Transporte de O2 y CO2 en la sangre

El aire fresco que entra a los pulmones se va a mezclar con la capacidad funcional residual y eso hace que la presión parcial baje en forma significativa. Baja un poco mas la sangre arterial por los circuitos arteriovenosos y luego a medida que los tejidos lo van retirando el oxigeno, la presión de oxigeno va a alcanzar sus mínimos valores y la presión parcial de CO2 va a alcanzar sus máximos valores. Por lo tanto estos son los valores de presiones parciales de los gases en los distintos territorios que involucran el circuito circulatorio, los tejidos y el pulmón.

Entonces partimos nuevamente con una presión parcial de 160 mmHg, siempre y cuando el aire que estemos respirando sea seco y la presión atmosférica sea de 760 mmHg, esto va a variar dependiendo de donde uno se encuentre ubicado y si el aire es mas o menos saturado con vapor de agua, en nuestro ejemplo alrededor de 159 la presión parcial de CO2 es despreciable, porque la concentración de CO2 en el aire es muy poca y una vez que entra en las vías respiratorias se mezcla con el aire que hay en las vías respiratorias, lo que produce una gradiente de presión parcial de oxigeno y de CO2 que va a alcanzar su estabilidad a nivel alveolar.

Aquí es bien importante señalar que el aire que entra se mezcla con el aire que ya esta en los pulmones, que tiene una composición diferente y esto permite que los cambios de presión parcial de O2 y CO2 alveolar y por lo tanto abdominal sean mínimos, evitando fluctuaciones importantes de las presiones parciales de los gases en un individuo en reposo la presión parcial de O2 a nivel arterial y la presión parcial de CO2 arterial sean constantes. Por lo tanto la presión parcial de oxigeno es de 100mmHg y la de CO2 es de 40mmHg. Estos son valores que encuentran la presión arterial, que estrictamente no es así sino un poco más bajos por presencias de los cortos circuitos arteriovenosos pero para simplificar un poco este balance se ponen los 100mmHg, y estas son las presiones parciales del sistema arterial, una vez que la sangre llega al lecho capilar el O2 va a pasar de la sangre a los tejidos y el CO2 va a pasar de los tejidos a la sangre a favor de su gradiente de presión de tal manera que la sangre que abandona los tejidos, tiene presiones totalmente distintas y esto implica que si se toman muestras de sangre venosa la presión parcial de O2 va a ser alrededor de 45 mmHg y la presión parcial de O2 alrededor de 40 mmHg a diferencia de las presiones parciales que hay si uno lo que esta analizando es una muestra de sangre arterial.

La presiones parciales de los gases en los pacientes se toma tanto en el sistema arterial como en el venoso, aunque mas frecuente en el sistema arterial y por lo tanto la sangre que llega nuevamente a través del hemicardio derecho a las zonas ventilatorias tiene presiones parciales totalmente diferentes, una vez que se enfrenta con las presiones que hay dentro del alveolo, es fácil de entender el CO2 va a difundir de los vasos capilares hacia el alveolo y el O2 va a difundir del

alveolo a la sangre capilar, todo esto ocurre cuando la sangre recorre mas menos el tercio de la trayectoria y que la reserva.

Veamos como se transporta el oxigeno a la sangre entonces:

El transporte de oxigeno es dos formas:

1. Disuelto en la sangre2. Unido a hemoglobina mas importante

La cantidad de oxigeno disuelto en el plasma es el 2% y el 98 % restante esta unido a HB.

A la temperatura corporal 1ml de plasma contiene 0.00003 ml de O2/ mmHg PO2. O sea la cantidad de O2 disuelto es pequeñísima, depende de la presión parcial que tenga ese gas en el líquido y de la solubilidad de ese gas en el líquido, y eso se puede aplicar a todos los gases no solamente para O2, y esto es lo que establece LEY DE HENRY. Vale decir el peso de una gas absorbido por un líquido no se combina químicamente, es directamente proporcional, repito la presión del gas esta expuesto a la solubilidad que tenga el líquido. Nosotros sabemos que en la sangre arterial :

PO2 = 100 mmHg 0.003 ml O2 / ml sangre0.03 ml O2 / 100 ml sangre

Lo que un individuo consume de O2 estando en reposo para mantener la tasa metabólica es entre 250 y 300ml/min para mantener las funciones corporales básicas, por lo tanto si existe tan poco O2 disuelto en el plasma para poder mantener el aporte O2 un individuo debería tener un GC de mas de 80 L/min. Esta claro que entonces el transporte de O2 disuelto en el plasma no es una forma ideal y adecuada para mantener el aporte de O2 tisular.

