CO₂ + H₂O     <------>              CO₃H₂    <---------->               H⁺ + HCO₃^- 
En el plasma donde no existe anhidrasa carbónica, casi todo el ácido carbónico está disociado en CO₂ y H₂O, y la concentración del ácido carbónico es muy escasa ( 0.003 mmol/l). Sin embargo esta pequeña cantidad está disociado en CO₃H^- y H⁺, lo cual explica el porqué aumenta la acidez cuando aumenta el CO₂ en el plasma. 
La concentración normal de bicarbonato en el plasma es 24 mmol/l. 
Si aplicamos la fórmula de Henderson - Hasselbach al sistema bicarbonato/ácido carbónico: 
                              HCO₃- 
pH = pK + log    ------------ 
                             H₂CO₃  
el pK a 37ºC tiene un valor de 3.5, luego: 
pH = 3.5 + log (24/0.003) = 3.5 + log 8000 = 3.5 + 3.9 = 7.4 que es el  pH normal del plasma arterial. Como la concentración de H₂CO₃ es tan pequeña y es dificil de medir, habitualmente se recurtre a incluir en la fórmula el CO₂, aprovechando que su concentración es proporcional a la de H₂CO₃. 
Por lo tanto la ecuación sería: 
                             HCO₃^- (mmol/l) 
pH = pK + log ------------------------------------ 
                          CO₂ disuelto(mmol/l) + H₂CO₃  
La concentración real de ácido carbónico en el plasma es tan pequeña que la podemos ignorar. La concentración de CO₂ disuelto en el plasma es proporcional a su presión parcial por la constante de solubilidad del CO₂ en el agua, que a 37ºC tiene un valor de 0.03, expresándola en mmHg; por tanto: 
                                HCO₃^- 
pH = pK + log ------------------------ 
                             pCO₂  x 0.03 
Dado que el valor del pK del sistema bicarbonato/ CO2 a 37ºC es de 6.1, el bicarbonato normal del plasma arterial es de 24 mmol/l, y la pCO2 arterial normal es de 40 mmHg, el pH de la sangre arterial normal será: 
pH = 6.1 + log (24/1.2) = 6.1 + 1.3 = 7.4 
En condiciones normales las concentraciones de bicarbonato y el CO₂ disuelto están en proporción 20/1, y siempre que esta proporción se mantenga el pH será 7.4. 
Si se quiere expresar la acidez de los líquidos corporales en términos de [H+], en nmol/l ó nEq/l, a partir del bicarbonato y la pCO₂, se emplea la siguiente fórmula: 
                                              pCO₂  (mmHg)            24 x 40 
[H+] ( nmol/l ó nEq/l ) = 24  ------------------   =   -------------  = 40 
                                               HCO₃^- (mEq/l)              24 

 La relación entre el pH y [H+] es la siguiente: 
pH     6.7    6.8    6.9    7.0    7.1    7.2    7.3    7.4    7.5    7.6    7.7    7.8 
[H+] 200    160   125   100    80     63     50     40     32     26     20    16 

El medio interno ha de mantener un pH dentro de unos límites fisiológicos de 7.35 y 7.45. En el organismo existe una producción continua de ácidos: 1) 50 - 100 mEq/día de “ácidos fijos”, procedentes básicamente del metabolismo de los aminoácidos que contienen sulfuro (metionina, cysteina) y aminoácidos catiónicos (lisina y arginina). Aunque los hidratos de carbono y las grasas son normalmente metabolizadas a productos finales neutros, en circunstancias anormales (como puede ser la hipoxia, donde la glucosa se metaboliza a H+ y lactato o en el déficit de insulina donde los triglicéridos se metabolizan a H+ y beta - hidroxibutirato)  pueden servir como carga de ácidos; 2) 10000 - 20000 mEq/día de “ácido volátil” en forma de CO₂. Estos ácidos han de ser eliminados del organismo, pero los procesos de eliminación de los “ácidos fijos” son lentos; sin embargo el organismo dispone de medios para defenderse de forma rápida de la acidez que actúan coordinadamente. La primera línea de defensa: los buffers; la segunda línea: la regulación respiratoria; y la tercera línea: la regulación renal. (1, 2) 

Un BUFFER es un sistema formado por un ácido débil y una sal fuerte de dicho ácido, que funciona como base. En los líquidos corporales, tanto extra como intracelulares, existen buffers cuya misión es amortiguar, es decir, disminuir los cambios de acidez de una solución cuando a ésta se le añade un ácido o un álcali y conseguir,  por lo tanto, que el pH de la solución cambie lo menos posible; su efecto es prácticamente inmediato. Lo ideal es que un buffer tenga la misma cantidad de sus dos componentes (ácido y base), para amortiguar tanto un ácido como una base. 
