El organismo contiene una gran variedad de iones o electrolitos, que realizan una variedad de funciones. Algunos iones ayudan a la transmisión de los impulsos eléctricos a lo largo de las membranas celulares en las neuronas y los músculos. Otros iones ayudan a estabilizar las estructuras proteicas de las enzimas. Otros ayudan a liberar hormonas de las glándulas endocrinas. Todos los iones del plasma contribuyen al equilibrio osmótico que controla el movimiento del agua entre las células y su entorno.

Los electrolitos en los sistemas vivos incluyen el sodio, el potasio, el cloruro, el bicarbonato, el calcio, el fosfato, el magnesio, el cobre, el zinc, el hierro, el manganeso, el molibdeno, el cobre y el cromo. En términos de funcionamiento del cuerpo, seis electrolitos son los más importantes: sodio, potasio, cloruro, bicarbonato, calcio y fosfato.

Función de los electrolitos

Estos seis iones ayudan a la excitabilidad de los nervios, la secreción endocrina, la permeabilidad de las membranas, la amortiguación de los fluidos corporales y el control del movimiento de los fluidos entre los compartimentos. Estos iones entran en el cuerpo a través del tracto digestivo. Más del 90 por ciento del calcio y el fosfato que entra en el cuerpo se incorpora a los huesos y los dientes, sirviendo el hueso como reserva mineral para estos iones. En caso de que el calcio y el fosfato sean necesarios para otras funciones, el tejido óseo puede descomponerse para suministrar estos minerales a la sangre y a otros tejidos. El fosfato es un constituyente normal de los ácidos nucleicos; por lo tanto, los niveles de fosfato en sangre aumentarán siempre que los ácidos nucleicos se descompongan.

La excreción de iones se produce principalmente a través de los riñones, con cantidades menores perdidas en el sudor y en las heces. La sudoración excesiva puede causar una pérdida significativa, especialmente de sodio y cloruro. Los vómitos o la diarrea severos causarán una pérdida de iones de cloruro y bicarbonato. Los ajustes en las funciones respiratorias y renales permiten al organismo regular los niveles de estos iones en el LEC.

La siguiente tabla enumera los valores de referencia para el plasma sanguíneo, el líquido cefalorraquídeo (LCR) y la orina para los seis iones tratados en esta sección. En un entorno clínico, el sodio, el potasio y el cloruro suelen analizarse en una muestra de orina rutinaria. En cambio, el análisis de calcio y fosfato requiere una recogida de orina durante un periodo de 24 horas, ya que la producción de estos iones puede variar considerablemente a lo largo de un día. Los valores de la orina reflejan las tasas de excreción de estos iones. El bicarbonato es el único ion que normalmente no se excreta en la orina; en cambio, es conservado por los riñones para su uso en los sistemas de amortiguación del organismo.

Sodio

El sodio es el principal catión del líquido extracelular. Es responsable de la mitad del gradiente de presión osmótica que existe entre el interior de las células y su entorno. Las personas que siguen una dieta occidental típica, muy rica en NaCl, ingieren habitualmente entre 130 y 160 mmol/día de sodio, pero los seres humanos sólo necesitan entre 1 y 2 mmol/día. Este exceso de sodio parece ser un factor importante en la hipertensión (presión arterial alta) en algunas personas. La excreción de sodio se realiza principalmente por los riñones. El sodio se filtra libremente a través de los capilares glomerulares de los riñones, y aunque gran parte del sodio filtrado se reabsorbe en el túbulo contorneado proximal, una parte permanece en el filtrado y en la orina, y normalmente se excreta.

La hiponatremia es una concentración de sodio inferior a la normal, generalmente asociada a la acumulación excesiva de agua en el organismo, que diluye el sodio. Una pérdida absoluta de sodio puede deberse a una disminución de la ingesta del ion junto con su excreción continua en la orina. Una pérdida anormal de sodio del organismo puede ser el resultado de varias condiciones, como la sudoración excesiva, los vómitos o la diarrea; el uso de diuréticos; la producción excesiva de orina, que puede ocurrir en la diabetes; y la acidosis, ya sea la acidosis metabólica o la cetoacidosis diabética.

