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22.8: Transporte de dióxido de carbono en la sangre - Biología


Las moléculas de dióxido de carbono se transportan en la sangre desde los tejidos corporales a los pulmones mediante uno de estos tres métodos: disolución directamente en la sangre, uniéndose a la hemoglobina o transportadas como iones bicarbonato. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, una molécula llamada carbaminohemoglobina se forma. Por lo tanto, cuando llega a los pulmones, el dióxido de carbono puede disociarse libremente de la hemoglobina y ser expulsado del cuerpo.

En tercer lugar, la mayoría de las moléculas de dióxido de carbono (85 por ciento) se transportan como parte de la sistema tampón de bicarbonato. En este sistema, el dióxido de carbono se difunde hacia los glóbulos rojos. Anhidrasa carbónica (CA) dentro de los glóbulos rojos convierte rápidamente el dióxido de carbono en ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico es una molécula intermedia inestable que se disocia inmediatamente en iones de bicarbonato e hidrógeno (H+) iones. Dado que el dióxido de carbono se convierte rápidamente en iones de bicarbonato, esta reacción permite la absorción continua de dióxido de carbono en la sangre en su gradiente de concentración. También resulta en la producción de H+iones. Si demasiado H+ se produce, puede alterar el pH sanguíneo. Sin embargo, la hemoglobina se une al H libre+ iones y, por lo tanto, limita los cambios de pH. El ion bicarbonato recién sintetizado se transporta fuera del glóbulo rojo al componente líquido de la sangre a cambio de un ion cloruro (Cl); esto se llama el cambio de cloruro. Cuando la sangre llega a los pulmones, el ión bicarbonato se transporta de regreso al glóbulo rojo a cambio del ión cloruro. El h+ El ion se disocia de la hemoglobina y se une al ion bicarbonato. Esto produce el intermedio de ácido carbónico, que se convierte de nuevo en dióxido de carbono a través de la acción enzimática del CA. El dióxido de carbono producido se expulsa a través de los pulmones durante la exhalación.

El beneficio del sistema tampón de bicarbonato es que el dióxido de carbono se "absorbe" en la sangre con pocos cambios en el pH del sistema. Esto es importante porque solo se necesita un pequeño cambio en el pH general del cuerpo para que se produzcan lesiones graves o la muerte. La presencia de este sistema de amortiguación de bicarbonato también permite que las personas viajen y vivan a grandes altitudes: cuando la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono cambia a grandes altitudes, el sistema de amortiguación de bicarbonato se ajusta para regular el dióxido de carbono mientras se mantiene el pH correcto en el cuerpo. .

Envenenamiento por monóxido de carbono

Mientras que el dióxido de carbono puede asociarse y disociarse fácilmente de la hemoglobina, otras moléculas como el monóxido de carbono (CO) no pueden. El monóxido de carbono tiene una mayor afinidad por la hemoglobina que el oxígeno. Por lo tanto, cuando el monóxido de carbono está presente, se une a la hemoglobina preferentemente sobre el oxígeno. Como resultado, el oxígeno no puede unirse a la hemoglobina, por lo que se transporta muy poco oxígeno a través del cuerpo (Figura 1).

El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro y, por lo tanto, es difícil de detectar. Es producido por herramientas y vehículos propulsados ​​por gas. El monóxido de carbono puede causar dolores de cabeza, confusión y náuseas; La exposición prolongada puede causar daño cerebral o la muerte. La administración de oxígeno al 100 por ciento (puro) es el tratamiento habitual para la intoxicación por monóxido de carbono. La administración de oxígeno puro acelera la separación del monóxido de carbono de la hemoglobina.

Objetivos de aprendizaje

El dióxido de carbono se puede transportar a través de la sangre a través de tres métodos. Se disuelve directamente en la sangre, se une a las proteínas plasmáticas o la hemoglobina o se convierte en bicarbonato.

La mayor parte del dióxido de carbono se transporta como parte del sistema de bicarbonato. El dióxido de carbono se difunde en los glóbulos rojos. En el interior, la anhidrasa carbónica convierte el dióxido de carbono en ácido carbónico (H2CO3), que posteriormente se hidroliza en bicarbonato y H+. El h+ El ion se une a la hemoglobina en los glóbulos rojos y el bicarbonato se transporta fuera de los glóbulos rojos a cambio de un ion cloruro. A esto se le llama cambio de cloruro.

