TRANSPORTE DE GASES SANGUÍNEOS

Sistema alveolo-capilar

Es el sistema donde se produce el intercambio gaseoso, comprende además todas las membranas de las porciones terminales del árbol respiratorio.

Hay unos 300 millones de alvéolos entre los dos pulmones, cada alveolo está rodeado de aprox. 1000 capilares

La barrera que separa la sangre del espacio intra-alveolar es muy fina por lo que los gases la atraviesan por difusión

A x sJX = ∆ P x ---------- g x √PM

ULTRAESTRUCTURA DE LA MEMBRANA ALVÉOLO - CAPILAR

O2

CO2

La distancia entre el epitelio alveolar y el capilar pulmonar es muy corta (0.15 a 0.30 um)

Si todos los factores permanecenconstantes la difusión es un procesopasivo que solo depende del gradientede presión

Membrana respiratoria

0.6 mm

La superficie total respiratoria se estima en 70 m2

1. Liquido alveolar con surfactante2. Célula epitelial alveolar3. Lamina basal 4. Espacio intersticial entre alveolo y capilar5. Membrana basal capilar6. Célula endotelial

Difusión

•Gradiente de presión parcial.•Densidad.•Solubilidad.•Espesor de la membrana.•Área tisular.

Factores que afectan la difusión

1. LOS GRADIENTES DE PRESIÓN

2. LA SUPERFICIE: ENFISEMA

3. LA DISTANCIA: EDEMA

El O2 tiene 2 formas de viajar una vez que ingresa a la sangre

1) Disuelto en el plasma y citoplasma del GR (2%)

2)Unido a hemoglobina (98%)

La cantidad de O2 disuelto en el plasma obedece ala ley de Henry: O2 disuelto = [sO2 x PaO2 ]donde: sO2 : es la solubilidad del O2 en el agua

(aproximadamente 0.003 ml x cada mmHg de PO2 )PaO2 : presión parcial de O2 arterial (aproximadamente 100 mmHg)

a)¿Cuanto O2 hay disuelto en 100 cc de sangre?

O2 disuelto = 0.003 ml x 100 mmHg

= 0,3 ml de O2 por cada 100 cc

b) ¿alcanza con el O2 disuelto? Si en 100 cc hay disuelto 0,3 ml de O2

En 1 litro de sangre hay disuelto 3 ml de O2

En 5 litros de sangre hay disuelto 15 ml de O2

(gasto cardiaco x minuto = 5 litros)

¡El consumo de O2 en reposo es

de 250 ml x minuto entonces el O2 disuelto solo cubre el 6% de los requerimientos en reposo

Transporte de O2 unido a Hemoglobina (HbA):

La hemoglobina en el adulto es un tetrámero de 68 Kd cada uno compuesto por un grupo hem y una globina, cada hem está unido a un único átomo de Fe ++; la globina es una cadena polipeptídica compuesta por una cadena α (114 aa) o una cadena β (146 aa); la HbA tiene (α)2 + (β)2 y puede unir una molécula de O2 por cada átomo de Fe ++ (4 O2 por cada molécula de Hb)

El hem es un anillo de porfirina que en interacción con Fe ++absorbe luz en el rango visible y la unión con O2 hace que el complejo adquiera un color rojo cuando está totalmente saturada con O2 (sangre arterial) y un color púrpura cuando está deficiente de O2(sangre venosa)

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

Equilibrio oxigeno-hemoglobina

La curva de disociación Hb-O2 representa la fracción de Hemoglobina que se encuentra unidad a O2 a una determinada presión arterial de O2 (PaO2).

Tiene una forma sigmoidea debido a la unión cooperativa del O2 a las 4 subunidades de la Hb; con una alta afinidad en la zona horizontal y una baja afinidad en la zona de mayor pendiente.

Significado fisiológico de la forma sigmoide de la curva

Critical PO2

V

1) ¿Cuánto O2 transporta la hemoglobina?

[Hb]= 15 mg/100 mL Cada gramo de Hb libera 1.34 ml de O2 Cont. O2 Hb = Hb x 1.34

= 15 x 1.34

= 20.3 ml O2 /l00 ml

Contenido arterial de O2 a nivel del mar

Paciente con anemia : Hemoglobina: 8 gr. % PO2= 100 mmHg% Sat = 98% (nivel del mar)

Contenido arterial de O2: (1,35 ml x 8 gr x 0,98) + (0,003 x 100)= 10,88 ml de O2 / 100ml de sangre

Un individuo con bajo contenido arterial de oxígeno disminuye su capacidad de trabajo físico y mental ;asociado a taquicardia por aumento del GC

Paciente con policitemia: Hemoglobina: 20 gr. % PO2= 100 mmHg% Sat = 98% (nivel del mar)

Contenido arterial de O2: (1,35 ml x 20 gr x 0,98) + (0,003 x 100)= 26,76 ml de O2 / 100ml de sangre

Un individuo con policitemia (aumento del nº de GR) cursa con alto contenido arterial de oxígeno, pero debido al aumento de la viscosidad de la sangre por los GR aumenta la resistencia al flujo sanguíneo y cursa con hipoxia tisular y disminuir su capacidad de trabajo físico y mental (se cree que un hematocrito mayor a 48% (Hb = 16 gr/dl) no aporta mayor beneficio al rendimiento humano

La palidez de mucosas en la anemia es debido a que la persona tiene menos GR, menos Hb, pero saturada con O2, por lo que no aparece cianosis de piel o mucosas, (La cianosis es una condición que revela la presencia de hemoglobina no saturada con O2

y que da a la sangre un color púrpura)

