• Determinando la osmolaridad plásmática o urinaria.
• Calculando el peso específico de la orina.
• Determinando electrolitos.
• Analizando la funcionalidad de la hormona adiuretina (ADH).

Sodio (Na+)

El Na+ es el principal CATIÓN presente en el líquido extracelular (90%).

• Tiene un papel fundamental en el equilibrio iónico del organismo.
• El Na+ penetra en el organismo por vía digestiva a través de la ingestión tanto de líquidos como de sólidos, absorbiéndose por difusión pasiva a la sangre. La ingesta normal oscila entre 100-250 mmoles.
• La ELIMINACIÓN es a través de la orina y algo a través del sudor y las heces.
• El nivel habitual de Na+ en la orina varía desde 30 a 280 mmol/día.
• La eliminación de Na+ a través del riñón está regulada por su concentración en sangre; se elimina por filtración glomerular y se reabsorbe por vía tubular en función del balance hidro-salino.
• La membrana capilar es permeable al Na+ por lo que la atraviesa en un sentido u otro, dependiendo de las presiones hidrostáticas y oncóticas en juego. El desplazamiento del sodio es paralelo a la del cloro.

Funciones Biológicas del Sodio

• Mantenimiento de la presión osmótica.
• Equilibrio ácido-base: intercambio de iones Na+ y H+ en función del pH.
• Participa en la transmisión de los impulsos nerviosos.

Determinación del Ion Sodio en Sangre y Orina

Fotometría de Llama

Una técnica ideal para la determinación del Na+ debe ser, además de exacta y precisa, rápida y simple de efectuar. La fotometría de llama cubre todos estos requisitos y es por ello el método corrientemente utilizado.

Al seleccionar el fotómetro de llama hay que procurar que reúna una serie de características:

• Elevada sensibilidad.
• Determinación simultánea del Na+ y K+.
• Registro digital o impreso de las lecturas, con posibilidad de conectar a ordenadores.
• En general se utiliza para la dilución de las muestras problema y de las soluciones patrón (1/200) una solución que contiene un patrón interno de litio.
• Las diluciones así preparadas son aspiradas pasando a una llama de propano-aire donde los átomos de metal excitados emiten una radiación característica. Se aíslan las líneas correspondientes al Na+ a 589 nm mediante el correspondiente filtro y la radiación así filtrada se transmite a un detector y finalmente es leída en forma digital.

Obtención de Muestras

Es absolutamente necesario tener un escrupuloso cuidado en todos los detalles referentes a la obtención de muestras. Cuando se miden sueros con concentraciones normales de Na+, las soluciones medidas contienen 7×10-4 mmol/ml; es evidente que la más pequeña contaminación es capaz de alterar drásticamente los resultados.

El material de vidrio empleado debe ser de borosilicato (Pirex) y debe estar rigurosamente limpio. Siempre que sea posible es aconsejable utilizar recipientes de plástico para evitar la contaminación con iones. Si se analiza plasma pueden emplearse tubos siliconados, tubos con heparinato de litio o tubos con oxalato de litio como anticoagulante.

Estabilidad de las muestras de suero: El Na+ en el suero es estable durante un mínimo de dos semanas, tanto a temperatura ambiente como en nevera.

Exactitud y precisión: La precisión entre diferentes series analíticas es de aproximadamente ±3% para cifras de Na+ situadas dentro de los límites normales.

Otros Métodos

• Absorción atómica.
• Potenciometría: los ELECTRODOS CON SELECTIVIDAD IÓNICA son actualmente de los más utilizados y se han adaptado para sistemas automatizados.

Resultados e Interpretación del Sodio

Valores normales:

• Suero: 135-150 mmol / l.
• Orina: 30-280 mmol / día

Los valores normales en suero parece que no presentan diferencias significativas entre uno y otro sexo. Se observa un ligero aumento después de las comidas. La eliminación normal en orina cada 24 h es muy variable dependiendo fundamentalmente de la dieta. La excreción durante el sueño es más baja, del orden de 1/5 de la máxima diurna.

