Resumen
El pH es de gran importancia para entender la acción farmacológica de una molécula anestésica dental. Si simplificamos en 3 etapas el proceso por el cual una molécula de anestésico causa su efecto, podremos decir que: primero, la molécula está en una solución acuosa en cartucho dental; segundo, la molécula en solución acuosa es inyectada y llega al líquido extracelular del tejido bucal para luego atravesar la membrana lipídica de una fibra nerviosa (axón) y entrar al axón; y tercero, la molécula en el ambiente intracelular del axón causa el efecto anestésico al impedir la despolarización de la membrana y la transmisión de un impulso nervioso. En cada etapa, el valor de pH del ambiente acuoso en el cual está la molécula anestésica es determinante para lograr el efecto anestésico.
Introducción
La química es un área clave de conocimiento para entender el comportamiento clínico de la anestesia dental. Sin embargo la química es una de las materias menos populares en los planes de estudio de estomatología porque involucra conceptos aparentemente más propios de las ciencias exactas que de las ciencias médicas. Puede suponerse erróneamente que la estomatología es excluyente de la lógica matemática aplicada a la química, para luego caer en la cuenta que el conocimiento biológico va de la mano de la química. Incluso a sabiendas de eso, el gusto por los conceptos básicos de la química se pierde en muchos estomatólogos a manera de una curiosa relación inversamente proporcional: a mayor tiempo de labor clínica en el consultorio dental es menor el interés en las áreas de conocimiento básico. Pero conviene recordar que el ejercicio clínico va acompañado siempre de retos a vencer con la aplicación de la experiencia práctica y también con el apoyo de las ciencias básicas. El área de la anestesia dental es un ejemplo preciso del conocimiento clínico originado de las ciencias básicas pues requiere saberes de anatomía, de fisiología, de farmacología, de bioquímica y de química, todos pilares para. En relación a la química y la anestesia dental, un concepto básico sumamente importante, aunque a veces infravalorado y olvidado, refiere a la comprensión del valor de pH en la acción de una solución anestésica. Por ese motivo, el objetivo de este artículo es explicar de una forma simple el efecto del pH en la acción farmacológica de las moléculas anestésicas usadas en estomatología. Entender el valor de pH, un concepto con más de 100 años de antigüedad, es determinante para lograr el éxito en la anestesia dental.
La escala del pH
La sigla de “pH” apareció en Dinamarca en la primera década del siglo XX. En 1909 el investigador S.P.L. Sørensen buscaba establecer el uso de soluciones buffers con ácido cítrico, ácido bórico y ácido fosfórico, en una investigación llevada a cabo en los Danish Carlsberg Laboratories en Copenhague –pertenecientes al también dueño de la cervecería Carlsberg, J.C. Jacobsen. Sørensen empleó una solución de referencia la cual identificó como solución q y empleó además una solución experimental con la concentración desconocida de hidrógeno, la cual identificó como p. De ahí se originó la sigla “pH”; puede parecer extraño que Sørensen haya elegido esas dos letras para nombrar las soluciones, sin embargo son 2 símbolos usados comúnmente como pares en matemáticas. Actualmente la Fundación Carlsberg define al pH como “el potencial de hidrógeno” (power of hydrogen) y el símbolo pH se ha aceptado mundialmente desde el año de 1907, cuando apareció publicado en el Journal of Biological Biochemistry.
En un sentido práctico, el valor de pH refiere a la concentración de iones hidrógeno (H+) en una solución y sigue el comportamiento de una escala logarítmica. El valor de pH es inversamente proporcional a la concentración de H+, es decir, a menor valor de pH es mayor la concentración de H+. La escala del pH incluye valores de 0 a 14, considerando como ácidos los valores entre 0-6.9, como neutro el valor de 7 y como alcalinos los valores entre 7.1-14. Siendo una escala logarítmica, el valor de pH no incrementa (o disminuye según el caso) en una relación de “uno a uno” con la concentración de H+, sino que la concentración de H+ tiene incrementos de “10 en 10”. En el caso específico de una concentración de iones H+, si un valor de valor de pH 3 (10-3) equivale a una concentración de 0.001 H+, entonces un valor de pH 2 (10-2) equivale a una concentración de 0.01 H+ y un valor de pH 0 (10-1) equivale a una concentración de 0.1 H+. En el caso contrario, para una concentración de iones hidroxilo (OH-), un valor de pH 14 (10-14) equivale a una concentración de 1 OH-, entonces un valor de pH 13 (10-13) equivale a una concentración de 0.1 OH- y un valor de pH 12 (10-12) equivale a una concentración de 0.01 OH-. Por lógica, a menor valor de pH en una solución, hay mayor acidez y mayor concentración de iones H+. Y a mayor valor de pH en una solución, hay mayor alcalinidad y menor concentración de H+.
