ELECTROLITOS Un electrolito es una sustancia que contiene iones en su composición, lo que permite comportarse como un conductor eléctrico, un ion es un átomo o molécula el cual el número total de electrones no es igual al número total de protones, dándole así al átomo o molécula una carga eléctrica positiva o negativa. Los electrolitos pueden ser clasificados como aniones -cargados negativamente- o cationes -cargados positivamente-. Los electrolitos más importantes fisiológicamente incluyen sodio, potasio, calcio, magnesio, cloruro, bicarbonato, fosfato y sulfatos y otros como lactato. La concentración de hidrógenos es tan baja relativamente con otros iones que por razones clínicas no es categorizado como un electrolito. Los principales electrolitos: sodio, potasio, cloruro y bicarbonato (perfil electrolítico) se encuentras como iones libres, mientras cantidades importantes (>40%) de calcio y magnesio se hayan unidos a proteínas -principalmente albúmina-. Muestras
Suero y plasma obtenidos por venopunción Sangre capilar recolectada en tubos capilares o tubos para micromuestras. Sangre completa heparinizada arterial o venosa –obtenida para gases y pH- pueden ser utilizada para determinación directa por ion selectivo. Orina para pruebas de Na+, K+ y Cl- debe ser recolectada sin preservantes. NOTA: Hay diferencias documentadas entre el uso de suero y plasma, y sangre arterial y venosa; más sin embargo, sólo se considera clínicamente significativa la diferencia entre K + plasmático y suero. La heparina, litio o sal de amonio es requerido si plasma o sangre total es utilizada. La ventaja del uso del plasma es el procesamiento más rápido –no se espera la retracción del coágulo-; más sin embargo no se observa si hay hemólisis no se puede observar en sangre total. SODIO Es el principal catión de líquido extracelular, es responsable por casi la mitad de la fuerza osmótica del plasma; por ello, juega un rol central en el mantenimiento de la distribución normal de agua y la presión osmótica en el compartimiento extracelular. Es absorbido desde el intestino delgado, filtrado completamente en el glomérulo, 70-80% es reabsorbido en los túbulos próximales y 20-25% en el asa de henle junto con Cl - y agua. En los túbulos distales es el sitio de regulación a través de la interacción de la aldosterona con los sistemas de intercambio acoplados Na+-K+ y Na+-Cl- resultando en el resto de la reabsorción de sodio (5-10%) y del cloruro indirectamente,
determinando así la cantidad de sodio excretado en la orina. disminución de los niveles de sodio estimulan la aldosterona, y la disminución de presión arterial estimula el sistema renina-angiotensina que a su vez estimula la aldosterona. Muestras
Suero, plasma y orina. Almacenamiento a 4°C o congelación. Fluidos gastrointestinales y fecales, requieren preparación de muestra previo al análisis (filtración, y centrifugación) y procedimientos especiales de limpieza al instrumento después del análisis.
Nota: Eritrocitos contienen 1/10 del sodio presente en plasma por lo que la hemólisis no causa errores significantes en valores de sodio plasmático o sérico. Muestras lipémicas deben ser ultracentrifugadas y tomar del infranadante a menos que se utilice un ISE directo. Variables que pueden causar error en la medición
Muestras lipémicas electrolitos.