En diversos procesos patológicos puede detectarse:

• HIPONATREMIA: Por pérdida excesiva de Na+ como por ejemplo en vómitos, diarreas, tratamientos diuréticos o nefropatías con pérdida de sal.
• HIPERNATREMIA: Por pérdida excesiva de agua corporal, como sudoración, diarrea, diabetes insípida, etc. Por exceso de Na+ en la ingesta.

Potasio (K+)

El potasio es el principal CATIÓN INTRACELULAR y solo un 2% de K+ es extracelular.

• El ingreso diario de K+ proviene de la dieta y es de 50-150 mmol/ día.
• Los riñones, en general, excretan entre el 80-90% de la cantidad ingerida, fundamentalmente por secreción a nivel del túbulo distal.
• El intercambio entre células y el espacio extracelular es muy activo, en 48 h se renueva un 90%.

Funciones del Potasio

• Aumenta la presión osmótica intracelular.
• Regulación del pH: en el túbulo renal los iones H+ se intercambian por los iones K+ y es el principal amortiguador dentro de la célula.
• Mantiene activos ciertos sistemas enzimáticos.
• Interviene en la excitabilidad neuromuscular.

En el control del balance de K+ juega un papel importantísimo el riñón.

Determinación del Ion Potasio en Sangre y Orina

Química

Tras eliminar el ión amonio que puede interferir, con ácido nitroso, se precipita el ión K como cobalnitrito potásico y los grupos NO2 del compuesto se dosifican por manganimetría.

Fotometría de Llama

Por las mismas razones expuestas para el Na+, también aquí la fotometría de llama es el método de elección. En general el K+ se determina junto al Na+. Prácticamente está todo dicho, solo que para el K+ se utiliza la línea de 766 nm.

Fluorescencia de Rayos X

Cuando se coloca un elemento en un haz de rayos X, los átomos que absorbe se excitan y emiten radiación de longitud de onda característica. Los análisis cuantitativos se realizan midiendo la intensidad de la fluorescencia a la ë característica. Este método puede aplicarse a la mayoría de los elementos a partir de Z = 11. Por ello es útil para el K pero no para el Na.

Otros Métodos

• Electrodos de sensibilidad iónica.
• Absorción atómica.

Fotometría de Llama: Obtención de Muestras

La obtención de la muestra de sangre exige una técnica rigurosa. La punción venosa puede efectuarse sin quitar el torniquete, pero se ha publicado que el hecho de abrir y cerrar el puño 10 veces con el torniquete aplicado da lugar a un incremento en la cifra de K+ del orden del 10-20% más elevado, el cual persiste durante 2 minutos.

Puede determinarse el K+ tanto en suero como en plasma. Como anticoagulante no deberá utilizarse ninguno que lleve K. Debe evitarse la hemólisis pues la concentración de K+ en los hematíes es 20 veces superior a la del suero o plasma. Si la hemólisis se produce en una muestra de sangre recién extraída puede efectuarse la siguiente corrección:

K sérico corregido = K sérico mmol/l – (3’3 x gramos Hb/100 ml). Los gramos de hemoglobina en 100 ml deben determinarse primero.

Por otra parte, cuando el suero o plasma está en contacto directo con los eritrocitos, se observa una variación en la concentración de K en estos, ya que hay un transporte activo de K al interior del hematíe. Queda pues clara la necesidad de separar el suero o plasma de los hematíes en un espacio no superior a 30-60 minutos después de la extracción.

Estabilidad de las muestras: Es estable en un mínimo de 2 semanas tanto a temperatura ambiente como en nevera.

Resultados e Interpretación del Potasio

Valores normales:

• Suero: 3’6-5’5 mmol/l
• Orina: 26-123 mmol

La excreción normal de orina depende en gran parte de la dieta. Hay una gran variación diurna y la excreción nocturna es del orden de 5 veces inferior a la máxima del día.

Los trastornos del metabolismo del potasio pueden ser:

• HIPOPOTASEMIA O HIPOCALIEMIA: Por ejemplo por aporte insuficiente, diuréticos, etc.
• HIPERPOTASEMIA O HIPERCALIEMIA: Ej. insuficiencia renal.