Una disminución relativa del sodio en sangre puede producirse por un desequilibrio de sodio en uno de los otros compartimentos de fluidos del organismo, como el FI, o por una dilución de sodio debida a la retención de agua relacionada con el edema o la insuficiencia cardíaca congestiva. A nivel celular, la hiponatremia provoca un aumento de la entrada de agua en las células por ósmosis, ya que la concentración de solutos dentro de la célula supera la concentración de solutos en el LEC ahora diluido. El exceso de agua provoca la hinchazón de las células; la hinchazón de los glóbulos rojos -disminuyendo su eficacia en el transporte de oxígeno y haciéndolos potencialmente demasiado grandes para pasar por los capilares- junto con la hinchazón de las neuronas en el cerebro puede provocar daños cerebrales o incluso la muerte.

La hipernatremia es un aumento anormal del sodio en sangre. Puede ser el resultado de la pérdida de agua de la sangre, lo que provoca la hemoconcentración de todos los componentes de la sangre. Los desequilibrios hormonales en los que intervienen la ADH y la aldosterona también pueden dar lugar a valores de sodio superiores a los normales.

Potasio

El potasio es el principal catión intracelular. Ayuda a establecer el potencial de membrana en reposo en las neuronas y las fibras musculares después de la despolarización de la membrana y los potenciales de acción. A diferencia del sodio, el potasio tiene muy poco efecto sobre la presión osmótica. Los bajos niveles de potasio en la sangre y el LCR se deben a las bombas de sodio-potasio de las membranas celulares, que mantienen los gradientes normales de concentración de potasio entre el LCR y el LEC. La recomendación de ingesta/consumo diario de potasio es de 4700 mg. El potasio se excreta, tanto activa como pasivamente, a través de los túbulos renales, especialmente el túbulo contorneado distal y los conductos colectores. El potasio participa en el intercambio con el sodio en los túbulos renales bajo la influencia de la aldosterona, que también depende de las bombas basolaterales de sodio-potasio.

La hipocalemia es un nivel de potasio en sangre anormalmente bajo. De forma similar a la situación de la hiponatremia, la hipocalemia puede producirse debido a una reducción absoluta de potasio en el organismo o a una reducción relativa de potasio en la sangre debido a la redistribución del potasio. Una pérdida absoluta de potasio puede producirse por la disminución de la ingesta, frecuentemente relacionada con la inanición. También puede producirse por vómitos, diarrea o alcalosis.

Algunos pacientes diabéticos insulinodependientes experimentan una reducción relativa de potasio en la sangre por la redistribución del mismo. Cuando se administra insulina y la glucosa es absorbida por las células, el potasio pasa a través de la membrana celular junto con la glucosa, disminuyendo la cantidad de potasio en la sangre y el FI, lo que puede causar la hiperpolarización de las membranas celulares de las neuronas, reduciendo sus respuestas a los estímulos.

La hipercalemia, un nivel elevado de potasio en sangre, también puede perjudicar la función de los músculos esqueléticos, el sistema nervioso y el corazón. La hiperpotasemia puede ser el resultado de un aumento de la ingesta de potasio en la dieta. En tal situación, el potasio de la sangre termina en el ECF en concentraciones anormalmente altas. Esto puede dar lugar a una despolarización parcial (excitación) de la membrana plasmática de las fibras musculares esqueléticas, las neuronas y las células cardíacas del corazón, y también puede conducir a una incapacidad de las células para repolarizarse. Para el corazón, esto significa que no se relajará después de una contracción, y efectivamente se «agarrotará» y dejará de bombear sangre, lo que es fatal en cuestión de minutos. Debido a estos efectos sobre el sistema nervioso, una persona con hiperpotasemia también puede mostrar confusión mental, entumecimiento y debilitamiento de los músculos respiratorios.