El bicarbonato sale de los glóbulos rojos y entra al plasma sanguíneo. En los pulmones, el bicarbonato se transporta de regreso a los glóbulos rojos a cambio de cloruro. El h+ se disocia de la hemoglobina y se combina con el bicarbonato para formar ácido carbónico con la ayuda de la anhidrasa carbónica, que cataliza aún más la reacción para convertir el ácido carbónico de nuevo en dióxido de carbono y agua. Luego, el dióxido de carbono se expulsa de los pulmones.


Transporte de gases en la sangre

El oxígeno es relativamente insoluble en el plasma (la parte líquida de la sangre de los vertebrados): solo 0,3 cm3 de oxígeno por 100 cm3 de plasma en los mamíferos. Cromoproteínas especiales conocidas como pigmentos respiratorios se unen de forma reversible al oxígeno y lo transportan.

Hemoglobina de vertebrados

En los vertebrados, el pigmento es rojo y se llama hemoglobina (Hb). La Hb humana está formada por cuatro cadenas de proteínas de globina, cada una unida a un hemo que contiene hierro. El hierro de cada hemo puede unirse a una molécula de oxígeno: por tanto, cada molécula de Hb puede transportar cuatro moléculas de oxígeno.

Curva de disociación oxígeno-hemoglobina

La combinación del primer hemo con oxígeno aumenta la afinidad de un segundo hemo por el oxígeno, y así sucesivamente. Si se traza una curva que muestra el porcentaje de saturación de oxígeno para Hb frente a diferentes tensiones de oxígeno (o presiones parciales: es decir, contenido de oxígeno en la sangre), un sigmoide disociación oxígeno-hemoglobina Curva se obtiene: la forma de S se debe al aumento progresivo de la afinidad de unión al oxígeno de la Hb. La Hb completamente oxigenada permite al cuerpo transportar 70 veces más oxígeno que el plasma solo. La captación o liberación de oxígeno depende de la tensión de oxígeno (pO2) del plasma circundante: la tensión de oxígeno del plasma capilar alveolar es alta, por lo que la Hb tiende a cargar oxígeno en los capilares alveolares de los tejidos; es baja, por lo que la Hb descarga . En los capilares tisulares, la tensión de oxígeno es tal que la Hb no se descarga por completo y el oxígeno se puede mantener en reserva para los chorros de actividad.

Cambio de Bohr

La curva de disociación oxígeno-hemoglobina se desplaza hacia la derecha por la acidez en la sangre (esta es la Cambio de Bohr. Por lo tanto, el oxígeno se libera más fácilmente en los tejidos, una ventaja cuando el trabajo muscular conduce a una acumulación de metabolitos ácidos (incluido el lactato durante el metabolismo anaeróbico) y, por lo tanto, se necesita más oxígeno.

Hemoglobina fetal

El feto tiene diferente hemoglobina (HbF), que tiene una mayor afinidad por el oxígeno que la hemoglobina adulta (principalmente HbA en humanos con aproximadamente 2,5% de HbA2; las diferentes hemoglobinas poseen diferentes cadenas de globina). Por lo tanto, la curva de HbF está a la izquierda de la curva de HbA: esto ayuda a la transferencia de oxígeno de la madre al feto. (Se encuentran hemoglobinas polimórficas similares en otros vertebrados, por ejemplo, renacuajos y hemoglobinas adultas en ranas).