Los buffers del compartimento extracelular son los siguientes: 
a)  Bicarbonato/CO₂, en el plasma y líquido intersticial. 
b)  Hemoglobina, en los hematies. 
c)  Proteínas plasmáticas. 
d)  Fosfato disódico/fosfato monosódico, en plasma, hematies y líquido intersticial. 
En condiciones normales, el sistema bicarbonato/CO₂ representa el 75% de la capacidad buffer total de la sangre, siendo un buffer excelente, a pesar de estar en relación 20/1, ya que su componente ácido (CO₂) es gaseoso y además muy difusible, lo que permite una modificación muy rápida de sus niveles mediante la respiración. 

Los buffers del compartimento intracelular son cuantitativamente más importantes, pero no bien conocidos. Aparte del sistema de la hemoglobina, los más importantes son el del fosfato disódico/fosfato monosódico y el de las proteinas intracelulares (imidazol). Los H+ penetran en las cálulas intercambiándose por Na+, K+ y lactato, y son neutralizados por ellos; este proceso tarda de 2 a 4 horas. 

La segunda línea de defensa actúa amortiguando la acidez o alcalinidad a base de eliminar o retener CO₂, lo que disminuye o aumenta el ácido carbónico, y en consecuencia la [H+]. 
En condiciones normales todos los ácidos volátiles producidos han de ser eliminados por el pulmón en su práctica totalidad. 
El CO₂ es un gas soluble en los líquidos corporales y muy difusible, unas 20 veces más que el O₂, y tiende a moverse muy rápidamente de donde hay más a donde hay menos: tendencia “de escape” del CO₂. 
El CO₂ tisular, procedente del metabolismo, se mueve hacia el plasma, donde tiene las siguientes posibilidades: 
a)  disolverse físicamente, de acuerdo con la pCO₂  
b)  hidratarse a bicarbonato, en una mínima cantidad, porque en el plasma no hay apenas anhidrasa carbónica 
c)  en su mayor parte, pasar al hematie, una vez dentro del mismo, una parte se disuelve, otra se hidrata a bicarbonato, ya que en el hematie hay abundante anhidrasa carbónica, y otra parte se une a la Hb formando compuestos carbamino. El CO₃H₂ formado se disocia en CO₃H- y H+; la unión del CO₂ a la Hb libera también un H+. Estos H+ han de ser neutralizados para evitar el descenso de pH. 
Tanto los fosfatos intraeritrocíticos como sobre todo la hemoglobina pueden aceptar la mayor parte de estos H+. La Hb, al pH normal de la sangre, tiene predominio de cargas negativas, y por lo tanto se comporta como una base y puede aceptar H+ en los grupos imidazol de la histidina; el carácter básico de la Hb aumenta cuando se desoxigena, y por lo tanto acepta más H+ al mismo pH; la desoxigenación de la Hb ocurre precisamente en los tejidos, donde debe recoger el CO₂ y por tanto aceptar H+ (efecto Bohr).  Este efecto es recíproco: a medida que aumenta la concentración de H+ dentro del hematíe, la Hb suelta más facilmente su oxígeno. Por otra parte, la Hb desoxigenada acepta CO₂ en sus grupos NH₂ formando compuestos carbamino (efecto Haldane ); esta unión libera un H+, que es aceptado por los grupos imidazol. Este efecto es también recíproco, cuando aumenta la pCO₂ dentro del hematíe la Hb suelta también más facilmente el O₂. 
Cuando la Hb se desoxigena, cada gramo puede aceptar 0.043 mmol de H+, y por cada mmol de Hb que se desoxigena se cede a los tejidos 1 mmol de O₂. Como el cociente respiratorio normal es de 0.8, se genera metabólicamente 0.8 mmol de CO₂, que al hidratarse dentro del hematíe mediante la anhidrasa carbónica, producen 0.8 mmol de CO₃H- y 0.8 mmol de H+; como se ha comentado, cuando 1 mmol de Hb (16.1 g) se desoxigena, puede aceptar 0.053 x 16.1 = 0.7 mmol de H+ sin que cambie el pH. Es decir que 0.7 mmol de los H+ producidos al hidratarse el CO2 dentro del hematíe pueden ser aceptados por la Hb desoxigenada y solo 0.1 mmol de H+ por cada mmol de Hb (alrededor de 4 mmol/l ) deben ser amortiguados por los otros buffers. Por esta razón, la sangre venosa es solo ligeramente más ácida (0.04 U pH en condiciones normales) que la arterial. 