La escala del pH
Los anestésicos dentales son sales clorhidratadas, siendo los más populares el clorhidrato de lidocaína, el clorhidrato de mepivacaína y el clorhidrato de articaína, Como sales, se diluyen en agua a valores de pH ácido pues en esa condición son moléculas estables; no pueden diluirse en una solución alcalina porque precipitarían y resultarían inservibles. En el caso de los anestésicos con vasoconstrictor, el pH de la solución es aún más ácido para mantener estable la epinefrina. La literatura científica reporta los valores de pH en los diferentes anestésicos, por ejemplo para la lidocaína simple el valor de pH es de 6.5, para la lidocaína con vasoconstrictor el valor de pH es de 5.0, para la mepivacaína simple el valor de pH es de 4.5-6.0, para la mepivacaína con vasocontrictor el valor de pH es de 3.0 y para la articaína con vasocontrictor el valor de pH es de 3.5-4.0. Debe considerarse que los valores pueden variar un poco de acuerdo al origen comercial del anestésico, por ejemplo nuestro grupo de investigación ha obtenido los valores de pH en diferentes anestésicos dentales de la casa comercial Zeyco (40 cartuchos del mismo lote) encontrando valores diferentes a los reportados. Para la lidocaína simple el pH fue de 5.94 (± 0.11), para la lidocaína con epinefrina el pH fue de 4.48 (± 0.20), para la mepivacaína simple el pH fue de 6.03 (± 0.01), para la mepivacaína con epinefrina el pH fue de 4.03 (± 0.23) y para la articaína con epinefrina el pH fue de 3.82 (± 0.21). Todos los valores fueron similares en los 40 cartuchos y se obtuvieron en la solución anestésica a una temperatura de 25oC. Es claro que ya sea en presentación simple o con un vasoconstrictor, las moléculas anestésicas en la solución acuosa en el cartucho están disueltas en un ambiente de pH ácido porque así se requiere para mantener su estabilidad. Por lo tanto están asociadas a iones H+ que brindan cargas positivas a las moléculas.
El valor de pH de los anestésicos dentales
Los anestésicos dentales son sales clorhidratadas, siendo los más populares el clorhidrato de lidocaína, el clorhidrato de mepivacaína y el clorhidrato de articaína, Como sales, se diluyen en agua a valores de pH ácido pues en esa condición son moléculas estables; no pueden diluirse en una solución alcalina porque precipitarían y resultarían inservibles. En el caso de los anestésicos con vasoconstrictor, el pH de la solución es aún más ácido para mantener estable la epinefrina. La literatura científica reporta los valores de pH en los diferentes anestésicos, por ejemplo para la lidocaína simple el valor de pH es de 6.5, para la lidocaína con vasoconstrictor el valor de pH es de 5.0, para la mepivacaína simple el valor de pH es de 4.5-6.0, para la mepivacaína con vasocontrictor el valor de pH es de 3.0 y para la articaína con vasocontrictor el valor de pH es de 3.5-4.0. Debe considerarse que los valores pueden variar un poco de acuerdo al origen comercial del anestésico, por ejemplo nuestro grupo de investigación ha obtenido los valores de pH en diferentes anestésicos dentales de la casa comercial Zeyco (40 cartuchos del mismo lote) encontrando valores diferentes a los reportados. Para la lidocaína simple el pH fue de 5.94 (± 0.11), para la lidocaína con epinefrina el pH fue de 4.48 (± 0.20), para la mepivacaína simple el pH fue de 6.03 (± 0.01), para la mepivacaína con epinefrina el pH fue de 4.03 (± 0.23) y para la articaína con epinefrina el pH fue de 3.82 (± 0.21). Todos los valores fueron similares en los 40 cartuchos y se obtuvieron en la solución anestésica a una temperatura de 25oC. Es claro que ya sea en presentación simple o con un vasoconstrictor, las moléculas anestésicas en la solución acuosa en el cartucho están disueltas en un ambiente de pH ácido porque así se requiere para mantener su estabilidad. Por lo tanto están asociadas a iones H+ que brindan cargas positivas a las moléculas.
El pH y la acción farmacológica del anestésico dental
La percepción del dolor dental se origina con un estímulo nocivo percibido por nociceptores que disparan la transmisión de un impulso nervioso que viaja por las prolongaciones –axones– de 3 neurona hasta llegar a la corteza cerebral. La transmisión del impulso nervioso sucede gracias a la despolarización de la membrana del axón, la cual ocurre cuando una significativa cantidad de iones sodio (Na+) del líquido extracelular fluye por los canales de Na+ de la membrana lipídica para entrar al axón. La acción farmacológica del anestésico dental evita la percepción del dolor al impedir la transmisión del impulso nervioso en la primera neurona. Para causar un efecto de adormecimiento, primero la molécula del anestésico debe atravesar la membrana lipídica del axón y segundo, una vez adentro del axón debe bloquear los canales por los cuales entra el flujo de iones de Na+, inhibiendo así la transmisión del impulso nervioso.