Imagínense cuando el consumo de O2 aumenta, como por ejemplo en el ejercicio máximo, el consumo de O2 puede llegar a mas de 4 L/min, imagínense cuanto tiene que ser el GC si es que solo se transportara el O2 disuelto en la sangre, estamos hablando de valores “estratosféricos” ( Doris Hernández.. CQC ) que están muy lejos de los valores habituales que se encuentran en los individuos que hacen ejercicios máximos y especialmente los que tienen tremendas capacidades aeróbicas. Estamos hablando alrededor de 25 Lts /min de GC. Entonces esta claro que en condiciones normales la cantidad de O2 disuelto en el plasma constituye minoritariamente a cubrir las demandas de O2 que los tejidos tienen, pero lejos quien cumple esta demanda es la Hb.

Ahora como la cantidad de gas disuelto que hay en una solución depende de su presión parcial esto se hace importante cuando el individuo tiene problemas con su Hb transporte O2, por ejemplo cuando el individuo tiene una intoxicación importante por monóxido de carbono, que compite con el O2 en mejores

condiciones porque tiene 250 veces mayor afinidad por la Hb que el O2, eso significa que para la misma presión parcial de ambos quien sale ganando lejos es el monóxido de carbono.¿Cómo puede uno entonces desplazarlo?Aumentando la presión parcial de O2, pero también puede favorecer el aporte de O2 a los tejidos aumentando artificialmente la presión parcial de O2 a nivel alveolar, entonces una de las formas es aumentando la PO2 alveolar con lo cual aumenta la cantidad de O2 disuelto por lo tanto la Hb que no esta cumpliendo su rol de transportadora de O2, entonces se puede hacer esta maniobra permitiendo que viaje mas O2 disuelto e incluso llegar a cubrir las demandas de O2 en reposo de un sujeto, cubrir los 250 a 300 mmHg que tiene un individuo en reposo.

Para eso obviamente hay que meter al individuo a una cámara hipervarica y aplicarle O2 a presión, aquí estamos hablando de lo que va a generar una presión parcial de O2 cercana a los 2000mmHg. Por un lado se desplaza el monóxido de carbono de la Hb y por ese lado se favorece el transporte de O2 disuelto, eso podría entonces ayudar al sujeto a salir del estado de hipoxia severo que puede gatillar la muerte, entonces el 98 % del O2 circula unido a Hb, entonces esta unión es reversible. Es fundamental que sea reversible porque en el lado pulmonar la Hb va a tomar el O2 pero en el lado tisular la Hb tiene que entregar el O2 a los tejidos, y para eso entonces la Hb es un tetrámero (tiene dos cadenas alfa y dos beta). Cada una de estas cadenas puede unir dos moléculas de O2 de tal manera q la unión del O2 a estas cadenas va a ocurrir aquí con la presencia del fierro en estado ferroso, es imprescindible que el fierro este en estado +2 y no +3 para que la unión sea reversible, y así es como está la mayor cantidad de fierro en la Hb normalmente, en estado ferroso; si por alguna razón esta en estado +3 (férrico) la unión se hace irreversible por lo tanto no puede estar en los tejidos. Esto puede ocurrir en algunos casos de intoxicación como ocurre con los pesticidas que normalmente esta en estado ferroso.

La Hb tiene la capacidad de unir 2 moléculas por cada cadena de O2, la Hb tiene 4 cadenas, por lo tanto un molécula puede unir 8 moléculas de O2, esa unión es reversible, esto implica entonces que la capacidad transportadora que tiene la Hb es de 1.34 ml de O2 por cada gramo de Hb que circula en la sangre, eso se calcula sacando los pesos moleculares del O2 y la Hb.