La producción contínua de bicarbonato dentro del hematíe hace que su concentración aumente  progresivamente; al alcanzar cierto nivel sale al plasma, intercambiándose por el Cl- y agua (efecto Hamburger), por lo tanto parte del CO₂ se transporta en la sangre venosa en forma de bicarbonato plasmático, por esta razón el bicarbonato de la sangre venosa es ligeramente más alto (alrededor de 1 mEq/l) que el de la sangre arterial. 
En el pulmón aumenta la PCO₂ del eritrocito, difunde CO₂ hacia el plasma, aumentando la pCO₂ , debido a su gran capacidad de difusión, el  CO₂ atraviesa la membrana alvéolo - capilar y se elimina con el aire espirado. La ventilación alveolar está exáctamente regulada para que la pCO₂ alveolar y en consecuencia la arterial, para que se mantenga en unos 40 mmHg; si la pCO₂ arterial aumenta de esta cifra aumenta la ventilación alveolar  y por lo tanto la eliminación de CO₂, y al contrario. 
Cuendo la producción de CO₂ aumenta, aumenta en consecuencia la ventilación alveolar si el pulmón puede responder adecuadamente, con lo que no se desarrolla hipercapnia ni acidosis respiratoria. Si el pulmón no responde, o si disminuye la ventilación alveolar por otras causas con una producción normal de CO₂, el CO₂ se va acumulando, y cuando se saturan los mecanismos buffer, aumenta la pCO₂ y el ácido carbónico produciendose la acidosis respiratoria (2). 

La tercera línea, la regulación renal: 
Normalmente se producen H+ entre 50 y 100 mEq/día, aunque en condiciones patológicas pueden producirse hasta 500 mEq/día, que se neutralizan con los buffers extra e intracelulares, pero han de ser eliminados por el riñón, ya que el pulmón no excreta H+ (3). 
El riñón contribuye al  balance ácido-base regulando la excreción de H+ en tanto que la concentración de CO₃H- permanezca dentro de límites apropiados. Esto involucra dos pasos básicos: 
A) La reabsorción tubular del bicarbonato filtrado en el glomérulo: 
 Todo el bicarbonato plasmático (4.500 - 5.000 mEq/día) se filtra en el glomérulo. Si el pH de la orina es < 6.2, no hay nada de bicarbonato en la orina, lo que indica que se ha reabsorbido todo en el túbulo. Cuando el pH urinario es > 6.2 aparece el bicarbonato en la orina. La reabsorción tubular de bicarbonato aproximadamente el 90% se realiza en el túbulo proximal, en los primeros milimetros de este segmento. Parece estar  mediada por el incremento en el número de cotransportadores Na+/ H+ (4), el restante 10% restante se reabsorbe en segmentos más distales, en los túbulos colectores medulares más externos. 
La reabsorción de bicarbonato por el túbulo depende de varios factores: 
1. De la cantidad de bicarbonato presente en el túbulo que es practicamente lineal hasta un nivel de 24-25 mEq/l, si es inferior a este nivel el bicarbonato plasmático todo se reabsorbe en el túbulo. A partir de dicho nivel, el que se reabsorba más o menos depende de los siguientes factores. 
2. Nivel de pCO₂, si aumenta en el plasma, y en consecuencia en la célula tubular, aumenta la concentración de H+ aumentando su eliminación por los mecanismos que se describirán posteriormente y en consecuencia se reabsorbe más bicarbonato; y si disminuye, se reabsorbe menos. 
3. Grado de repleción del volumen extracelular, su expansión disminuye la reabsorción proximal de bicarbonato y su contracción aumenta la reabsorción de bicarbonato. 
4. Nivel de mineralcorticoides ( y en menor medida de glucocorticoides); si está aumentado, aumenta la reabsorción de bicarbonato;  y si está disminuido, disminuye. 
5. Nivel de K+ plasmático, si eatá bajo, aumenta ligeramente la reabsorción de bicarbonato problamente por estímulo de la producción de renina - aldosterona. La hipopotasemia genera “per se” alcalosis metabólica. 
