Estudio preliminar 

             

Capítulo 1   

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1.1  Sobre el pH    Se trata de una medida cuantitativa de la acidez o basicidad de una disolución. El  término es usado ampliamente en química, biología y agronomía y traduce valores  de actividad (o concentración efectiva) del ion hidrógeno (

), que normalmente 

se encuentra en un rango entre 1 y 10‐14 equivalentes gramo por litro, a números  entre 0 y 14. En agua pura, que es neutra (ni ácida ni básica), la concentración del  ion hidrógeno es de 10‐7 equivalentes gramo por litro, lo que corresponde a un pH  de  7.  Una  disolución  con  un  pH  inferior  a  7  es  considerada  ácida;  una  disolución  con un pH superior a 7 es considerada básica, o alcalina.    Matemáticamente, el pH se define como el logaritmo negativo de dicha actividad:     

log

 

  La  actividad  y  la  concentración  están  relacionadas  a  través  del  denominado  coeficiente  de  actividad  (

), función de la fuerza iónica y de la temperatura. En 

disoluciones muy diluidas este coeficiente se aproxima a la unidad:         

log

 

  En estas expresiones aparece el símbolo del elemento encerrado entre corchetes,  esto  indica  que  la  cantidad  medida  es  la  concentración  de  la  especie  indicada  [Bustamante].    Debido  a  la  incertidumbre  en  cuanto  al  significado  físico  de  la  concentración  del  ion hidrógeno, la definición del pH se da en forma operacional, esto es, se basa en  un  método  de  medida.  El  Instituto  nacional  de  normas  y  tecnologías  de  Estados  Unidos (NIST: National Institute of Standards and Technology) ha definido el pH en  12   

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términos de la fuerza electromotriz existente entre ciertos electrodos estándar en  disoluciones específicas.    En agricultura, el pH es probablemente la propiedad más importante de la calidad  de un suelo, ya que este valor revela qué cultivos podrán crecer de forma natural  en el suelo y qué ajustes deben ser hechos para adaptarlo a otro tipo de cultivos.  Los  suelos  ácidos  no  permiten  el  crecimiento  de  la  mayoría  de  los  cultivos  agrícolas y por otra parte, muchas especies de arbustos y coníferas no sobreviven  en suelos básicos [Britannica].    En  medicina,  cambios  en  el  valor  de  pH  del  medio  interno  del  paciente  aportan  información  relevante  sobre  posibles  anomalías,  como  se  verá  en  detalle  más  adelante.   

Sustancia 

pH 

Ácido clorhídrico  Jugos gástricos  Zumo de limón  Vinagre  Vino  Zumo de tomate  Café  Lluvia ácida  Orina  Agua de lluvia  Leche  Agua destilada  Sangre  Levadura  Disolución de bórax  Pasta de dientes  Leche de magnesia  Agua de cal  Amoníaco doméstico  Hidróxido de sodio (NaOH) 

0,0  1,0  2,3  2,9  3,5  4,1  5,0  5,6  6,0  6,5  6,6  7,0  7,4  8,4  9,2  9,9  10,5  11,0  11,9  14,0 

  Tabla 1: Valor de pH de diferentes sustancias [Encarta] 

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1.2   Interés de la medición del pH en medicina    El pH intracelular es un modulador importante del funcionamiento de la célula ya  que  la  actividad  de  la  mayoría  de  las  proteínas  se  ve  afectada  por  pequeñas  variaciones  de  la  concentración  de  protones.  Este  fenómeno  puede  utilizarse  con  fines terapéuticos, por ejemplo puede acelerarse o ralentizarse la absorción de un  determinado fármaco alterando el pH del entorno local de una célula.    Las  variaciones  de  pH  en  sangre  aportan  información  sobre  ciertos  procesos  metabólicos.  Por  ejemplo,  durante  el  ejercicio  físico  los  músculos  consumen  oxígeno mientras convierten la energía química de la glucosa en energía mecánica.  Este  O2  procede  de  la  hemoglobina  de  la  sangre.  Al  romper  los  enlaces  de  la  glucosa  se  produce  CO2  y  H+  y  salen  del  músculo  a  través  de  la  sangre.  La  producción y evacuación de CO2 y H+, junto con el uso y transporte de O2, produce  cambios químicos en la sangre que dan lugar a una caída del pH.    Si el pH del cuerpo humano se hace demasiado bajo (por debajo de 7,4), se entra  en el estado conocido como acidosis. Esto puede ser muy grave puesto que muchas  reacciones  químicas,  sobre  todo  en  las  que  influyen  proteínas,  son  dependientes  del pH. Idealmente el pH de la sangre debería mantenerse a 7,4; existiendo riesgo  de muerte si baja de 6,8 o sube de 7,8.     Un valor anómalo de pH puede ser indicador de la existencia de una patología. Se  enumeran a continuación algunos ejemplos.    