Cloruro

El cloruro es el anión extracelular predominante. El cloruro es uno de los principales contribuyentes al gradiente de presión osmótica entre la CIF y la CEC, y desempeña un papel importante en el mantenimiento de una hidratación adecuada. El cloruro sirve para equilibrar los cationes en el LEC, manteniendo la neutralidad eléctrica de este líquido. Las vías de secreción y reabsorción de iones de cloruro en el sistema renal siguen las vías de los iones de sodio.

La hipocloremia, o niveles de cloruro en sangre inferiores a los normales, puede producirse debido a una absorción tubular renal defectuosa. Los vómitos, la diarrea y la acidosis metabólica también pueden provocar hipocloremia. La hipercloremia, o los niveles de cloruro en sangre superiores a los normales, pueden producirse debido a la deshidratación, la ingesta excesiva de sal en la dieta (NaCl) o la ingestión de agua de mar, la intoxicación por aspirina, la insuficiencia cardíaca congestiva y la enfermedad pulmonar crónica hereditaria, la fibrosis quística. En las personas que padecen fibrosis quística, los niveles de cloruro en el sudor son de dos a cinco veces superiores a los niveles normales, y el análisis del sudor se utiliza a menudo en el diagnóstico de la enfermedad.

Pregunta de práctica

Mira este vídeo para ver una explicación del efecto del agua de mar en los seres humanos. ¿Qué efecto tiene beber agua de mar en el cuerpo?

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Beber agua de mar deshidrata el cuerpo ya que el cuerpo debe pasar el sodio por los riñones, y el agua le sigue.

Bicarbonato

El bicarbonato es el segundo anión más abundante en la sangre. Su función principal es mantener el equilibrio ácido-base del organismo formando parte de los sistemas tampón. Esta función se tratará en otra sección.

Los iones de bicarbonato son el resultado de una reacción química que comienza con el dióxido de carbono (CO2) y el agua, dos moléculas que se producen al final del metabolismo aeróbico. Sólo una pequeña cantidad de CO2 puede disolverse en los fluidos corporales. Así, más del 90 por ciento del CO2 se convierte en iones de bicarbonato, HCO3-, a través de las siguientes reacciones:

CO2+ H 2 ↔ H2 + CO3 ↔ H2 + CO3- + H +

Las flechas bidireccionales indican que las reacciones pueden ir en cualquier dirección, dependiendo de las concentraciones de los reactivos y productos. El dióxido de carbono se produce en grandes cantidades en los tejidos que tienen una alta tasa metabólica. El dióxido de carbono se convierte en bicarbonato en el citoplasma de los glóbulos rojos mediante la acción de una enzima llamada anhidrasa carbónica. El bicarbonato se transporta en la sangre. Una vez en los pulmones, las reacciones se invierten, y el CO2 se regenera a partir del bicarbonato para ser exhalado como residuo metabólico.

Calcio

Alrededor de un kilo de calcio del cuerpo está ligado al hueso, que le proporciona dureza y sirve de reserva mineral de calcio y sus sales para el resto de los tejidos. Los dientes también tienen una alta concentración de calcio en su interior. Algo más de la mitad del calcio de la sangre está unido a las proteínas, quedando el resto en su forma ionizada. Los iones de calcio, Ca2+, son necesarios para la contracción muscular, la actividad enzimática y la coagulación de la sangre. Además, el calcio ayuda a estabilizar las membranas celulares y es esencial para la liberación de neurotransmisores de las neuronas y de hormonas de las glándulas endocrinas.