Transporte de dióxido de carbono

El dióxido de carbono es más soluble que el oxígeno en el plasma, y ​​alrededor del 7% del mismo se transporta simplemente en solución alrededor del 23% del CO2 se une a las globinas de Hb. La mayor parte del CO2 se transporta en la sangre combinado con agua para formar iones de bicarbonato (HCO3 -). Esto es promovido por la enzima. anhídrido carbónico en los glóbulos rojos:

Protón de bicarbonato Primero se forma el ácido carbónico, que se disocia débilmente en iones y protones de bicarbonato. Los protones (iones de hidrógeno) se amortiguan mediante la combinación con hemoglobina desoxigenada:

El aumento de iones de bicarbonato facilita su difusión en el plasma: a medida que se pierden de los glóbulos rojos, se promueve una mayor disociación del ácido carbónico. Se forma más ácido carbónico a partir del CO2 y esto favorece una mayor absorción del gas residual del tejido. [Los iones de cloruro fluyen hacia los glóbulos rojos para corregir la eliminación de iones de bicarbonato cargados negativamente (el desplazamiento de cloruro).] En los pulmones, estos procesos se invierten. Tenga en cuenta las diferencias entre el transporte de oxígeno y dióxido de carbono.

Mioglobina

Este pigmento rojo se encuentra en el músculo esquelético de los vertebrados y tiene una cadena de globina con una unidad hem. Su curva de disociación rectangular es característica de un pigmento de almacenamiento, y la alta afinidad por el oxígeno significa que tomará oxígeno de la Hb y solo lo perderá con tensiones de oxígeno muy bajas.

Pigmentos respiratorios invertebrados

El resto hemo [que consta de cuatro anillos pirrol unidos por grupos metano para formar un superanillo con el ion férrico (Fe3 +) en el centro unido a los nitrógenos pirrol] es constante para todos los Hbs, aunque las globinas varían. Los Hbs parecen haber evolucionado de forma independiente muchas veces (se encuentran en bacterias): un posible mecanismo puede ser de los citocromos: la presencia de citocromo oxidasa muestra que todos los animales pueden combinar metaloporfirinas con oxígeno. Sin embargo, no hay oxidación del ion ferroso (Fe2 +) a Fe3 +, ni hay enzimas involucradas en la formación de oxihemoglobina. Las moléculas de tipo Hb de invertebrados a menudo se denominan eritrocruorinas: algunos son enormes. En el gusano anélido poliqueto Arenicola sp., La molécula tiene 180 subunidades (a diferencia del vertebrado tetramérico Hbs) y se transporta en solución en el plasma en lugar de en los glóbulos rojos, por otro lado, el poliqueto Glycera sp. tiene una eritrocruorina dimérica.

Clorocruorina

Esta metaloporfirina verde está relacionada con la Hb y se encuentra en cuatro familias de anélidos poliquetos. En Serpula sp., Tanto la Hb como la clorocruorina están presentes, siendo la primera más prevalente en gusanos más jóvenes en Potamilla sp., La Hb está en los músculos y la clorocruorina en la sangre.

Hemeritrina

Este pigmento respiratorio no hemo, de color rojo púrpura y que contiene hierro se encuentra en varios grupos de invertebrados, incluido el braquiópodo concha de lámpara Lingula sp. Por lo general, se encuentra en solución en la sangre. En Golfingia sp., Existen dos polimorfos (variantes) de la molécula. Dieciséis átomos de hierro se combinan con ocho moléculas de oxígeno y el hierro se oxida de la forma ferrosa a la férrica.

Hemocianina

Este importante pigmento respiratorio gris azulado es una proteína no hemo a base de cobre. Se encuentra en moluscos y artrópodos, particularmente en los miembros más avanzados de los filos. El buccino Buccinium sp. tiene Hb en los músculos y hemocianina en la sangre. Las unidades de hemocianina tienen un átomo de cobre con una cadena de proteína de aproximadamente 200 aminoácidos unida. Se necesitan dos átomos de cobre por molécula de oxígeno, por lo que siempre hay un dímero presente, y algunas hemocianinas son multímeros gigantes, por ejemplo, el caracol Helix sp. tiene una hemocianina con un peso molecular de aproximadamente 6,65 × 106. En la desoxihemocianina, el cobre cuproso siempre está presente. La oxidación de la hemocianina da como resultado cobre cúprico. La afinidad por el oxígeno de la hemocianina es menor que la de la Hb, pero se puede demostrar un cambio de Bohr en condiciones ácidas.


Métodos de transporte

CO2 se transporta en la sangre de 3 formas como un hidrogenocarbonato (HCO3 - ), como carbamino compuestos y como CO disuelto.