La curva de la hemoglobina tiene una zona de meseta donde se carga con O2 (a nivel del pulmón) y una zona de descarga de máxima pendiente donde entrega el O2 (en los tejidos)

La P50 es la presión parcial de a la cual la hemoglobina está saturada en un 50% con O2; es alrededor de 26 mmHg y puede ser modificada por varios factores (altura, Tº)

Un aumento de la P50 significa que la Hb ha libarado O2 y una disminución de la P50

que la Hb está reteniendo O2

Cambios en la Tº y su efecto en la afinidad de la hemoglobina por el O2

Un aumento de la Tº lleva a un desplazamiento hacia la derecha de la curva Hb-O2 hacia un estado de baja afinidad por O2 (conformación T) lo que favorece la entrega de O2 a los tejidos; una disminución de la Tº tiene el efecto opuesto con una mayor afinidad por O2 (conformación R)

El mecanismo parece ser pequeños cambios provocados en el pK de aminoácidos que cambian la carga de la hemoglobina y desencadenan los cambios conformacionales y de la afinidad por O2

La mayor Tº a nivel muscular se alcanza durante ejercicio intenso (alrededor de 40 Cº ), que provoca una fuerte liberación de O2 desde la Hb

Temperatura

Efecto Bohr: cambio del pH y el CO2 ySus efectos en la afinidad de la Hb porO2

Christian Bohr (1904) observó que la acidosis respiratoria (aumento de la PCO2) desplaza|la curva Hb- O2 hacia la derecha disminuyendo su afinidad por O2.

Habitualmente una ligera acidosis ocurre en el GR a medida que ingresa al capilar arterial debido al entorno tisular por el aumento en la PCO2, que a su vez hace caer el pH intracelular.

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Ambos mecanismos, el aumento de la PCO2 y de los H+

llevan la curva Hb- O2 a la derecha (curva azul)

Mientras una caída en la PCO2 o un aumento del pHgiran la curva hacia la izquierda y aumenta la afinidadpor el O2 (curva verde)

Durante el ejercicio aumenta la pruducción de CO2 y de H+

lo que favorece la liberación de O2 hacia los tejidos

Efecto de del 2,3 DPG (2,3 difosfoglicerato)

El 2,3 DPG es un producto metabólico de la glicólisis dentro del GR y se une a Hb en una proporción 1:1 en interacción en que sus cargas (-) interactúan con las cargas (+) de la parte central entre dos cadenas β de la HbA

En la medida que la Hb une 2,3 DPG desestabiliza la afinidad por O2 un giro a la derecha de la curva Hb-O2 y la Hb libera el O2

La disminución de la PO2 estimula la glicólisis y aumenta la producción de la 2,3 DPG , lo mismo ocurre durante la aclimatación a altitud (curva azul), la hipoxia crónica, la anemia, que baja la afinidad y lleva a una mayor descarga de O2 a los tejidos

Hemoglobina Fetal

La hemoglobina fetal HbF ((α)2 + (gama)2 tiene más alta afinidad por O2 que la HbA, diferencia crucial parael feto que debe extraer O2 a más baja PO2 desde el flujo placentario

La curva de disociación normal Hb-O2 de la HbA sufre la Interacción habitual de Hb + CO2 + 2,3 DPG;

La diferencia crucial es que las cadenas gama de la HbF tienen menos afinidad o “avidez” por unirse a 2,3 DPG y por tanto la curva de HbF no sufre el Efecto 2,3 DPG y está desplazada más hacia la Izquierda que la HbA, con mayor afinidad por O2

La HbF se comporta como una interacción solo de Hbcon CO2

Ligandos tóxicos para la HbEl O2, CO y el NO, son ligandosespecíficos para el ión ferroso (Fe++)de la Hb, (tienen la capacidad para donar 2 electrones)

El CO tiene 200 veces más afinidadpor la Hb que el O2. Los fumadores tienen más altos niveles de HbCO (P50 HbCO= 0,4 mmHg), así el CO ocupa el sitio del O2 en la Hb

La mioglobina proteína muscular con una sola cadena polipeptídica tiene alta afinidad por O2

y lo entrega en condiciones en que hay una severa reducción del aporte de O2 arterial, porejemplo durante ejercicio de alta intensidad

El NO tiene una afinidad 1000 veces mayor que el CO y 200000 más que el O2, de tal manera que se une irreversiblemente con la Hb, Sin embargo se produce a nivel del endotelio, con una vida media cortísima y solo en cantidades pequeñas por lo que normalmente no representaun riesgo para la curva Hb-O2

El transporte de CO2 ocurre por las siguientes vías: 11% como CO2 en el plasma (6% disuelto en el plasma y 5% como HCO3- en el plasma) 89% ingresa al GR para ser transportado : en un 4%; como CO2 disuelto en un 21% como compuesto carbamino-Hb en un 64% como HCO3

- ; pero este HCO3- formado en el GR sale al plasma

intercambiado por Cl- (desplazamiento de cloruros); la entrada de agua asociada al ingresa de Cl- provoca que el GR se edematiza ligeramente después de la pasada por el capilar sistémico

Transporte del CO2

A nivel pulmonar ocurre el proceso inverso, el HCO3- entra al GR

y se produce H2CO3 que luego se disocia en CO2 que difunde hacia el alvéolo y la atmósfera; la Hb libera su propio CO2 para unir O2

Difusión del CO2 hacia el alvéolo y la atmósfera