29. transporte
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29. Transporte de oxígeno y dióxido de carbono: oxigenación tisular.
Tampones de la sangre.
6.- S. RESPIRATORIO6.- S. RESPIRATORIO
Transporte de los gases en Transporte de los gases en la sangrela sangre
a. Captación de oxígeno por el pulmón, o sea la oxigenación o “arterialización” de la sangre, a nivel del alvéolo pulmonar.
b. Transporte y provisión del oxígeno en sangre, por el aparato cardiocirculatorio.
c. Utilización del oxígeno por las células de los tejidos.
Captación del oxígeno por la sangre Captación del oxígeno por la sangre capilar pulmonarcapilar pulmonar
Gradiente de presión de OGradiente de presión de O22 del ambiente del ambiente hasta los tejidos.hasta los tejidos.
20
60
100
140
INSP ALV ART CAP VEN-M
PO
2
(mm
Hg
)
40 mmHg
104 95
Difusión del oxígeno de los capilares Difusión del oxígeno de los capilares periféricos al líquido tisular y a la célulaperiféricos al líquido tisular y a la célula
La PO2 en el liquido intersticial que rodea las células de los tejidos es de 40 mm Hg. por lo que el O2 capilar difunde hacia el tejido rápidamente.
La PO2 del intersticio está condicionada por: El flujo sanguíneo del tejido La tasa metabólica de las células
residentes La PO2 intracelular oscila desde 5
mmHg hasta 40.
Difusión de CODifusión de CO22 de la célula a los de la célula a los capilarescapilares
Difunde en sentido contrario al O2. Puede difundir unas 20 veces más rápido que el O2 Las diferencias entre las presiones parciales en líquido intersticial
(45 mmHg), célula residente (46 mm Hg.) y sangre capilar (40 mm Hg.) son pequeñas pero suficientes para que se produzca la difusión.
La PCO2 está condicionada por: El flujo sanguíneo del tejido El metabolismo celular
Estos factores influyen de forma inversa que en el caso del oxígeno.
Transporte del oxígeno en la Transporte del oxígeno en la sangresangre
a. En solución (disuelto) en el plasma. Menos de un 0.3 % b. Combinado con la hemoglobina, que se encuentra en los
eritrocitos. La cantidad de oxígeno que se transporta depende de la presión parcial de oxigeno y de la cantidad de hemoglobina
c. La hemoglobina también transporta el CO2, ademas en los eritrocitos hay anhidrasa carbónica que transforma el CO2 en bicarbonato (unos de los tamponadores de la sangre).
COCO22 + H + H
22O <------> COO <------> CO33HH22 <----------> H <----------> H++ + HCO + HCO
33--
HemoglobinaHemoglobina
Grupo HEM
Fe++
280x106 Hb/eritrocitoCada molécula tiene 4 cadenas polipeptídicas.Cada cadena tiene un grupo hemo.Cada grupo hemo. une una molécula de O2
HemoglobinaHemoglobina
La producción de hemoglobina está controlada por la eritropoyetina.
La eritropoyetina se sintetiza y se libera en el riñón en respuesta a cambios en la PO2.
La unión del oxígeno depende de: De la PO2 del ambiente De la afinidad entre la Hb y el O2
HB puede existir en dos estados conformacionales: Relajado (R): este estado corresponde a la
estructura cuaternario de la oxihemoglobina y favorece la unión de oxígeno.
Tenso (T) : este estado corresponde a la estructura cuaternario de desoxihemoglobina y tiene una baja afinidad por el oxigeno.
T R
La unión del oxígeno supone un cambio conformacional en la Hb., modificando la posición de los grupos.
La transición de un estado a otro implica la rotura o formación de enlaces entre las cadenas polipeptidicas. Cuando el oxigeno se une las dos cadenas beta se aproximan y se mueven juntas mientras que cuando no está se mueven separadas.
La reacción del O2 con el grupo hemo. es de oxigenación no de oxidación por lo que el hierro permanece en su estado ferroso Fe2+).
El O2 es transportado como O2 molecular y no está iónicamente unido al hierro por lo que es fácilmente captado o liberado según el caso.
Equilibrio Equilibrio oxigeno-hemoglobinaoxigeno-hemoglobina
La unión del oxígeno a la hemoglobina depende de la presión parcial de oxígeno existente en ese momento. La relación existente entre unión del O2 a la hemoglobina y su presión parcial se llama curva de disociación hemoglobina-oxígeno y se determina experimentalmente.