Se  han  detectado  valores  de  pH  relativamente  bajos  en  el  tejido  tumoral  [Gerweck].   



Una  pérdida  importante  de  sangre  debido  a  un  traumatismo  se  manifiesta  a  menudo  en  una  pobre  irrigación  del  tejido  periférico  como  el  músculo  esquelético.  La  consecuencia  de  un  aporte  insuficiente  de  sangre  al  músculo 

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esquelético produce una acumulación de dióxido de carbono y ácido láctico lo  que da lugar a una caída de pH.     

Otro  caso  de  interés  es  el  de  la  isquemia  cerebral  producida  por  un  fuerte  impacto en la cabeza. Se ha constatado que el pH intracelular del tejido cerebral  cae  entre  0,5  y  1  unidades  durante  la  isquemia,  comenzado  a  caer  durante  el  primer  minuto  y  alcanzando  un  mínimo  después  de  2  minutos.  El  espacio  extracelular  comienza  a  volverse  ácido  en  los  20  segundos  siguientes  al  comienzo de la isquemia.    



El  caso  clínico  que  ocupa  este  documento  es  el  de  la  Enfermedad  por  Reflujo  Gastroesofágico  (ERGE)  que  se  caracteriza  por  la  aparición  de  síntomas  crónicos  o  daño  en  la  mucosa  del  esófago  a  causa  de  un  reflujo  anormal  del  contenido  del  estómago  hacia  el  esófago.  Debido  a  la  elevada  acidez  del  jugo  gástrico presente en el estómago se puede usar la monitorización de pH en el  esófago  para  diagnosticar  esta  enfermedad,  como  se  detallará  en  el  apartado  siguiente. 

  En  situaciones  como  las  descritas,  la  monitorización  de    pH  in  vivo  e  in  situ  representa una gran ayuda para los profesionales de la medicina, a los que facilita  la emisión de un diagnóstico veraz y la posibilidad de adaptar el tratamiento a las  circunstancias.    Según  datos  de  2008  el  mercado  de  sensores  de  pH  en  los  Estados  Unidos  es  de  180 millones de dólares y de entre 400 y 500 millones de dólares a escala global. El  mercado  está  bien  establecido  pero  está  muy  fragmentado  con  cerca  de  45  compañías proveyendo a laboratorios e industrias [Korostynska].         

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1.3  Reflujo gastroesofágico – ERGE     Como se ha descrito, la medición de pH es muy útil en el campo de la medicina en  general.  En  este  apartado  se  describe  la  patología  concreta  que  nos  ocupa,  cuyo  diagnóstico  se  facilita  gracias  a  un  sensor  de  pH  colocado  en  el  esófago  del  paciente.    El contenido de los  subapartados 1.3.1 a 1.3.5 en los que se describe la enfermedad  con términos médicos ha sido extraído fundamentalmente del libro “Enfermedad Por  Reflujo Gastroesofágico” de G. Miño Gugarolas [Miño].   

1.3.1  Descripción de la patología    El reflujo del contenido gástrico a la luz del esófago es un fenómeno fisiológico que  sucede  durante  breve  período  de  tiempo,  especialmente  después  de  las  comidas.  Cuando los episodios de reflujo llegan a ser más frecuentes y duraderos adquieren  carácter patológico. La Enfermedad por Reflujo Gastroesofágico (ERGE) (en inglés:  Gastroesophageal Reflux Disease ‐ GERD) ocurre cuando este reflujo causa síntomas  o  daño  tisular,  e  incluye  un  amplio  abanico  de  posibilidades  que  va  desde  los  pacientes  con  síntomas  sin  inflamación  del  esófago  o  Esofagitis  a  los  diferentes  grados de inflamación esofágica estén o no acompañados de síntomas.     A pesar de que es relativamente común, no se conoce de manera precisa el número  total de afectados debido a la falta de límites precisos para realizar el diagnóstico.  Se podría dividir el total de afectados en tres categorías diferentes:    

Los  pacientes  con  síntomas  leves  y  esporádicos  que  no  suelen  requerir  asistencia  médica,  y  cuya  existencia  solo  se  conoce  mediante  encuestas.  Su  magnitud  se  desconoce,  si  bien  algunos  estudios  detectan  que  un  7%  de  la  población  general  refiere  pirosis    diaria  (dolor),  un  33%  cada  tres  días  y  un  44% al menos una vez al mes.  