e
hiperprotinemia:
Efecto
de
exclusión
de
Métodos de determinación La determinación por sodio-ion selectivo es la más común, tiene excelente precisión y coeficientes de variación menor a 1,5% son logrados con equipos modernos, calibradores confiables y buen control de calidad. Es explicada junto con los métodos de determinación para potasio. Valores de Referencia El intervalo de referencia típico para sodio sérico en adultos y niños es de 136 a 145 mmol/L, para recién nacidos prematuros a las 48 horas es de 128 a 148 mmol/L y en sangre del cordón umbilical del recién nacido a término completo es aproximadamente de 127mmol/L. La excreción urinaria de sodio varia de acuerdo a la ingesta, pero un adulto masculino con una dieta de 8 a 15g de NaCl por día, un intervalo de 40 a 220 mmol/L es lo normal. Con variaciones durante el día (mayor excreción durante el día), recién nacido de 14 a 40 mmol/L. La concentración de sodio en LCR es de 136 a 150 mmol/L. Excreción fecal de sodio menor a 10 mmol/d. POTASIO Es el principal catión intracelular. En tejido celular su concentración promedio es de 150 mmol/L, y en los eritrocitos de 105mmol/L. Las causas por
la cual disminuya actividad de la bomba Na +K+ -y por lo tanto, difusión del K + al LEC-: 1. Reducción de sustratos metabólicos como glucosa para producción de ATP 2. Competición por el ATP entre la bomba y otra actividad celular que requiera de energía 3. Enlentecimiento de metabolismo celular (refrigeración) El potasio es filtrado en el glomérulo y es casi reabsorbido completamente en los túbulos próximales, después es secretado en los túbulos distales por entrada de sodio por influencia de la aldosterona, otros factores que regulan la secreción de K + es la ingesta de sodio y potasio, y balance ácido-base. Muestras
Suero, plasma y orina. El suero tendrá mayor concentración de potasio que el plasma, dependiendo de la cantidad de plaquetas ya que el potasio adicional del suero proviene de la ruptura de las plaquetas durante la coagulación. Fluidos gastrointestinales y fecales, requieren preparación de muestra previo al análisis (filtración, y centrifugación) y procedimientos especiales de limpieza al instrumento después del análisis.
Variables que pueden causar error en la medición
La actividad muscular causa liberación de potasio desde las células musculares al plasma y puede causar una elevación de la concentración del mismo, por ejemplo el mal uso del torniquete –cuando no es soltado antes de que empiece la extracción de la muestra después que el paciente ha ejercido fuerza al abrir y cerrar la manoMuestras hemolizados: Ya que los eritrocitos tienen altas cantidades de potasio en su interior -0,5% de los eritrocitos pueden incrementan los valores de potasio 0,5mmol/L-. Muestras lipémicas e hiperprotinemia: Efecto de exclusión de electrolitos. Almacenamiento a 4°C o tiempo muy prolongado de separación: Al disminuir la temperatura hay enlentece el metabolismo celular por lo que la bomba sodiopotasio disminuye su actividad y hay difusión de potasio fuera del eritrocito por lo que hay una aumento falso de potasio. También hay una difusión de potasio intracelular al líquido extracelular a temperaturas superiores (25°C); más sin embargo, mientras menor sea la temperatura y tiempo que tarda para la separación de la muestra mayor es la pseudohiperpotasemia.
Disminución de los valores de potasio debido al tiempo prolongado de separación de suero o plasma del paquete globular a 37°C o por leucocitosis, esto es debido a que ocurre la glicolisis dentro de estas células a esta temperatura y hay actividad de las bombas sodiopotasio que permite disminución del potasio extracelular, si el tiempo se prolonga la bomba pierde su actividad y ocurre el efecto contrario. Pseudohiperpotasemia cuando hay una leucocitosis >300.10 9, debido a la ruptura de los leucocitos; y por lo tanto, liberación de potasio intracelular al medio. Utilizar valores de referencia para potasio sérico igual que plasmático: El potasio sérico es mayor 0,1 a 0,7mmol/L que el plasmático o sangre total, por lo tanto los valores de referencia séricos son 0,2 a 0,5mmol/L más elevados. El potasio adicional en el suero se debe a la ruptura de plaquetas durante la coagulación.
Valores de Referencia Valores de referencia en suero para el adulto varía de 3,5 a 5,1mmol/L y de 4,1 a 5,3 para infantes. Valores de referencia en plasma son de 3,4 a 4,8 mmol/l para adultos. LCR es 70% del plasma. Excreción de potasio urinaria varía de acuerdo a la ingesta, pero en promedio para hombres es de 30 a 90 mmol/L y mujeres de 33 a 70mmol/L Jugos gástricos aproximadamente 10mmol/L y excreciones fecales 18,2+- 2,5mmol/d y en diarreas severas hasta 60 mmol/d. Métodos para Determinación de Sodio y Potasio.