Compuestos de carbamino

Aproximadamente el 30% de todo el CO2 se transporta como compuestos carbamino. En altas concentraciones, el dióxido de carbono se une directamente a aminoácidos y los grupos amina de la hemoglobina para crear carbaminohemoglobina. La formación de carbamino es más eficaz en la periferia donde el CO2 la producción es alta debido a la respiración celular.

los Haldane El efecto también contribuye a la formación de compuestos carbamino. Esto ocurre donde O2 La concentración es menor (como en las periferias activas donde O2 se está consumiendo) de ahí el CO2 aumenta la capacidad de carga de la sangre. Esto se debe a que la liberación de O2 de Hb promueve la unión de CO2.

La formación de compuestos carbamino logra 2 objetivos:

  • Estabilizador pH - CO2 no puede salir de la célula sanguínea para contribuir a cambios en el pH
  • Bohr efecto - estabiliza el estado T de la hemoglobina, promoviendo la liberación de O2 de las otras subunidades de hemoglobina a los tejidos que son más activos, que experimentan la mayor cantidad de respiración y producen la mayor cantidad de CO2

Cuando la célula sanguínea llega a áreas de O alta2 concentraciones de nuevo (como los pulmones), se une preferentemente a O2 de nuevo. Esto estabiliza el estado R, promoviendo la liberación de CO2 (Efecto Haldane) permitiendo más O2 para ser recogido y transportado en la sangre.

HCO3 - iones

60% de todo el CO2 se transporta a través de la producción de HCO3 - iones en los glóbulos rojos. Esto se explica en el diagrama siguiente (Figura 2). CO2 se difunde en los glóbulos rojos y se convierte en H + y HCO3 - por una enzima llamada carbónico anhidrasa. Este HCO3 - se transporta de regreso a la sangre a través de un intercambiador de cloruro-bicarbonato (también conocido como intercambiador de aniones / AE). El HCO3 - ahora puede actuar como un amortiguador contra cualquier hidrógeno en el plasma sanguíneo.

El H + creado por la reacción de la anhidrasa carbónica en los glóbulos rojos se une a la hemoglobina para producir desoxihemoglobina. Esto contribuye al efecto Bohr como O2 la liberación de la hemoglobina se promueve en los tejidos activos donde la concentración de H + es mayor. También evita que el hidrógeno entre en la sangre para bajar el pH, estabilizando el pH.

Cuando los glóbulos rojos llegan a los pulmones, el oxígeno se une a la hemoglobina y promueve la Estado R, permitiendo la liberación de iones H +. Estos iones de hidrógeno se vuelven libres para reaccionar con iones de bicarbonato para producir CO2 ­y H2O, donde el CO2 se exhala. Por lo tanto, el alto O2 concentraciones reducen el CO2 capacidad de carga de la sangre, de acuerdo con el efecto Haldane.

Fig 2 - Diagrama que muestra los métodos de transporte de dióxido de carbono en la sangre. La reacción que produce bicarbonato se muestra dentro del glóbulo rojo.

Disuelto en plasma

Aproximadamente el 10% de todo el CO2 se transporta disuelto en plasma. La cantidad de gas disuelto en un líquido depende de su solubilidad y de la presión parcial del gas. CO2 es muy soluble en agua (23 veces más soluble que O2) y la presión parcial de CO inspirado2 es

40 mmHg. A pesar de su solubilidad, solo un minoría del CO total2 en la sangre en realidad se transporta disuelto en plasma.

Sin embargo, la presión parcial es mayor en la periferia donde los tejidos producen CO2 y más bajo en los alvéolos donde CO2 está siendo lanzado. Esto permite más CO2 disolverse en la periferia mientras se libera en la fase gaseosa en los alvéolos donde las presiones parciales son menores.