Un individuo normal adulto tiene en promedio 15grs de Hb por cada 100 ml de sangre, lo que es lo mismo decir 150 grs por litro de sangre, por lo tanto la capacidad transportadora de la Hb en el torrente sanguíneo va a ser 20.1 ml de O2 por cada 100 ml de sangre.¿De donde salio ese valor? Multiplicando la capacidad que tiene cada gramo de Hb por la cantidad total de Hb que este circulando por cada 100 ml de sangre, ahora obviamente uno lo expresará como quiere, si uno considera que un individuo tiene 5 lts de sangre le puede calcular la capacidad transportadora total por los 5 lts de sangre que tiene, pero casi siempre se expresa así porque la cantidad de sangre es variable entre una persona y otra, entonces par comparar

nos conviene mucho mejor expresarlo por un volumen fijo, 20.1 entonces es la capacidad transportadora de la Hb por cada 100 ml de sangre. Calculemos entonces:

-Tenemos 20.1 ml de O2 por cada 100 ml de sangre, calcule cuanto tiene un litro y 5 litros de sangre y le va a dar una cifra que es superior a la cantidad de O2 que un individuo necesita para mantener sus funciones vitales en reposo, por lo tanto no solo la Hb cumple con ese rol de suministrar la cantidad adecuada sino que también tenemos una cantidad de reserva que es tremenda.

Pero tenemos que pensar que esto que pasa en individuos en reposo en condiciones basales, cambia por ejemplo si un sujeto esta con una cantidad de Hb menor, si esta en un ambiente hipóxico porque la presión parcial va a cambiar, por lo tanto la cantidad de O2 disuelto va a ser menor, claro en ese caso no va tener mayor significancia porque la cantidad de O2 disuelto es muy poca.

Ahora la capacidad es 20.1 por 100 ml de sangre por un supuesto, si cada molécula de Hb este saturada al 100% ¿qué significa eso? de que cada cadena tiene sus sitios ocupados por O2, o sea las 4 cadenas que forman una cadena del adulto va a tener dos moléculas de O2, ahora, la Hb no necesariamente va a ser saturada al 100%, de hecho en condiciones normales no es así, por lo tanto sirve muchísimo conocer a que % de saturación se encuentra una Hb en una condición determinada ¿de que va a depender el % de saturación?

_ del contenido total de O2 que haya en la sangre y de la capacidad transportadora que tenga la Hb del O2.

Un individuo por ejemplo que tenga una cantidad de Hb disminuida en la sangre (anemia), ese individuo por supuesto que va a tener un contenido de O2 menor pero eso no significa que su % de saturación de la Hb sea diferente.

Vamos a ver la curva de disociación de la Oxihemoglobina.

Dijimos entonces que la Hb puede ser saturada en distintos %, si uno toma una sola molécula de Hb, puede ser saturada al 100%, al 75 %, al 25%

Cuando uno dice que esta saturada al 25 % quiere decir que hay solo una cadena que esta uniendo O2, si esta al 50 que hay dos cadenas…y así….

Una molécula de Hb liga ocho cadenas de O2, pero tenemos millones de moléculas de Hb circulando en la sangre, lo que describe la curva es lo que sucede con toda la Hb que esta circulando.

(Ver línea amarilla continua)

Qué es lo que indica la curva de disociaron de Hb?Indica que el % de saturación de la Hb depende de la PO2 que haya en la solución, pero además la relación que existe entre ambas variables no es una relación lineal en todo el trayecto de la curva porque hay una parte que es lineal, pero en general si uno describe la curva en su totalidad es una curva sigmoidal.¿por qué? Porque aquí se observa lo que se llama el efecto de cooperatividad positiva¿en que consiste?Eso implica que cuando la Hb empieza a unir O2, la unión de ese O2 a esa Hb facilita la unión de moléculas siguientes y por lo tanto eso va a determinar que esta relación no sea de tipo lineal sino que a medida que la Hb va uniendo O2, esa misma unión va a facilitar la unión siguiente.

Veamos como la disponibilidad de O2 afecta esta reacción entre el O2 Y la Hb que ya dijimos es reversible

¿Cuál es la importancia fisiológica de describir esta relación entre la PO2 y el % de saturación?

Vamos a ubicarnos primero a nivel pulmonar, donde el O2 va a pasar del interior del alveolo al glóbulo rojo a favor de su gradiente, cual es la PO2 que hay en los alvéolos? 100mmHg, a esta PO2 la Hb de encuentra casi saturada al 100% , que es lo que pasa si la P02 no es 100 mmHg a nivel alveolar sino un poco menos, supongamos que es 90 mmHg.