Espectofotometría de emisión de llama (FES): No es usado comúnmente, debido a avances en la electroquímica y los procedimientos de seguridad y mantenimientos requeridos para FES. o Principio: Las muestras son diluidas en un diluyente que contiene cantidades de litio conocidas y es aspirado por un quemador de propano. Cuando el ion (sodio, potasio, litio…) es excitado por el calor de llama, emite una luz a una longitud de onda específica: 589, 768 y 671nm respectivamente, la luz emitida va dirigida directamente a fotodetectores; la emisión de litio se utiliza para comparación de la intensidad de la luz de otros iones. Espectofotometría de absorción atómica: No es usado comúnmente, debido a avances en la electroquímica y los procedimientos de seguridad y mantenimientos requeridos para FES. o Principio: Se basa en la absorción de radiación electromagnética por los átomos neutros (no excitados) en la llama. Es una técnica muy relacionada con la fotometría de llama ya que utiliza una
llama para atomizar la disolución de la muestra de modo que los elementos a analizar se encuentran en forma de vapor de átomos, en este caso existe una fuente independiente de luz monocromática específica para cada elemento a analizar que se hace pasar a través del vapor de átomos, midiéndose posteriormente la radiación absorbida Espectofotometría de absorción: No se utilizan frecuentemente debido al costo de los reactivos y a los pocos problemas encontrados en los métodos de ion selectivo. o Están basados en la activación de una enzima por el ion, y esta enzima genera un compuesto cromóforo que es medido a una longitud de onda determinada, y la absorbancia de este cromoforo es proporcional a la cantidad de ion disuelto en la muestra. Los ensayos espectofotométricos cinéticos para sodio están basados en la activación de la enzima -galactosidasa por sodio para hidrolizar el -nitrofenol (cromofero) el cual es medido a 420nm y los ensayos enzimáticos específicos para potasio es el uso de triptofanasa . o También están los ionoforos macrociclicos que son moléculas cuyo átomos están organizados para formar una cavidad en la cual el ion metálico encaja y se une con alta afinidad, emisiones espectrales ocurren cuando el catión se une a una longitud de onda específica proporcionales a la cantidad de ion disuelto en la muestra. La especificidad de muchos de estos ionoforos parece suficiente para propósitos clínicos.
Método de Ion Selectivo: Los electrodos ion-selectivos para medir sodio tienen una membrana de vidrio sensible a los iones de sodio que excluye a otros cationes. Los electrodos ion-selectivos para potasio utilizan una membrana de valinomicina que elimina eficazmente el Na+ y otras interferencias de iones. CLORURO Es el principal anión extracelular; por lo tanto, similar al sodio está involucrado significativamente en el mantenimiento de la distribución de agua, presión osmótica y balance anión-catión en el LEC; también, es el anion más abundante en secreciones gástricas e intestinales. Son filtrados por el glomérulo y son reabsorbidos pasivamente junto al sodio en los túbulos próximales, en la porción gruesa ascendente del asa de Henle es reabsorbido activamente por bombas cloruro que permite reabsorción pasiva de sodio. Muestras El cloruro es mayormente medido en suero o plasma, orina y sudor. El cloruro es estable en suero o plasma, gran hemólisis no altera significativamente porque la concentración de cloruro dentro del eritrocito porque este la mitad de concentración que la del plasma, y
también como poco cloruro esta unido a proteínas, tiene poco efecto en cambio de postura o uso del torniquete. Determinación fecal de cloruro puede ser de utilidad para diagnóstico de alcalosis hipoclorémica congénita con hipercloridorrea (aumento de cloruro en heces) en estas condiciones el cloruro puede alcancar 180 mmol/L con cloruro indetectable en orina.
Variables que pueden causar error en la medición
Muestras lipémicas electrolitos.