El calcio se absorbe a través de los intestinos bajo la influencia de la vitamina D activada. Una deficiencia de vitamina D conduce a una disminución del calcio absorbido y, eventualmente, a un agotamiento de las reservas de calcio del sistema esquelético, lo que puede conducir al raquitismo en los niños y a la osteomalacia en los adultos, contribuyendo a la osteoporosis.

La hipocalcemia, o niveles sanguíneos de calcio anormalmente bajos, se observa en el hipoparatiroidismo, que puede seguir a la extirpación de la glándula tiroides, porque los cuatro nódulos de la glándula paratiroidea están incrustados en ella. La hipercalcemia, o niveles sanguíneos de calcio anormalmente altos, se observa en el hiperparatiroidismo primario. Algunas enfermedades malignas también pueden provocar hipercalcemia.

Fosfato

El fosfato está presente en el organismo en tres formas iónicas: {{text{H}_{2}{text{PO}_{4-}, {{text{HPO}_{4}^{2-}, y {{text{PO}_{4}^{3-}. La forma más común es {\text{HPO}_{4}^{2-}. Los huesos y los dientes reúnen el 85% del fosfato del cuerpo como parte de las sales de calcio-fosfato. El fosfato se encuentra en los fosfolípidos, como los que componen la membrana celular, y en el ATP, los nucleótidos y los tampones.

La hipofosfatemia, o niveles sanguíneos de fosfato anormalmente bajos, se produce con el uso excesivo de antiácidos, durante la abstinencia de alcohol y durante la desnutrición. Ante el agotamiento del fosfato, los riñones suelen conservar el fosfato, pero durante la inanición, esta conservación se ve afectada en gran medida. La hiperfosfatemia, o el aumento anormal de los niveles de fosfatos en la sangre, se produce si hay una disminución de la función renal o en casos de leucemia linfocítica aguda. Además, dado que el fosfato es un constituyente principal del FCI, cualquier destrucción significativa de las células puede dar lugar a un vertido de fosfato en el FCI.

Regulación del sodio y el potasio

El sodio se reabsorbe del filtrado renal, y el potasio se excreta en el filtrado en el túbulo colector renal. El control de este intercambio se rige principalmente por dos hormonas: la aldosterona y la angiotensina II.

Aldosterona

Figura 1. La aldosterona, liberada por la glándula suprarrenal, facilita la reabsorción de Na+ y, por tanto, la reabsorción de agua.

Recordemos que la aldosterona aumenta la excreción de potasio y la reabsorción de sodio en el túbulo distal. La aldosterona se libera si los niveles de potasio en sangre aumentan, si los niveles de sodio en sangre disminuyen gravemente o si la presión arterial disminuye. Su efecto neto es conservar y aumentar los niveles de agua en el plasma reduciendo la excreción de sodio, y por tanto de agua, por los riñones. En un bucle de retroalimentación negativa, el aumento de la osmolalidad del ECF (que sigue a la absorción de sodio estimulada por la aldosterona) inhibe la liberación de la hormona.

Angiotensina II

La angiotensina II provoca vasoconstricción y un aumento de la presión arterial sistémica. Esta acción aumenta la tasa de filtración glomerular, con lo que se filtra más material de los capilares glomerulares hacia la cápsula de Bowman. La angiotensina II también señala un aumento de la liberación de aldosterona desde la corteza suprarrenal.

En los túbulos contorneados distales y los conductos colectores de los riñones, la aldosterona estimula la síntesis y la activación de la bomba de sodio-potasio. El sodio pasa desde el filtrado, dentro y a través de las células de los túbulos y los conductos, al ECF y luego a los capilares. El agua sigue al sodio debido a la ósmosis. Así, la aldosterona provoca un aumento de los niveles de sodio en la sangre y del volumen sanguíneo. El efecto de la aldosterona sobre el potasio es el inverso al del sodio; bajo su influencia, el exceso de potasio es bombeado al filtrado renal para su excreción del organismo.

Figura 2. La angiotensina II estimula la liberación de aldosterona desde la corteza suprarrenal.