Transporte de dióxido de carbono en la sangre

Las moléculas de dióxido de carbono se transportan en la sangre desde los tejidos corporales a los pulmones mediante uno de estos tres métodos: disolución directamente en la sangre, uniéndose a la hemoglobina o transportadas como iones bicarbonato. Varias propiedades del dióxido de carbono en la sangre afectan su transporte. Primero, el dióxido de carbono es más soluble en sangre que el oxígeno. Aproximadamente del 5 al 7 por ciento de todo el dióxido de carbono se disuelve en el plasma. En segundo lugar, el dióxido de carbono puede unirse a las proteínas plasmáticas o puede ingresar a los glóbulos rojos y unirse a la hemoglobina. Esta forma transporta alrededor del 10 por ciento del dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, se forma una molécula llamada carbaminohemoglobina. La unión del dióxido de carbono a la hemoglobina es reversible. Por lo tanto, cuando llega a los pulmones, el dióxido de carbono puede disociarse libremente de la hemoglobina y ser expulsado del cuerpo.

En tercer lugar, la mayoría de las moléculas de dióxido de carbono (85 por ciento) se transportan como parte del sistema tampón de bicarbonato. En este sistema, el dióxido de carbono se difunde hacia los glóbulos rojos. La anhidrasa carbónica (CA) dentro de los glóbulos rojos convierte rápidamente el dióxido de carbono en ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico es una molécula intermedia inestable que se disocia inmediatamente en iones de bicarbonato (HCO3 & # 8211) e iones de hidrógeno (H +). Dado que el dióxido de carbono se convierte rápidamente en iones de bicarbonato, esta reacción permite la absorción continua de dióxido de carbono en la sangre en su gradiente de concentración. También da como resultado la producción de iones H +. Si se produce demasiado H +, puede alterar el pH de la sangre. Sin embargo, la hemoglobina se une a los iones H + libres y, por lo tanto, limita los cambios de pH. El ión bicarbonato recién sintetizado se transporta fuera del glóbulo rojo al componente líquido de la sangre a cambio de un ión cloruro (Cl & # 8211), esto se denomina desplazamiento de cloruro. Cuando la sangre llega a los pulmones, el ión bicarbonato se transporta de regreso al glóbulo rojo a cambio del ión cloruro. El ion H + se disocia de la hemoglobina y se une al ion bicarbonato. Esto produce el intermedio de ácido carbónico, que se convierte de nuevo en dióxido de carbono a través de la acción enzimática del CA. El dióxido de carbono producido se expulsa a través de los pulmones durante la exhalación.

El beneficio del sistema tampón de bicarbonato es que el dióxido de carbono se “absorbe” en la sangre con pocos cambios en el pH del sistema. Esto es importante porque solo se necesita un pequeño cambio en el pH general del cuerpo para que se produzcan lesiones graves o la muerte. La presencia de este sistema de amortiguación de bicarbonato también permite que las personas viajen y vivan a grandes altitudes: cuando la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono cambia a grandes altitudes, el sistema de amortiguación de bicarbonato se ajusta para regular el dióxido de carbono mientras se mantiene el pH correcto en el cuerpo. .


Mecanismo

Hay tres medios por los cuales el & # x000a0 dióxido de carbono se transporta & # x000a0 en el torrente sanguíneo desde los tejidos periféricos y de regreso a los pulmones: (1) un gas disuelto, (2) como bicarbonato y (3) como carbaminohemoglobina unida a la hemoglobina (y otras proteínas). ). A medida que el dióxido de carbono se difunde en el torrente sanguíneo desde los tejidos periféricos, aproximadamente el 10% permanece disuelto en el plasma o en la matriz del líquido extracelular de la sangre, a una presión parcial de aproximadamente 45 & # x000a0 mmHg. [2] & # x000a0 La mayor parte de & # x000a0 el dióxido de carbono que se difunde a través de los capilares y finalmente en los glóbulos rojos se combina con el agua a través de una reacción química catalizada por la enzima que cataliza la anhidrasa carbónica, formando ácido carbónico. El ácido carbónico se disocia casi inmediatamente en un anión bicarbonato (HCO3-) y un protón. Por tanto, el bicarbonato es el medio principal por el cual se produce el transporte de dióxido de carbono a lo largo del torrente sanguíneo de acuerdo con la ecuación CO2 + H2O & # x000a0 - & # x0003e H2CO3 & # x000a0 - & # x0003e H + + HCO3-. & # x000a0

