En biología celular, el atrapamiento de iones es la acumulación de una mayor concentración de una sustancia química a través de una membrana celular debido al valor pKa de la sustancia química y la diferencia de pH a través de la membrana celular. [1] [2] Esto da como resultado que las sustancias químicas básicas se acumulen en fluidos corporales ácidos, como el citosol , y que las sustancias químicas ácidas se acumulen en fluidos básicos.
Muchas células tienen otros mecanismos para bombear una molécula dentro o fuera de la célula contra el gradiente de concentración , pero estos procesos son activos, lo que significa que requieren enzimas y consumen energía celular . Por el contrario, la captura de iones no requiere ninguna enzima ni energía. Es similar a la ósmosis en que ambos involucran la naturaleza semipermeable de la membrana celular.
Las células tienen un pH más ácido en el interior de la célula que en el exterior ( las células de la mucosa gástrica son una excepción). Por lo tanto, los fármacos básicos (como la bupivacaína , la pirimetamina ) están más cargados en el interior de la célula que en el exterior. La membrana celular es permeable a las moléculas no ionizadas (solubles en grasa); las moléculas ionizadas (solubles en agua) no pueden atravesarla fácilmente. Una vez que una molécula no cargada de una sustancia química básica cruza la membrana celular para entrar en la célula, se carga debido a la obtención de un ion hidrógeno debido al pH más bajo dentro de la célula, y por lo tanto se vuelve incapaz de volver a cruzar. Debido a que se debe mantener el equilibrio transmembrana, otra molécula no cargada debe difundirse en la célula para repetir el proceso. Por lo tanto, su concentración dentro de la célula aumenta muchas veces la del exterior. Las moléculas no cargadas del fármaco permanecen en igual concentración a ambos lados de la membrana celular.
La carga de una molécula depende del pH de su solución. En un medio ácido, los fármacos básicos están más cargados y los ácidos están menos cargados. Lo contrario es cierto en un medio básico. Por ejemplo, el naproxeno es un fármaco antiinflamatorio no esteroide que es un ácido débil (su valor de pKa es 5,0). El jugo gástrico tiene un pH de 2,0. Es una diferencia de tres veces (debido a la escala logarítmica) entre su pH y su pKa; por lo tanto, hay una diferencia de 1000× entre las concentraciones cargadas y no cargadas. Entonces, en este caso, por cada molécula cargada de naproxeno , hay 1000 moléculas de naproxeno no cargadas a un pH de 2. [3] Esta es la razón por la que los ácidos débiles se absorben mejor en el estómago y las bases débiles en el intestino, donde el pH es alcalino. Cuando el pH de una solución es igual al pKa del fármaco disuelto, entonces el 50% del fármaco está ionizado y otro 50% está ionizado. Esto se describe mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch . [ cita requerida ]
El atrapamiento de iones es la razón por la que los fármacos básicos (alcalinos) se secretan en el estómago (por ejemplo, la morfina ), donde el pH es ácido, y los fármacos ácidos se excretan en la orina donde las condiciones son alcalinas. De manera similar, la ingestión de bicarbonato de sodio con anfetamina , una base débil, provoca una mejor absorción de la anfetamina (en el estómago) y su menor excreción (en la orina), prolongando así sus acciones. El atrapamiento de iones puede causar el fracaso parcial de ciertas quimioterapias contra el cáncer. [4]
El atrapamiento de iones también es importante fuera de la farmacología . Por ejemplo, hace que las hormonas débilmente ácidas se acumulen en el citosol de las células. Esto es importante para mantener baja la concentración externa de la hormona en el entorno extracelular donde se detectan muchas hormonas. Ejemplos de hormonas vegetales que están sujetas al atrapamiento de iones son el ácido abscísico , el ácido giberélico y el ácido retinoico . Ejemplos de hormonas animales sujetas al atrapamiento de iones incluyen la prostaciclina y los leucotrienos .