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  

Los enfermos que presentan sintomatología más grave y persistente por lo que  acuden a los consultorios médicos o ambulatorios.   



Los  enfermos  que  en  algún  momento  de  su  evolución  padecen  alguna  complicación  (esófago  de  Barrett,  hemorragia,  estenosis,  etc.),  requiriendo  ingreso hospitalario.     Se desconocen los datos numéricos exactos de cada categoría. Sin embargo, la  gran  mayoría  de  los  pacientes  pertenece  al  primer  grupo  mencionado,  el  que  solo  se  detecta  por  medio  de  encuestas;  un  número  sensiblemente  menor  forma la segunda categoría de enfermos ambulatorios y sólo un pequeño grupo  de ERGE complicada constituye el tercero de los grupos. La historia natural de  esta  enfermedad  parece  demostrar  que  es  frecuente  el  intercambio  bidireccional de pacientes entre las dos últimas categorías.    La  prevalencia  de  la  Esofagitis  por  reflujo  se  conoce  algo  mejor,  calculándose  que la padecen alrededor del 2% de la población general y entre el 12‐23% de  los  enfermos  remitidos  para  endoscopia  (técnica  de  exploración  visual  del  esófago) por síntomas de reflujo. 

 

1.3.2  Alteraciones fisiológicas relacionadas con la ERGE    La  fisiopatología  de  la  ERGE  es  un  fenómeno  multifactorial  por  lo  que  con  frecuencia  en  un  mismo  paciente,  actúan  varios  mecanismos  causales  que  varían  de unos casos a otros tanto en su presencia como relevancia. La condición sine qua  non  para  que  ocurra  la  enfermedad  es  que  exista  reflujo  gastroesofágico  patológico.  Una  vez  ocurrido  el  reflujo  patológico  el  desarrollo  y  gravedad  de  la  enfermedad  dependerá  del  grado  de  desequilibrio  entre  una  serie  de  factores  agresivos  (capacidad  lesiva  del  contenido  gástrico  refluido)  y  un  conjunto  de  factores defensivos representados por la capacidad de aclaramiento del esófago y 

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por  la  resistencia  de  su  mucosa  a  la  agresión.  La  competencia  de  la  barrera  antirreflujo  depende  fundamentalmente  de  la  presión  intrínseca  del  esfínter  esofágico inferior (EEI) cuya función se favorece y complementa por la existencia  de  una  serie  de  estructuras  anatómicas  a  su  nivel.  La  incompetencia  del  esfínter  puede  deberse  a  una  hipotonía  basal  o  la  existencia  de  relajaciones  transitorias.  Aunque hace años se consideraba que la hipotonía basal del EEI era el mecanismo  principal por el que se producía el reflujo patológico, hoy se sabe que su cometido  es  menos  importante  y  que  condiciona  alrededor  del  20%  de  los  episodios  de  reflujo. Sin embargo, su existencia tiene significación pronóstica en cuanto que los  enfermos que la presentan padecen Esofagitis con más frecuencia y gravedad que  aquellos  que  no  la  tienen.  El  mecanismo  principal  de  la  incompetencia  de  la  barrera antirreflujo son las relajaciones transitorias (RT), especialmente aquellas  denominadas  inapropiadas  por  no  estar  relacionadas  con  la  deglución,  estimándose que son la causa del 60‐83% de los episodios de reflujo. El estímulo  principal  para  que  ocurran  las  RT  es  la  distensión  de  la  pared  gástrica,  vehiculándose la respuesta a través de un reflejo vago‐vagal que tiene su punto de  partida  en  mecanorreceptores  localizados  preferentemente  en  el  cardias  y  en  la  porción alta de la curvadura menor. La mayoría de las RT se deben a una respuesta  exageradamente  desproporcionada  de  estos  mecanorreceptores  o  a  la  presencia  de un contenido gástrico importante capaz de distender su pared.   