¿Qué es lo que pasa con el % de saturación? baja pero poco, que pasa si la presión en vez de ser 100 es 80? baja pero poco. Y ahí estamos en ese rango que entre 70 y 100 los cambios de PO2 a nivel alveolar producen pocos cambios en el % de saturación de la Hb.

¿Qué es lo que interesa desde el punto de vista de intercambio gaseoso? Que la Hb este saturada al máximo posible porque eso va a significar que va a transportar mas O2 a los tejidos, entonces no importa que la PO2 cambie porque el % de saturación va a cambiar poco, eso como hasta 60 y ya en 60 cambia la historia, en forma importante. O sea dicho de otra manera, un individuo puede tolerar descenso de la PO2 sin que se produzcan grandes cambios en la saturación de la Hb, siempre que caiga el valor de la PO2 en la parte planita de la curva, si baja de 60 estamos con serios problemas de transporte y saturación. Esto pasa en el lado pulmonar...

¿Qué pasa al lado tisular que es donde ahora el O2 debe pasar desde el torrente sanguíneo a los tejidos? Cuál es la PO2 a nivel capilar? 40 mm Hg

La parte empinada de la curva indica que con pequeños cambios de presión parcial se producen entregas importantes de O2 a los tejidos.¿Por qué eso es importante? Porque el O2 va a pasar a favor de gradiente y por lo tanto es necesario que a nivel tisular se produzcan pocos cambios de la PO2 pero a la vez se produzcan grandes cantidades de O2.

Bien, esta descripción o esta relación entre % de saturación y PO2 no es estática y depende de varios factores fisiológicos, del ambiente fisiológico que hay en ese momento, en otras palabras significa que hay factores que pueden desplazar esta relación y desplazar a la derecha o a la izquierda, o sea, la capacidad de la Hb no esta cambiando, lo que esta cambiando es el % de saturación para una misma presión parcial. Factores más importantes que desplazan la curva de disociación:

1. Presión parcial de Co2 arterial2. Ph de la sangre3. temperatura corporal4. cantidad de 2-3 DPG (difosfoglicerato)

Vamos a ver como estos factores pueden desplazar la curva a la derecha o a la izquierda y que significa esto, funcionalmente.Entonces si nosotros tomamos el lado pulmonar donde la presión alveolar es de 100 mmHg y llevamos ese valor al % de saturación dijimos que era cercano al 100% pero que es 97.4 % de saturación de Hb cuando la presión alveolar de O2 es de 100 mmHg por lo tanto la capacidad de la Hb no va a ser 20.1 porque dijimos que era 20.1 cuando la Hb se saturaba al 100% y si hay un % menor la capacidad transportadora para esa presión va a ser de 19.9 de O2 por cada 100 ml de sangre. El contenido total de O2 que tiene la sangre arterial, con las condiciones anteriores, es de 19.9 ml de O2 por cada 100 ml de sangre.

Una disminución de Ph desplaza la curva hacia la derecha, y un aumento de Ph a la izquierda, un aumento de la presión parcial de CO2 produce un desplazamiento de la curva a la derecha y la disminución a la izquierda.Habitualmente los cambios en la presión parcial de CO2 van de la mano con los cambios del Ph, y esto tiene que ver con la ecuación siguiente:

El aumento de temperatura también produce un desplazamiento hacia la derecha y el aumento de 2-3 DPG produce desplazamiento de la curva a la derecha.Producen el desplazamiento hacia la derecha porque cambia la configuración de la Hb, estos factores modifican las cadenas o las configuraciones de las cadenas aminoacidicas de la Hb y por lo tanto cambia la configuración de la Hb y esto hace que la Hb sea más o menos afín con el O2.

¿Qué significa que esto se desplace a la derecha? Si nosotros tenemos por ejemplo, tomemos la presión parcial de CO2, y después Uds. van a ver muchos pacientes que se les va a producir un aumento de presión de CO2, supongamos entonces que tomamos una PO2 cualquiera, a una PO2 de

40 mmHg la Hb será saturada como en un 75% ,ése es el porcentaje de saturación normal que tiene la Hb en la sangre venosa , si la presión parcial de CO2 está aumentada y se ha desplazado la curva hacia la derecha significa que a 40 mmHg la Hb está saturada alrededor del 50%, este rango de PO2 blablabla (taldooooo) a nivel periférico.