Tanto la hipo como la hiperpotasemia interfieren la función del sistema neuromuscular y también del miocardio.

Cloro (Cl-)

El cloro es un elemento que se encuentra en el organismo como ión cloruro (Cl-).

• Es el principal ANIÓN EXTRACELULAR.
• El cloruro es un electrolito que representa alrededor del 0.15% del peso corporal.
• Funciona junto con otros electrolitos, como el potasio, el sodio y el dióxido de carbono para ayudar a conservar el equilibrio apropiado de líquidos corporales y mantener el equilibrio ácido-básico del cuerpo.
• La mayor parte del cloro es absorbido y el exceso se excreta conjuntamente con los cationes en la orina.

Funciones del Cloro

• Desempeña un papel importante en las acciones de tampón, concretamente en el intercambio O2/CO2 en los eritrocitos. Cuando la sangre se oxigena el cloro va de los hematíes al plasma.
• Interviene en el balance electrolítico renal.
• Interviene en procesos secretores como el de secreción de HCl por las células parietales del estómago.

Determinación del Ion Cloruro en Sangre y Orina

La inmensa mayoría de técnicas habitualmente utilizadas para determinar el cloruro recurren a una conjugación previa de este elemento con Ag o Hg para formar ClAg o Cl2Hg no disociados.

1. Mercurimetria

En esta técnica se titula el cloruro con una solución patrón de Hg+2 lo que da lugar a la formación de Cl2Hg no disociado pero soluble. El punto final de la titulación viene detectado por la aparición de un color violeta que se produce cuando el exceso de Hg+2 forma un complejo con el indicador que es la difenilcarbazona.

Esquema de la Mercurimetría

Cl- + Ag+ (exceso, cantidad conocida) -> Ag+ + Ag+ (exceso)

Ag+ (Exceso) + SNC- + Fe+3 -> complejo coloreado

Para sueros ictéricos, se utiliza H2O2 y un calentamiento breve lo cual elimina la necesidad de desproteinizar, evitando en cambio la presencia de pigmentos tales como la bilirrubina, capaces de interferir en la aparición del punto final.

2. Precipitación con NO3Ag: Argentimetría

Se precipita el Cl- con NO3Ag, titulándose el exceso de Ag+ con tiocianato (SCN-) empleado como indicador el ión férrico

3. Métodos Espectrofotométricos

3.1. Reacción con Tiocianato Mercúrico

El Cl- reacciona con el tiocianato mercúrico liberando SCN-, el cual reacciona con Fe (III) dando un complejo coloreado que puede medirse por espectrofotometría.

3.2. Fotometría de Llama

Es una determinación indirecta. En esta técnica se agrega a la muestra un exceso de nitrato de plata, se elimina el cloruro de plata precipitado y se deja en disolución el exceso de Ag, la cual se determina mediante fotometría a una ë de 337 ó 338 nm. La muestra de suero debe diluirse 400 veces, de esta forma no se observan interferencias.

3.3. Absorción Atómica

De forma similar al caso anterior se utiliza la absorción atómica, aunque en este caso se utiliza otra ë al medir la Ag en exceso que es de 328 nm.

Resultados e Interpretación del Cloro

Las cifras, tanto para el suero o plasma como para la sangre total son más elevadas para las mujeres que para los hombres.

Los valores de Cl- se ven muy influenciados por las variaciones de otros iones, fundamentalmente del Na+, al que suele seguir en sus cambios, y del HCO3- con cambios en sentido opuesto.

Se da una HIPOCLOREMIA cuando el Cl- sérico es bajo. Esto se observa cuando existe una pérdida excesiva del Cl- por el organismo, por Ej. Pérdidas gastrointestinales, enfermedades renales con pérdida de Na+.

Se da una HIPERCLOREMIA en el curso de las acidosis metabólicas como consecuencia de una excesiva pérdida de HCO3-.

Finalmente diremos que la determinación del Cl- en el sudor es útil en el diagnóstico de la fibrosis quística que es una alteración de las glándulas exocrinas y en especial del páncreas.