La acción farmacológica del anestésico es dependiente de la ganancia y de la pérdida de cargas positivas en la molécula del anestésico. Considérese el ejemplo de la solución de lidocaína que tiene un pH ácido, por lo tanto sus moléculas poseen una carga positiva pues están asociadas con iones H+. Sin embargo solamente las moléculas anestésicas sin carga (moléculas base) pueden atravesar la membrana lipídica, así que el pH interviene para quitar la carga positiva de las moléculas. En condiciones normales el valor de pH tisular es de 7.4; sucede que cuando las moléculas de lidocaína son inyectadas en los tejidos son afectadas por un ambiente más alcalino que favorece la pérdida
de su carga positiva, en esa condición son capaces de atravesar la membrana del axón. Inicialmente sólo 1⁄4 del total de las moléculas de lidocaína perderá su carga y entrará al axón. Una vez dentro del axón, las moléculas anestésicas toman un H+ del ambiente intracelular (pH 7.4) y recuperan
su carga positiva. Teniendo esa característica pueden
dirigirse a los canales para los iones Na+ y bloquearlos; sin iones de Na+ extracelular entrando por la membrana del axón no sucede la despolarización de la membrana ni la transmisión del impulso nervioso, ocurriendo así el efecto anestésico. Las moléculas de lidocaína restantes en el ambiente extracelular continúan perdiendo su carga positiva hasta que la mayoría de ellas atraviesa la membrana del axón. El tiempo en que eso sucede dura unos pocos minutos y es el tiempo que tarda el anestésico en adormecer los tejidos o el llamado tiempo de latencia.
El pH, el pka y la eficacia del anestésico
El pKa es la constante de disociación de la molécula anestésica, su significado en un término práctico se explica en el hecho que cuando una solución anestésica tiene un pH igual a su valor de pKa, entonces el anestésico tiene el 50% de moléculas en un estado sin carga y tiene el otro 50% de moléculas en un estado con carga positiva. El pKa de la lidocaína es 7.7, el pKa de la mepivacaína es de 7.6 y el de la articaína es de 7.8. Si el pH de una solución de lidocaína en cartucho fuese de un valor de 7.7, la mitad de las moléculas tendrían no tendrían carga, pero tal condición no sería idónea para la estabilidad de la molécula. Puesto que el pH de los anestésicos es ácido, significa que al infiltrar lidocaína en los tejidos (pH 7.4), solamente un 33% de moléculas estarán en una forma sin carga; al infiltrar mepivacaína se tendrán un 29% de moléculas sin carga y al infiltrar articaína se tendrán también cerca de un 29% de moléculas sin carga. Considerando la relación entre el valor de pH y el pKa de la lidocaína, es lógico suponer que incrementar el pH de una solución anestésica justo antes de inyectarla beneficia la acción de la molécula. Para tal fin se ha investigado el efecto de la alcalinización agregando bicarbonanto de sodio a la solución anestésica para incrementar el número de moléculas sin carga. La estrategia logra reducir el tiempo de latencia del anestésico y aumentar el efecto anestésico en ciertas condiciones clínicas. Nuestro grupo ha hipotetizado que una aspiración positiva de sangre que se diluye homogéneamente en la solución anestésica podría resultar en un efecto de alcalinización y en un mayor número de moléculas sin carga. Por ejemplo, cuando en una solución de lidocaína simple (1.8 mL) se diluyen 10 uL de sangre, el pH incrementa de 5.94 (± 0.11) a 6.11 (± 0.09); en el caso de la lidocaína con epinefrina, el mismo volumen de sangre diluida en el anestésico provoca un incremento de pH 4.23 (± 0.09) a un pH de 5.12 (± 0.10). Cuando la sangre (10 uL) se diluye con mepivacaína simple, el incremento del pH va de 6.03 (± 0.01) a 6.06 (± 0.02) y para el caso de la mepivacaína con epinefrina el pH incrementa de 4.04 (± 0.23) a pH 5.03 (± 0.25). Los hallazgos se originan de experimentos in vitro, por lo que no puede inferirse un efecto clínico en base en los resultados, pero es interesante conocer el efecto de la dilución de sangre en la solución anestésica.
Finalmente, el pKa del anestésico influye también en la ionización (atracción de cargas positivas) de la molécula anestésica en un amiente de pH ácido. Un tejido con un proceso inflamatorio tiene valores de pH de entre 5.8-7.2 (menores al valor de pH normal), esa condición ácida del ambiente podría disminuir el número de moléculas sin carga al incrementar el número de moléculas cargadas, por consecuencia también se reduciría la entrada de moléculas anestésicas en el axón y la eficacia del anestésico. Para anestesiar tejidos con inflamación (por ejemplo inflamación pulpar irreversible) se sugiere usar una solución de mepivacaína porque es tal molécula tiene menor afinidad a la ionización en comparación con la lidocaína.
Conclusiones
Ya sea en la solución anestésica o en los tejidos, el valor de pH es un factor determinante en la acción farmacológica del anestésico dental. Su influencia sobre el comportamiento de la molécula anestésica tiene que ver con la presencia de iones H+ y la capacidad de estos a darle una carga positiva a la molécula, o de disociarse de la molécula para dejarla sin carga. Con la comprensión del concepto del pH es más fácil entender cómo actúa un anestésico y cómo podemos usar el pH en beneficio de los pacientes, para lograr una mejor anestesia.