1. La unión con el oxígeno es reversible: hemoglobina --> oxihemoglobina --> hemoglobina.
2. La reacción del oxígeno con la hemoglobina es muy rápida (del orden de milisegundos)
3. La forma S (sigmoide) de la curva es debida al cambio de forma de la molécula de la hemoglobina cuando se han unido oxígeno a 3 de los grupo hemo A. Funcionalmente, esta curva permite que el oxígeno se combine con la hemoglobina en los pulmones incluso con bajas presiones alveolares de oxígeno y sea liberado en los capilares incluso a altas presiones parciales
La unión del oxígeno a la hemoglobina está relacionada con varios factores fisiológicos:
Significado fisiológico de la Significado fisiológico de la forma sigmoide de la curvaforma sigmoide de la curva
Critical PO2
V
Saturación de la Hb por el OSaturación de la Hb por el O22 El porcentaje de saturación es el % o grado de
ocupación de grupos HemO unidos a O2
Sat = Contenido de O2 en la Hb x 100
Capacidad de O2
Sat. arterial = 99 - 97% PaO2 = 100mmHg Sat. venosa = 75% Pv02 = 40mmHg
CONTENIDO DE O2CONTENIDO DE O2 [Hb]= 15 mg/100 mL Cada gramo de Hb libera 1.34 ml de O2 Cont. O2 Hb = Sat O2 x Hb x 1.34
= 0.98 x 15 x 1.34
= 19.7 ml O2 /l00 ml Cont. O2 Total = Cont. O2 Hb + Cont. O2 dis (Cont
O2 dis. = PAO2 x 0.003 = 100 x 0.003) = 0.3 + 19.7 = 20 ml O2 /l00 ml sangre
Oxigenación tisularOxigenación tisular
Depende de:
1. La PaO2 que establece los gradientes inversos a los que existen en el pulmón.
2. El gasto cardiaco, que asegura una adecuada perfusión con sangre arterial.
3. El porcentaje de saturación con oxígeno de la hemoglobina, y la posición de la curva de disociación de la hemoglobina que determina el grado y facilidad de liberación de oxígeno a los tejidos.
4. En condiciones normales se transportan unos 5 ml de O2/100 mL. Un 25% del oxigeno unido a Hb se libera en los tejidos.
5. La Hb actua como amosrtiguador de los cambios en la PO2 de los tejidos, estableciendo un máximo de 40 mmHg.
EL pH La Temperatura La concentración de CO2 La concentración de 2,3-difosfoglicerato (DPG) El ejercicio
Factores que modifican las Factores que modifican las curvas de disociación de la Hbcurvas de disociación de la Hb
Efecto del pH y la temperaturaEfecto del pH y la temperatura
La afinidad de la Hb por O2 está decrecida cuando el PH baja.
Cuando aumenta la Tª, la curva se desplaza a la derecha, lo que significa que se disminuye la afinidad.
T°, debilita la unión entre la Hb y el O2. Reacción exotérmica (DH=-11 kcal/mol).
PCO2, [H+] y 2-3-DPG Se unen a la desoxiHb y estabilizan la
estructura T, disminuyendo la afinidad. Todos los efectores se unen en
diferentes lugares de las cadenas y , pero pueden competir por un mismo sitio.
2,3-Difosfosoglicerato:2,3-Difosfosoglicerato:
2,3-DPG esta presente en los eritrocitos a concentraciones similares que la Hb.
2,3-DPG se une a la cavidad central de la desoxihemoglobina entrecruzando las cadenas beta. Cuendo el O2 se une a la Hb las dos cadenas beta se acercan haciendo la cavidad más pequeña y causando que se excluya la molécula de 2,3-DPG.
Cuando aumenta su concentración se desplaza la curva de disociación por lo que es un mecanismo de adaptación a la hipoxia.
Efecto BohrEfecto Bohr
El incremento de ácidos (hidrogeniones) o CO2 disminuye el pH del plasma y mueve la curva de disociación de la Hb hacia la derecha.
Un aumento de CO2 promueve una mayor entrega de O2 a los tejidos a igual PO2.
Efecto Bohr = log P50/pH
Desplazamiento de la curva de Desplazamiento de la curva de disociación por el ejerciciodisociación por el ejercicio
El ejercicio aumenta: la PCO2 La temperatura Liberación de ácidos que aumenta la
concentración de hidrogeniones en músculo
Todos estos factores actúan en combinación para desplazar la curva de disociación de O2 a la derecha.