1.3.3  Agentes lesivos en el reflujo gastroesofágico    El  agente  agresivo  principal  en  la  ERGE  es  el  ácido  clorhídrico,  por  lo  que  en  la  mayoría  de  los  casos  la  lesión  esofágica  se  debe  a  la  exposición  excesiva  de  la  mucosa esofágica a los H+ y la pepsina contenidos en el jugo gástrico (reflujo ácido,  pH  7.5), lo que confirma la capacidad lesiva directa de la  bilis y la secreción pancreática presentes en el contenido duodenal.   

1.3.4  El aclaramiento esofágico como mecanismo defensivo    La  capacidad  del  esófago  para  eliminar  el  material  refluido  (aclaramiento  esofágico) consta de dos fases. Una primera, por la cual se expulsa prácticamente  todo el contenido esofágico (aclaramiento de volumen), y una segunda durante la  que se neutraliza el ácido presente en el pequeño remanente que queda de la fase  anterior  (aclaramiento  del  ácido  residual).  El  aclaramiento  de  volumen  depende  sobre  todo  del  peristaltismo  esofágico.  Los  pacientes  con  ERGE,  especialmente  aquellos con Esofagitis, tienen con frecuencia (21‐51%) trastornos de la motilidad  esofágica  (capacidad  para  desplazar  el  contenido)  consistentes  en  una  hipotonía  del  EEI  y  en  una  ausencia  o  debilidad  de  las  ondas  peristálticas.  La  acción  de  la  gravedad participa también en el aclaramiento esofágico. En las personas normales  su  cometido  tiene  escaso  valor,  pero  en  los  pacientes  con  ERGE  que  presentan  alteraciones  de  la  motilidad  tiene  un  papel  más  importante.  El  aclaramiento  del  ácido residual depende fundamentalmente de la saliva. El contacto del ácido con la  mucosa  es  un  potente  estímulo  para  la  secreción  salivar.  Este  reflejo  esófago‐ salival disminuye con la edad y está también alterado en los pacientes con ERGE.  Durante  el  sueño  se  encuentra  notablemente  disminuida  la  secreción  salival  y  la  frecuencia  de  las  degluciones  constituyendo  uno  de  los  factores  principales  que  condicionan  la  relevancia  de  este  período  en  la  génesis  de  la  ERGE.  De  igual  manera  puede  también  influir  negativamente  la  merma  en  la  secreción  salival 

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ocasionada  por  el  tabaco,  algunos  fármacos  (anticolinérgicos,  p.  ej.)  y  determinadas enfermedades (síndrome seco).   

1.3.5  Espectro sintomático de la ERGE    La  ERGE  presenta  un  amplio  espectro  de  manifestaciones  clínicas  que  pueden  obedecer  a  diferentes  alteraciones  provocadas  por  la  presencia  de  material  refluido  en  el  esófago.  Algunas  como  la  pirosis  y  las  regurgitaciones  sugieren  su  diagnóstico, mientras que otras son más atípicas como los síntomas respiratorios o  faringolaríngeos, la disfagia o el dolor torácico. La regurgitación consiste en el paso  a  la  faringe  de  contenido  esofagogástrico  sin  el  esfuerzo  del  vómito.  La  retrodifusión  de  hidrogeniones  del  material  refluido  provoca  la  pirosis  que  se  percibe como sensación quemante retroesternal. En presencia de lesiones mucosas  pueden existir otras manifestaciones, como la odinofagia o deglución dolorosa que  suele estar en relación con Esofagitis erosiva o una úlcera esofágica. En estos casos  puede haber también pérdidas hemáticas en forma de anemia crónica o de franca  hemorragia digestiva alta. 

  1.3.6  Técnicas de diagnóstico    1.3.6.1   

Endoscopia 

La  endoscopia  es  el  examen  más  utilizado  para  el  diagnóstico  de  reflujo  gastroesofágico. Puede detectar lesiones en la mucosa esofágica como erosiones y  úlceras  que  son  producidas  por  el  reflujo.  Al  encontrarlas  se  puede  diagnosticar  una Esofagitis por reflujo gastroesofágico. También se puede diagnosticar la hernia  hiatal que predispone al reflujo. Cuando hay reflujo y no se encuentran erosiones  se suele clasificar como enfermedad por relujo gastroesofágico no erosiva.     