A medida que los tejidos continúan produciendo dióxido de carbono, esta reacción se impulsa continuamente en la periferia, de acuerdo con el principio de Le Chatelier. El protón formado por esta reacción es amortiguado por la hemoglobina, mientras que el anión bicarbonato se difunde. fuera del glóbulo rojo y en el suero & # x000a0in intercambio & # x000a0 por un anión cloruro a través de un transportador especial de HCO3- / Cl-. Por tanto, la sangre venosa tiene tanto una mayor concentración de bicarbonato como una menor concentración de cloruro gracias a este llamado desplazamiento de cloruro. En los pulmones, este proceso se invierte ya que tanto el intercambiador HCO3- / Cl- como la enzima anhidrasa carbónica invierten las direcciones, lo que da como resultado un influjo de bicarbonato en los glóbulos rojos, una salida de iones de cloruro y la generación de primero ácido carbónico y luego carbono. dióxido. El dióxido de carbono se difunde fuera de los glóbulos rojos, a través de las paredes capilares y en los espacios alveolares f exhalado. [1] & # x000a0Finalmente, & # x000a0 el 10% restante del dióxido de carbono que se difunde en el torrente sanguíneo y, posteriormente, en los glóbulos rojos, se une al extremo amino de las proteínas, predominantemente hemoglobina, para formar carbaminohemoglobina. [2] & # x000a0Nota, este sitio & # x000a0 es diferente & # x000a0 del que se une el oxígeno. Múltiples fenómenos fisiológicos aseguran que este ciclo continuo se ejecute con la máxima eficiencia.

El suministro de oxígeno y la eliminación de dióxido de carbono se enlazan intrínsecamente entre sí mediante los procesos descritos por los efectos de Bohr y Haldane. Si bien no se detalla aquí, el efecto Bohr establece que el aumento de dióxido de carbono en la sangre en los tejidos periféricos provoca un cambio a la derecha en la curva de disociación oxígeno-hemoglobina y, en consecuencia, un aumento de la oxigenación de los tejidos. Sin embargo, una vez que la sangre enriquecida con dióxido de carbono llega a los pulmones, también ocurrirá lo contrario de esta reacción. A medida que la entrada de oxígeno aumenta la saturación de la hemoglobina, es más probable que el dióxido de carbono se desprenda y se difunda hacia los alvéolos para la exhalación, lo que se denomina efecto Haldane. [3]

Específicamente, el efecto Haldane describe la diferencia en la capacidad de transporte de dióxido de carbono en la sangre oxigenada en comparación con la sangre desoxigenada. A una presión parcial constante de dióxido de carbono, el efecto Haldane establece que la sangre oxigenada (arterial) transportará menos dióxido de carbono que la sangre desoxigenada (venosa) debido a una combinación de una capacidad alterada de la hemoglobina para amortiguar el exceso de dióxido de carbono & # x000a0 así como & # x000a0 # x000a0a disminución de la capacidad de transporte de carbamino. [2] A medida que el oxígeno se une a la hemoglobina, la hemoglobina se vuelve más ácida, lo que tiene dos efectos. En primer lugar, reduce la afinidad de unión de la hemoglobina por el dióxido de carbono, lo que hace que sea más probable que el dióxido de carbono se disocie de la hemoglobina y se difunda fuera del glóbulo rojo hacia el espacio alveolar. En segundo lugar, la hemoglobina ácida puede liberar un protón que se combinará con el bicarbonato para formar ácido carbónico. Una vez más, el principio de Le Chatelier impulsa la siguiente reacción a medida que la sangre pasa a través de los alvéolos: H + + HCO3 - & # x000a0 - & # x0003e H2CO3 & # x000a0 - & # x0003e CO2 + H2O. El dióxido de carbono producido aquí se difunde continuamente en los alvéolos y se exhala, lo que garantiza una cinética favorable para que prosiga la reacción. Por lo tanto, el efecto Haldane aumenta la cantidad de dióxido de carbono que puede & # x000a0 eliminarse & # x000a0 durante un & # x000a0given & # x000a0 timeframe. Gráficamente, el efecto Haldane & # x000a0 está representado & # x000a0 por un desplazamiento hacia la derecha que ocurre en la curva de disociación del dióxido de carbono (ver gráfico). [4]