Regulación del calcio y el fosfato

El calcio y el fosfato se regulan a través de las acciones de tres hormonas: la hormona paratiroidea (PTH), la dihidroxivitamina D (calcitriol) y la calcitonina. Las tres se liberan o sintetizan en respuesta a los niveles de calcio en la sangre.

La PTH es liberada por la glándula paratiroidea en respuesta a una disminución de la concentración de calcio en la sangre. La hormona activa los osteoclastos para que rompan la matriz ósea y liberen sales inorgánicas de calcio-fosfato. La PTH también aumenta la absorción gastrointestinal del calcio de la dieta al convertir la vitamina D en dihidroxivitamina D (calcitriol), una forma activa de vitamina D que las células epiteliales intestinales necesitan para absorber el calcio.

La PTH aumenta los niveles de calcio en sangre al inhibir la pérdida de calcio a través de los riñones. La PTH también aumenta la pérdida de fosfato a través de los riñones.

La calcitonina es liberada por la glándula tiroides en respuesta a los niveles elevados de calcio en sangre. La hormona aumenta la actividad de los osteoblastos, que eliminan el calcio de la sangre e incorporan el calcio a la matriz ósea.

Repaso del capítulo

Los electrolitos cumplen varias funciones, como ayudar a conducir los impulsos eléctricos a lo largo de las membranas celulares en las neuronas y los músculos, estabilizar las estructuras enzimáticas y liberar hormonas de las glándulas endocrinas. Los iones del plasma también contribuyen al equilibrio osmótico que controla el movimiento del agua entre las células y su entorno. Los desequilibrios de estos iones pueden provocar diversos problemas en el organismo, y sus concentraciones están estrechamente reguladas. La aldosterona y la angiotensina II controlan el intercambio de sodio y potasio entre el filtrado renal y el túbulo colector renal. El calcio y el fosfato están regulados por la PTH, el calcitrol y la calcitonina.

Autocomprobación

Responda a la(s) siguiente(s) pregunta(s) para comprobar el grado de comprensión de los temas tratados en la sección anterior.

Preguntas de pensamiento crítico

1. Explique cómo el CO2 generado por las células y exhalado en los pulmones es transportado como bicarbonato en la sangre.
2. ¿Cómo se puede tener un desequilibrio en una sustancia, pero no tener realmente niveles elevados o deficientes de esa sustancia en el cuerpo?

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1. Muy poco del dióxido de carbono en la sangre se lleva disuelto en el plasma. Se transforma en ácido carbónico y luego en bicarbonato para mezclarse en el plasma para su transporte a los pulmones, donde vuelve a su forma gaseosa.
2. Sin tener un exceso o una deficiencia absoluta de una sustancia, se puede tener demasiado o muy poco de esa sustancia en un compartimento determinado. Tal aumento o disminución relativa se debe a una redistribución del agua o del ion en los compartimentos del cuerpo. Esto puede deberse a la pérdida de agua en la sangre, lo que conduce a una hemoconcentración o dilución del ion en los tejidos debido a un edema.

Glosario

dihidroxivitamina D: forma activa de la vitamina D requerida por las células epiteliales intestinales para la absorción del calcio

hipercalcemia: aumento anormal de los niveles de calcio en sangre

hipercloremia: niveles de cloruro en sangre superiores a los normales

hipercalemia: niveles de potasio en sangre superiores a los normales

hipernatremia: aumento anormal de los niveles de sodio en sangre

hiperfosfatemia: niveles de fosfato en sangre anormalmente elevados

hipocalcemia: niveles de calcio en sangre anormalmente bajos

hipocloremia: niveles de cloruro en sangre inferiores a los normales

hipocalcemia: niveles de potasio en sangre anormalmente reducidos

hiponatremia: niveles de sodio en sangre inferiores a los normales

hipofosfatemia: niveles de fosfato en sangre anormalmente bajos

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