Concentración de hidrogeniones

Qué es la concentración de hidrogeniones

Un hidrogenión es, en sentido estricto, un protón: el átomo de hidrógeno despojado de su único electrón. En disolución acuosa ese protón no permanece libre, sino que se asocia al agua para formar el ion hidronio (H₃O⁺), pero la literatura médica sigue refiriéndose a él simplemente como "ion hidrógeno" o "H⁺". La concentración de estos iones en los líquidos biológicos es extraordinariamente baja en comparación con la de otros electrolitos: mientras que el sodio plasmático se mueve en torno a 140 mmol/L, la concentración normal de H⁺ ronda los 40 nanomoles por litro (0,000000040 mol/L). Manejar cifras tan pequeñas resultaba poco práctico, y ese fue precisamente el problema que Søren Peter Lauritz Sørensen se propuso resolver.

La escala de pH y el trabajo de Sørensen en Carlsberg

En 1909, Sørensen trabajaba como director del departamento de química del Laboratorio Carlsberg, en Copenhague, un centro de investigación fundado por la cervecera homónima. Estudiaba el efecto de la acidez sobre las reacciones enzimáticas de la fermentación y necesitaba un modo sencillo de cuantificar la concentración de H⁺ sin arrastrar exponentes negativos. Su propuesta consistió en expresar esa concentración como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad de los iones hidrógeno: pH = -log [H⁺]. El resultado era un número manejable, comprendido entre 0 y 14 para las disoluciones acuosas habituales.

La letra "p" del símbolo pH ha generado debate. Según la Fundación Carlsberg, procede del alemán Potenz ("potencia, exponente") o del latín pondus ("peso"); la "H" corresponde al hidrógeno. Sea cual sea la etimología exacta, la notación se impuso en pocas décadas en la bioquímica, la fisiología y la práctica clínica de todo el mundo.

Regulación fisiológica de la concentración de H⁺

El organismo mantiene la concentración de hidrogeniones dentro de un margen estrecho (pH arterial de 7,35 a 7,45) mediante tres líneas de defensa que actúan a velocidades muy distintas. Los sistemas tampón (bicarbonato/ácido carbónico, fosfato, proteínas plasmáticas y hemoglobina) son los primeros en actuar: amortiguan las variaciones de H⁺ en fracciones de segundo.

Viene después la respuesta pulmonar. El CO₂ disuelto en sangre se comporta como un ácido débil a través de la reacción CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻. Si la concentración de H⁺ aumenta, el centro respiratorio del tronco encefálico eleva la frecuencia y la profundidad de la ventilación, con lo que el CO₂ se elimina más deprisa y el pH tiende a normalizarse. La compensación pulmonar actúa en minutos.

La tercera línea es renal. El riñón reabsorbe bicarbonato en el túbulo proximal y excreta H⁺ en forma de amonio (NH₄⁺) y de ácido titulable (fosfatos, sobre todo). Este mecanismo tarda horas o días en alcanzar su máximo rendimiento, pero es el que finalmente restaura las reservas de bicarbonato agotadas por una carga ácida mantenida.

Alteraciones del equilibrio ácido-base

Cuando los mecanismos compensadores se ven superados, la concentración de hidrogeniones se desplaza fuera de su rango fisiológico y aparece un trastorno ácido-base. La acidosis (pH inferior a 7,35) puede tener origen metabólico (acumulación de ácido láctico, cuerpos cetónicos en la diabetes descompensada, pérdida de bicarbonato por diarrea) o respiratorio (retención de CO₂ por hipoventilación). La alcalosis (pH superior a 7,45) sigue una lógica inversa: puede deberse a pérdida de ácido (vómitos prolongados, uso de ciertos diuréticos) o a hiperventilación que elimina CO₂ en exceso.

Una variación de apenas 0,1 unidades de pH supone un cambio del 26 % en la concentración de H⁺. No es una escala lineal. Eso explica por qué desviaciones que parecen modestas en cifras de pH tienen repercusiones clínicas graves: por debajo de 7,20 o por encima de 7,55, las funciones enzimáticas, la contractilidad cardíaca y la excitabilidad neuromuscular se alteran de forma significativa.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término "hidrogenión"?

De la combinación del nombre del elemento químico hidrógeno (del griego ὕδωρ, hydōr, "agua", y γένος, génos, "generador") con el sufijo -ión, que designa una partícula con carga eléctrica. Un hidrogenión es, por tanto, un ion de hidrógeno: un protón libre. El concepto se remonta a la teoría de disociación electrolítica que Svante Arrhenius formuló en 1884.

¿Es lo mismo pH que concentración de hidrogeniones?

No exactamente. El pH es la forma logarítmica de expresar esa concentración. Decir que el pH es 7,40 equivale a decir que la concentración de H⁺ es de 40 nmol/L, pero el pH no es la concentración misma, sino su transformación matemática. La relación es inversa: a mayor concentración de H⁺, menor valor de pH.

¿Quién inventó la escala de pH?

El bioquímico danés S. P. L. Sørensen, en 1909, mientras dirigía el laboratorio de química de la fábrica de cervezas Carlsberg, en Copenhague. Lo publicó en un artículo sobre la medición de la concentración de iones hidrógeno en procesos enzimáticos. El título original estaba en alemán: Über die Messung und die Bedeutung der Wasserstoffionenkonzentration bei enzymatischen Prozessen.

¿La gasometría arterial mide la concentración de hidrogeniones?

Sí. La gasometría arterial determina, entre otros parámetros, el pH de la sangre arterial, que es la expresión logarítmica de la concentración de H⁺. También cuantifica la presión parcial de CO₂ (pCO₂) y el bicarbonato (HCO₃⁻), datos que permiten clasificar un trastorno ácido-base como metabólico o respiratorio y evaluar si los mecanismos de compensación están actuando.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Prueba de gasometría arterial. MedlinePlus en español.
2. Manual MSD, versión para profesionales. Trastornos del equilibrio ácido-base.
3. Real Academia Española. Hidrógeno. Diccionario de la lengua española, 23.ª edición.
4. Science History Institute. Søren Sørensen. Scientific Biographies.