e
hiperprotinemia:
Efecto
de
exclusión
de
Valores de Referencia Valores de referencia para cloruro en suero varía de 95 a 105mmol/L. Para neonatos el límite superior es 110 mmol/L. LCR es mayor un 15% del cloruro sérico. La excreción urinaria de cloruro varía con la ingesta diaria pero un intervalo de 110 a 250 mmol/L es lo común. Excreciones fecales de cloruro ha sido reportado 3,2 +- 0,7 mmol/d. Métodos para Determinación para Cloruro Mercuric Titration: Un filtrado de proteína libre de la muestra es titrado con solución de nitrato mercúrico en presencia de difenilcarbazone como un indicador. Libre Hg+2 combina con Cl- para formar cloruro mercúrico soluble no ionizado. El exceso de Hg +2 reacciona con difenilcarbazone para formar un complejo color azul-violáceo. Este método no se usa actualmente. Métodos espectofotométricos: Cloruro reacciona toicianato mercúrico no disociado para formar cloruro mercúrico no disociado e iones tiocianato, en presencia de ácido perclórico, los iones tiocianato reaccionan con iones férricos (Fe+3) para formar el complejo rojo de tiocianatoférrico con una absorción a 480nm, altas concentraciones de globulinas en el suero interfieren estos métodos a través de turbidimetría. Este método no está actualmente en uso (se uso en los 70s-80s) debido al desecho de los reactivos con cantidades considerables de mercurio tóxico. Titración colorimétrica-amperométrica: Reacciones en determinaciones colorimétricas-amperométricas de cloruro depende de la generación de plata de un electredo de plata a una tasa constante y la reacción de la plata con el cloruro formando cloruro de plata insoluble. Al alcanzar el punto estoicométrico el exceso de plata apaga el generador de Ag +. Un reloj marca el inicio y final del genador de plata, debido que el interalo de tiempo es proporcional a la cantidad de cloruro en la muestra la concentración de cloruro puede ser calculada. Este método esta sujeto a interferencias de otros iones como CN - y SCN-, por grupos sulfhidrilos y contaminaciones de metales pesados. Pocos laboratorios usan este método actualmente.
Método de Ion Selectivo: Membranas poliméricas solventes que incorpora sales de amonio cuaternario como intercambiador aniónico, como el cloruro de tri-n-octilpropilamonio decanol, son usados para construir electrodos selectivos para cloruros. Método de Ion Selectivo Los electrodos Ion-selectivos se basan en el principio de potenciometría, en el cual se produce un cambio de voltaje entre un electrodo de referencia y un electrodo indicador, que es proporcional a la actividad del ion que se mide; por lo tanto, se utilizan para medir la concentración de un determinado ion. Estos electrodos ion selectivos poseen una membrana ion selectiva, que solo responde al contacto con un determinado ion disuelto en la solución, y la diferencia de potencial generada a cada lado de la membrana se utiliza para medir la concentración del ion en la solución estudiada. El electrodo ion selectivo debe estar inmerso en la solución acuosa que contiene el ion que se desea medir, y en la misma solución estará también inmerso el electrodo de referencia (que tiene una concentración conocida del ion que se pretende medir). Para completar el circuito electroquímico, ambos electrodos se conectan a un mini voltímetro, muy sensible, usando cables especiales de baja interferencia. Cuando el ion a medir atraviesa la membrana ion selectiva del electrodo, debido al gradiente de concentración, genera una diferencia de potencial que es medida y tiene relación directa con la concentración de dicho ion en la solución medida, de acuerdo con la ecuación de Nernst (a mayor diferencia de potencial generada, mayor es la concentración del ion en la solución). Los métodos de electrodos ion-selectivos se clasifican en directos e indirectos. En los directos no se requiere diluir la muestra, la actividad del ion se determina en la solución plasmática en la cual están disueltos los iones, en vez de en el volumen total, por tanto los sólidos totales como lípidos o proteínas carecen de efecto en la determinación de electrolitos cuando su concentración es alta. En los métodos indirectos es necesario diluir la muestra, como el paso de la dilución se basa en el volumen total de la muestra -incluyendo el volumen que ocupan los sólidos totales-, en estos métodos se producen interferencias por afecciones como hiperlipemia e hiperproteinemia (efecto de exclusión electrolítico). Errores en Método de Ion Selectivo Estos errores caen dentro de 3 categorías 1. Errores causados por falta de sensibilidad, por ejemplo, muchos electrodos de cloruro tienen falta de selectividad frente a otros iones haluros, la mayoría de membranas selectivas de cloruro usa un intercambiador de iones de amonio cuaternario-cloruro. Cualquier anión que tiene una energía de hidratación equivalente o más alto que el cloruro puede interferir con la selectividad de