Factores que afectan la capacidad de Factores que afectan la capacidad de la Hbla Hb
Cambios en la concentración de Hb
Presencia de CO Formación de metaHb
(el Fe++ se oxida a Fe+++)
Desplazamiento del oxígeno por el monóxido de carbono (CO)
Se une a la Hb. por el mismo punto que el oxígeno
Tiene una afinidad por la Hb. 250 veces mayor que el oxígeno
El CO se une a la Hb. con presiones parciales tan bajas como 0.1 mmHg, llegando al 100% de saturación con 0.4 mm Hg.
Transporte de COTransporte de CO22 en la sangre en la sangre
El CO2 se transporta en la sangre por:• Como HCO3, 70%• Disuelto, 10%• Combinado con la hemoglobina, 20%
En condiciones de reposo se transportan 4 ml/100 ml de sangre desde los tejidos a los pulmones.
Transporte de COTransporte de CO22 en forma de en forma de ión bicarbonatoión bicarbonato
Efecto tamponador de la Efecto tamponador de la hemoglobinahemoglobina
Los hidrogeniones producidos en los eritrocitos de la disociación del ácido carbónico son captados primariamente por la Hb.
H+ + Hb HHb También son efectivos tampones las proteínas
plasmáticas debido a sus extremos carboxilo y amino libres.
Hb. es 6 veces más efectiva debido a que contiene 38 residuos histidina que pueden captar hidrógenos.
Curva de disociación del dióxido Curva de disociación del dióxido de carbonode carbono
Efecto HaldaneEfecto Haldane
La unión del oxígeno a la Hb. tiende a desplazar el CO2 de la sangre. Este efecto es cuantitativamente muy importante para promover el transporte de CO2
Se produce porque al combinarse el O2 con la Hb., esta se vuelve más ácida y esto hace que el CO2 vaya hacia los alvéolos por dos motivos: La Hb. más ácida tiene una tendencia menor a formar
carbamino Hb. El aumento de la acidez hace que se liberen
hidrogeniones que van a unir a los iones bicarbonatos para formar acido carbónico que posteriormente se disocia en agua y CO2
Regulación del equilibrio Regulación del equilibrio acido-básicoacido-básico
Tres reguladores: Los sistemas químicos de
amortiguación El centro respiratorio que regula la
eliminación de CO2 y H2CO3 del líquido extracelular.
Los riñones que permiten excretar una orina más o menos alcalina.
El amortiguador más El amortiguador más importante es el tampón importante es el tampón
bicarbonatobicarbonato Mantiene el pH en valores próximos a 7.4 Esta formado por un ácido débil y su base
conjugada
ión bicarbonato ácido carbónico
2
OTROS TAMPONES FISIOLÓGICOSOTROS TAMPONES FISIOLÓGICOS
H2PO4-/HPO42- (pKa = 6,86) Mantiene el pH intracelular
Proteínas (pKa próximo a 7) NH4+/NH3 Tampona la orina
Alcalosis respiratoriaAlcalosis respiratoria Hyperventilación Pérdida excesiva de CO2. Incremento del pH HCO3
- plasmático decrece. Descenso de PCO2 Por último, la alcalosis respiratoria se caracteriza por una
eliminación excesiva de CO2 a través de los pulmones. De nuevo, la reducción de la pCO2 con niveles normales de bicarbonato aumenta la relación entre bases y ácidos, por lo que se eleva el pH. Las causas más frecuentes de este trastorno son los estados de ansiedad, fiebre alta, anoxia e intoxicación por ciertos fármacos. En este caso, la compensación la establecen los riñones, reduciendo la producción de bicarbonato.
Acidosis respiratoriaAcidosis respiratoria Hipoventilación. Acumulación de CO2 en los tejidos. Decrece el pH. SE incrementa el HCO3- plasmático. Incremento de PCO2. La acidosis respiratoria se caracteriza por la incapacidad de los
pulmones para eliminar todo el CO2 producido por el organismo, por lo que la pCO2 aumenta y la existencia de un nivel normal de bicarbonato produce una disminución en la relación bicarbonato / ácido carbónico. Algunas causas de esta alteración son la enfermedad broncopulmonar, intoxicación por barbitúricos, respiración asistida mal estimada y asfixia. La compensación, en este caso, se producirá porque el riñón eliminará una mayor cantidad de H+ causando, de este modo, un incremento del bicarbonato.