¿Qué es lo que va a significar desde el punto de vista funcional? Que a ésa misma presión parcial la Hb va a entregar el O2 más fácilmente que a la otra presión parcial de O2.

Vamos con un ejemplo (fácil de entender):Un individuo que hace un ejercicio intenso, obviamente que va a aumentar el consumo de O2, va a aumentar la producción de CO2, por lo tanto se va a generar un aumento de la PO2, si el ejercicio es intenso el individuo va a estar probablemente usando el metabolismo de la glicólisis, por lo tanto existe una alta probabilidad de que se generen protones por acumulación de ácido láctico . Por lo tanto aumenta el CO2 ácido, es un ácido volátil porque genera protones por lo tanto éste tejido se va a volver mas ácidotico, va a tener una mayor presión parcial de CO2 como metabólicamente va a estar más activo va a generar mas calor. Sabemos que la mayor parte de la energía se disipa como calor, hay un porcentaje pequeño que se utiliza como trabajo pero lo demás es calor, por lo tanto voy a tener muy buen ejercicio, ácidotico, hipercádmico porque aumenta la presión parcial de CO2 , y si utiliza mucha glicólisis va a generar mas calor.

¿Todos estos factores que es lo que hacen?Desplazan la curva hacia la derecha, en otras palabras estamos favoreciendo la entrega de O2.

No solamente va a generar una vasoconstricción, periférica importante sino que además la baja de la temperatura va a desplazar la curva hacia la izquierda eso significa que para la misma presión parcial la Hb va a estar mas saturada o sea va a estar más unida con el O2, va a tener más O2.

En el caso del 2-3 DPG, la cantidad de 2-3 DPG que hay en los glóbulos rojos es alta, alrededor de 15 mmoles,¿Por qué es alta? Porque el glóbulo rojo no tiene mitocondrias por lo tanto su metabolismo es glicolitico.

En los casos de hipoxia crónica niveles de 2-3 DPG aumentan y la curva se desplaza hacia la derecha ¿Qué significado funcional tiene esto? Que cuando un individuo esta sometido constantemente a bajas presiones atmosféricas como por ejemplo un individuo que vive en la altura la entrega del O2 en los tejidos va a ser masificada porque hay una mayor cantidad de 2-3 DPG, ya lo dijimos que el glóbulo rojo tiene altos contenidos de 2-3 DPG, ¿qué es lo que gatilla la hipoxia e un individuo? Entre otras cosas estimula la glicólisis y por lo tanto la gente tiene mayor cantidad de glóbulos rojos. Entonces eso significa que tiene una

capacidad transportadora de O2 mayor pero además con los niveles de 2-3 DPG la Hb suelta más fácilmente el O2.

Un ejemplo típico de esto es la sangre que permanece almacenada durante mucho tiempo en los bancos de sangre, los niveles de glucosa bajan, cuando se transfunde libera poco O2 a los tejidos y eso hace que la curva se desplace hacia la izquierda.

¿Qué es lo que pasa si se transfunde la sangre a un paciente? Supongamos que estaba con una hemorragia y le pusieron 2 lts. de sangre, llega poco O2 a los tejidos. Una forma de interpretar esta curva y muy utilizada en la clínica es la P50.

¿Qué es la P50? cual es el valor de la P50?La P50 corresponde a la PO2 a la cual el 50 % de la Hb esta saturada con O2. Repito: La P50 corresponde a la PO2 al cual el 50 % de la Hb está saturada con O2.En condiciones normales la P50 es de 26 a 27 mmHg

¿Qué significa que un individuo tenga una P50 de 30 mmHg , 40 mmHg?Va a significar que el 50% de saturación se va a encontrar a una PO2 mayor, por lo tanto si lo grafico aquí, junto con la normal esto va a estar desplazado hacia la derecha, por lo tanto esto va a significar que la Hb entrega mas fácilmente en los tejidos a ese O2.

Veamos entonces como se transporta del CO2 en la sangre, aquí la cosa es un poco diferente.