cloruro, tales como, yoduro, bromuro, tiocianato, bicarbonato, salicilato, y heparina; por mucho, el bicarbonato es el de mayor interferencia, y su actividad iónica es tomada en cuenta cuando la ecuación de Nikolsky-Eisenman es usada, cuando el diferencia de potencial eléctrico del electrodo de cloruro es calculado. 2. Capa (coating) repetida de proteínas de las membranas de ion selectivo, o por contaminación de la membrana o del puente salino por iones que compiten o reaccionan con el ion seleccionado; y por resultado, altera la respuesta del electrodo. Tales errores en medidas ISE necesitan cambios periódicos de membrana como parte de mantenimiento. 3. Finalmente el efecto de exclusión electrolítica que aplica solo a los métodos indirectos y es causado por los efectos de difusión en el solvente por lípidos y proteínas en la muestra, que resulta en falsas disminuciones. Efecto de Exclusión Electrolítico El efecto de exclusión electrolítico describe la exclusión de electrolitos de la fracción del total volumen de plasma que es ocupado por sólidos. El volumen total de sólidos (proteínas y lípidos) en una alícuota de plasma es aproximadamente 7%, así que, el 93% del resto de plasma es agua. Cuando un volumen de total de plasma es pipeteado (10µL) a la solución antes del análisis, sólo el 93% (9,3µL) del agua de plasma que contiene electrolitos es añadido al diluyente. Esto da como resultado, una concentración de sodio determinada por fotometría de flama o ISE indirecto de 140mmol/L, la cual es la concentración de Na + en el volumen total del plasma, no en la fracción de agua del plasma. De hecho, la concentración de Na + en la fracción acuosa del plasma es 150mmol/L
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; empero, se ha considerado que la
fracción del plasma acuoso es constante para que esta diferencia puede ser ignorada. De hecho, todos los valores de referencia electrolíticos están basados en esta suposición y reflejan concentraciones en volumen de plasma total y no volumen de agua plasmático. Este efecto viene a ser problemático cuando condiciones fisiopatológicas están presentes que alteran el volumen de agua plasmático, tales como hiperproteinemia y hiperlipidemia, en los cuales hay una falsa disminución de los electrolitos. En ciertas ocasiones, como cetoacidosis con hiperlipidemia severa o mieloma múltiple con hiperprotinemia severa, el efecto de exclusión negativo puede ser tan gran que los resultados de laboratorio guian al clínico a creer que las concentraciones electrolíticas son normales o bajas cuando en realidad la concentración en el agua plasmática es alta o normal respectivamente. En hipoproteinemias severas el efecto trabaja al revés, resultando en falsos aumentos de valores de sodio o potasio. Las medidas de sodio, potasio y cloruro plasmático por ISE indirecto se encontró que son afectados por cambios en concentración de proteínas plasmáticas cuando las concentraciones bajas
de proteínas plasmáticas guían a un efecto pseudohiper. Esta relación fue encontrada no lineal sin habilidad para calcular un valor predictivo preciso entre los cambios en proteína plasmática y concentración electrolítica. Los métodos ISE directos siguen determinando la concentración relativa debido a que no requiere dilución de la muestra. Como no hay dilución, la actividad es directamente proporcional a la concentración en la fase acuosa, y no a la concentración del volumen total. Para hacer equivalentes los resultados de ISE directo con los ISE indirectos o fotometría de flama, hay una función “flame mode” el cual la concentración medida directamente en la fracción de plasma acuoso es multiplicada por el promedio de fracción de volumen de agua plasmático (0.93). Como resultado ISE directo son libres de efecto de exclusión electrolítico, y los valores determinados por estos son directamente proporcionales a la actividad en la fase acuosa y define concentraciones electrolíticas en un sentido más fisiológico y fisicoquímico. Una de las técnicas para mejorar la exactitud de los valores de electrolitos en los métodos sujetos al efecto consiste en centrifugar (100000x g) y analizar a partir del infranadante pobre en quilomicrones. En situaciones la cual ambos lípidos y proteínas estén alterados, para estimar la fracción de volumen de agua plasmático (f) está la ecuación empírica de Waugh
f =(991−1.03 Ls−0.73 P s)/1000 Donde Ps es proteína total de suero y Ls es lipido total sérico, ambos en g/L, aunque la mejor alternativa es usar un método de ISE directo en estos casos.