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1.3.6.2   

Manometría 

La  manometría  es  otra  herramienta  de  diagnóstico  muy  utilizada  en  la  que  se  introduce una sonda por vía nasogástrica hasta el esófago para medir la presión de  las contracciones musculares a lo largo de varias secciones de la sonda durante la  deglución. El propósito de esta prueba es la verificación de la correcta contracción  y relajación del esófago y del EEI [MedLine].    1.3.6.3   

pH­metría de 24 horas 

Esta  es  la  técnica  más  utilizada  para  realizar  el  diagnóstico  y  seguimiento  de  la  enfermedad.  Tradicionalmente  se  ha  utilizado  el  electrodo  de  vidrio  que  se  describirá en un capítulo posterior. La técnica consiste en introducir una sonda por  vía nasogástrica en el esófago del paciente para monitorizar el valor de pH durante  un periodo de 24 horas.    

    Figura 1: Posición de la sonda en el esófago [Cabo] 

  El paciente debe anotar la hora a la que ingiere los alimentos y el momento en el  que experimenta síntomas. Toda la información recogida por la sonda y las notas  del  paciente  serán  analizadas  posteriormente  por  un  médico.  Con  frecuencia,  los  síntomas se asocian a los episodios de reflujo ácido (pH bajo) pero esto no siempre  ocurre. Cuando el reflujo es de sustancias no ácidas es interesante complementar  21   

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la  monitorización  de  pH  con  la  impedanciometría,  que  registra  y  diferencia  el  pasaje por el esófago de sólido (bolo alimenticio), líquido (reflujo) y gas.    Normalmente se dice que una sustancia es ácida cuando su pH está entre 0 y 7, y  básica o alcalina cuando se encuentra entre 7 y 14; sin embargo en el contexto de  la ERGE interesa clasificar como ácidos los reflujos con pH inferior a 4 y como no  ácidos los que poseen un pH superior. Esta modificación del umbral se debe a que  las  lesiones  en  las  paredes  del  esófago  debidas  a  la  acidez  del  reflujo  son  suficientemente  graves  para  tomarlas  en  consideración  únicamente  para  valores  de pH inferiores a 4.     Aunque la información que aporta la sonda de impedancia es interesante, la mayor  parte de los reflujos dañinos son de carácter ácido. El presente trabajo se encamina  a  la  concepción  y  diseño  de  un  sensor  de  pH  (exclusivamente)  que  pueda  ser  montado en un catéter e introducido por vía nasogástrica para su colocación en el  esófago  durante  un  periodo  de  24  horas.  Quedando  abierta  la  posibilidad  del  estudio  de  la  impedancia  para  futuros  trabajos.  Las  características  del  sensor  buscado se detallan en el siguiente apartado.     

1.4  Requisitos de la herramienta de diagnóstico    Hasta  ahora  la  pH‐metría  de  24  horas  se  ha  venido  realizando  con  el  tradicional  electrodo de vidrio, que presenta algunos inconvenientes, como son: (i) su tamaño,  que  determina  el  diámetro  del  catéter;  (ii)  su  sensibilidad  a  la  interferencia  electromagnética  y  (iii)  la  existencia  de  cierto  riesgo  eléctrico  para  el  paciente  debido a la ausencia de aislamiento.    El diámetro de los electrodos de vidrio suele oscilar entre los 1,5 y los 2 mm, que  no es lo suficientemente pequeño para permitir una inserción sin molestias para el  paciente.  Recientemente  Baldini  et  al.  [Baldini,  2011]  han  presentado  un  sensor 

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que utiliza dos fibras ópticas de 250 µm de diámetro cada una, lo que muestra las  posibilidades de miniaturización de la fibra óptica.    La  utilización  de  sensores  de  fibra  óptica  es  preferible  en  términos  de  seguridad  para el paciente ya que asegura un menor tamaño y rigidez del catéter así como la  ausencia de contacto eléctrico. También desaparece el problema de la interferencia  electromagnética.    Para  el  estudio  clínico  de  la  ERGE  mediante  medida  gastroesofágica  es  preciso  cumplir una serie de requisitos [Baldini, 2011] además de la biocompatibilidad de  los materiales de acuerdo a las normas internacionales para dispositivos médicos.  Estos requisitos son:       i)    Rango de pH: 1 a 8     ii)   Precisión ≤ 0,1 unidades de pH     iii)  Tiempo de respuesta ≤ 40 s    La enfermedad por reflujo gastroesofágico no es, en principio, una patología grave  por  lo  que  estamos  interesados  en  conseguir  una  herramienta  de  diagnóstico  sencilla y de coste no muy elevado.                     Otras fuentes consultadas en este capítulo: [Kahrilas] [Dolder] [Lloret] [AsoGastro]       

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