Hay 3 formas de transportar CO2 en la sangre:

1. Físicamente disuelto 5% - 10%2. Compuesto carbomínicos 5% - 10% 3. Como bicarbonato 80% - 90%

Aquí lo que hay que transportar es el CO2 desde los tejidos ahora hacia los pulmones, hay que sacar el CO2 de los tejidos, pasarlo a la sangre, transportarlo por la sangre y liberarlo hacia el interior de los alvéolos...Disuelto se transporta entre un 5% y un 10%

¿Por qué se transporta más CO2 disuelto que O2 disuelto si la presión parcial de CO2 es menor que la presión de O2? Básicamente porque el CO2 es más soluble que el O2, de tal manera que entre un 5% y un 10% a diferencia del 2 % del O2 se transporta disuelto en el plasma.

Otra forma de transportar CO2 es formando compuestos carbomínicos¿Qué son los compuestos carboamínicos? Es una forma en la cual el CO2 se une a los grupos aminos terminales de las proteínas y son esos compuestos que son los compuestos carboaminicos¿Cuándo se transportan como compuestos carboaminicos?Entre un 5 y un 10%, como la Hb es una de las proteínas con mas alta concentración en la sangre, la mayor parte de los compuestos carbo amínicos se transforman cuando el CO2 se une a los gripos amino terminales de la Hb. Cuando el CO2 se une a esos grupos amino terminales se va a formar un compuesto carboamínico y además se va a formar un protón.

La tercera forma de transporte es como bicarbonato y es la mas importante de transporte, entre el 80 y 90 % del CO2 se transporta como bicarbonato

¿Cómo se forma el bicarbonato?

- por la hidratación del CO2, que ocurre normalmente en forma espontánea, sin embargo en presencia de una enzima que se encuentra en abundantes glóbulos rojos que es la hidrozacarbónica? esta reacción se acelera en forma importantísima, de forma que en presencia de hidrozacarbónica se forma mucho mas ácido carbónico, o se forma mas rápidamente. La hidrozacarbónica que hay en el plasma es muy poca pero si hay mucha en la membrana del glóbulo rojo y en su interior, de tal manera que en presencia de ésta enzima, el ácido carbónico se disocia fácilmente en bicarbonato y en protón.

¿Como el bicarbonato que se forma en el interior del glóbulo rojo se transporta en el plasma?

Si uno construye esta curva de disociación de CO2, uno puede obtener una curva como ésta: de relación mucho mas lineal que la del o2, pero además esto implica que las presiones parciales del O2 son menores y se transportan a presiones menores en mayor cantidad de CO2, sin embargo aquí hay un factor que es importante que puede modificar esta relación, desplazando la curva hacia la izquierda o la derecha, y este factor es la cantidad de oxihemoglobina.

Si hay más oxihemoglobina la curva se desplaza hacia la derecha, si hay menos hacia la izquierda.¿Dónde hay más oxihemoglobina?En la sangre arterial

¿Dónde hay menos? En la sangre venosa.

¿Qué significa entonces que al aumentar la oxihemoglobina esta curva se desplace hacia la derecha?Obviamente que esta situación se va a producir en el lado arterial y en el pulmón,

¿Qué significa q se desplace hacia la derecha?Que en caso de tisulacion? pulmonar la sangre descargue más CO2 hacia los pulmones y en el lado venoso significa q la sangre tome mas CO2 porque en el lado capilar venoso la presencia de oxihemoglobina es menos y por lo tanto para la misma presión de CO2 hay mayor transporte de CO2. Ese eso se llama EFECTO HALDANE, en el fondo describe como la oxihemoglobina afecta la cantidad de CO2 transportado dependiendo de la presión parcial de CO2 o como la cantidad de oxihemoglobina incide sobre la curva de disociación del CO2, entonces veamos la importancia de la Hb.

La Hb puede estar en dos estados:1. oxigenada 2. desoxigenada

La Hb desoxigenada tiene mayores capacidades para ligar protones porque es un ácido mas débil, en otras palabras significa que cuando la Hb tiene unidos esos protones su afinidad por el oxigeno disminuye¿Cuándo ocurre esto? Por ejemplo cuando hay acidosis

Salida de CO2 desde los tejidos.

Descarga de CO2 en los pulmones.