B)  La regeneración del bicarbonato gastado en la neutralización del ácido fijo, mediante la eliminación de H+: 
1. Se alcanza mediante la secreción de H+, con dos mecanismos diferentes, en el túbulo proximal cotransporte Na-H+, y en los tubulos colectores por un mecanismo de transporte activo primario, con un transportador especifico denominado adenosintrifosfatasa transportadora de iones hidrógeno (H+-ATPasa), manteniendo la electroneutralidad por la secreción concurrente de Cl- (5)(Gráfico 1 ).  Este último mecanismo puede aumentar la concentración de de hidrógeno en la luz tubular hasta 900 veces, que puede disminuir el pH del líquido tubular hasta 4.5, que es límite inferior de pH que se mide en la orina, en contraste con el incremento de tres a cuatro veces que puede ser obtenido en los túbulos proximales. 
 En condiciones normales, la velocidad de secreción de hidrogeniones es del  orden de 3.5 mmol/min y la velocidad de filtración de bicarbonato es de 3.46 mmol/min, es decir la cantidad de ambos iones es practicamente la misma, neutralizandose en la luz tubular. Por tanto la excreción directa de H+ libres, es mínima de 0.1 mEq/día como máximo. 
2. Así pues, para eliminar el exceso de hidrogeniones por la orina, se debe combinar este ión hidrógeno con tampones intratubulares: 
I. Como “acidez titulable” (Gráfica 2): 
a)  en forma  de fosfato: HPO4= + H+ = H2PO4-; este sistema tiene un pK de 6.8, y por tanto es activo entre 7.3 y 6.3 de pH. 
b)  en forma de creatinina: es cuantitativamente poco importante, su interés es por tener un pK de 4.8, y poder actuar en los rangos bajos del pH urinario(6). 
II.  Como amonio: El túbulo renal sintetiza amoniaco a partir de la glutamina a partir de una de las siguientes vías: (7, 8)                                                                                                                                                         glutamina: 3CO₂  + 2NH₄+   + 2HCO₃ -   ; 
glutamina: ½ glucosa +  2NH₄+   + 2HCO₃ - 
Una vez formado,  el bicarbonato vuelve a la circulación sistémica a través de la vena renal (Gráfica 3). Si el amonio no se excreta a la orina y retorna a la circulación sistémica, se metaboliza en el hígado donde se metaboliza a urea consumiendo bicarbonato. Por tanto, dos mecanismos regulan la producción de bicarbonato renal de la amoniogenesis renal: 1) el balance de distribución del amonio entre la circulación sistémica y la orina; y 2) la velocidad de producción de amonio renal. La producción de amonio puede estar influida por factores al margen del estado ácido-base, como son la masa renal reducida, cambios en el volumen circulante, alteraciones en el potasio y calcio (1). 
El amoniaco es un gas, que difunde con facilidad hacia la luz del túbulo, dónde se combina con los H+ procedentes del H₂CO₃, que se han intercambiado previamente por Na+, formando amonio: NH₃ + H+ = NH₄+, que es un catión, muy poco difusible a través de la membrana de la célula tubular (no existe transporte activo de amonio), por lo que queda “atrapado” en la luz tubular, eliminándose con la orina. De esta forma se eliminan normalmente 20 a 40 mEq/día de H+, pudiendo incrementarse hasta 250 mEq/día ó más en las acidosis metabólicas severas (8). Este mecanismo es fundamental en los niños pequeños, en los que el mecanismo de acidez titulable está poco desarrollado. 
Mediante estos mecanismos, por cada H+ que se elimina por la orina, se retiene, y se reabsorbe, un bicarbonato. En la acidosis se excretan H+ por el riñón, tanto los procedentes de ácidos fijos como del ácido carbónico, es decir, tanto de la acidosis metabólica como respiratoria. En el caso de que el bicarbonato se hubiera gastado previamente en la neutralización del ácido fijo, esto supone regenerar el bicarbonato gastado; en el caso de la eliminación de H+ procedente del ácido carbónico, la reabsorción secundaria de bicarbonato supone elevar el bicarbonato plasmático por encima de sus niveles normales, que es lo que ocurre en la compensación metabólica de la acidosis respiratoria crónica. En la alcalosis , tanto metabólica como respiratoria, se retienen H+al mismo tiempo que se excreta el bicarbonato, que desciende en el plasma. 
La cantidad neta de  H+  excretados en orina es igual a la cantidad de H+  excretados como acidez titulable y NH₄+  menos cualquier H+  añadido por la pérdida de CO₃H- urinario.