En los tejidos periféricos, donde el contenido de oxígeno es bajo, el dióxido de carbono se une a la hemoglobina para formar carbaminohemoglobina. A medida que la sangre regresa a los pulmones y aumenta la presión parcial de oxígeno, la curva de disociación de dióxido de carbono se desplaza hacia la derecha (se ve por la flecha & # x000a0 que muestra la descarga de dióxido de carbono a medida que aumenta la oxigenación), lo que reduce el contenido total de dióxido de carbono en el torrente sanguíneo. Por lo tanto, aunque la presión parcial de dióxido de carbono solo disminuye de 45 o & # x000a046 & # x000a0mmHg & # x000a0 en el lado venoso a 40 & # x000a0mmHg & # x000a0 en el lado arterial, la cantidad total de dióxido de carbono en el torrente sanguíneo disminuye en un porcentaje mucho mayor.


Envenenamiento por monóxido de carbono

Mientras que el dióxido de carbono puede asociarse y disociarse fácilmente de la hemoglobina, otras moléculas como el monóxido de carbono (CO) no pueden. El monóxido de carbono tiene una mayor afinidad por la hemoglobina que el oxígeno. Por lo tanto, cuando el monóxido de carbono está presente, se une a la hemoglobina preferentemente sobre el oxígeno. Como resultado, el oxígeno no puede unirse a la hemoglobina, por lo que se transporta muy poco oxígeno a través del cuerpo (consulte la figura siguiente). El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro y, por lo tanto, es difícil de detectar. Es producido por herramientas y vehículos propulsados ​​por gas. El monóxido de carbono puede causar dolores de cabeza, confusión y náuseas. La exposición prolongada puede causar daño cerebral o la muerte. La administración de oxígeno al 100 por ciento (puro) es el tratamiento habitual para la intoxicación por monóxido de carbono. La administración de oxígeno puro acelera la separación del monóxido de carbono de la hemoglobina.


Intercambio de gases en el pulmón

La introducción de aire en los alvéolos permite la eliminación de dióxido de carbono y la adición de oxígeno a la sangre venosa. Dado que la ventilación es un fenómeno cíclico que se produce a través de un sistema de conducción de las vías respiratorias, no todo el aire inspirado participa en el intercambio de gases. Una parte del aliento inspirado permanece en las vías respiratorias conductoras y no llega a los alvéolos donde se produce el intercambio de gases. Esta porción es aproximadamente un tercio de cada respiración en reposo, pero disminuye hasta un 10 por ciento durante el ejercicio, debido al aumento del tamaño de las respiraciones inspiradas.

En contraste con la naturaleza cíclica de la ventilación, el flujo sanguíneo a través del pulmón es continuo y casi toda la sangre que ingresa a los pulmones participa en el intercambio de gases. La eficiencia del intercambio de gases depende fundamentalmente de la distribución uniforme del flujo sanguíneo y del aire inspirado en los pulmones. En cuanto a la salud, la ventilación y el flujo sanguíneo están sumamente bien adaptados en cada unidad de intercambio a lo largo de los pulmones. Las partes inferiores del pulmón reciben un poco más de flujo sanguíneo que la ventilación porque la gravedad tiene un efecto mayor en la distribución de la sangre que en la distribución del aire inspirado. En circunstancias ideales, las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono en el gas alveolar y la sangre arterial son idénticas. Normalmente, existe una pequeña diferencia entre las tensiones de oxígeno en el gas alveolar y la sangre arterial debido al efecto de la gravedad sobre el emparejamiento y la adición de una pequeña cantidad de drenaje venoso al torrente sanguíneo después de que ha salido de los pulmones. Estos eventos no tienen un efecto medible sobre las presiones parciales de dióxido de carbono porque la diferencia entre la sangre arterial y venosa es muy pequeña.


¿Cómo ayuda la hemoglobina en el transporte de dióxido de carbono (Co2)?

El dióxido de carbono puede unirse a las proteínas plasmáticas o puede ingresar a los glóbulos rojos y unirse a la hemoglobina. Esta forma transporta alrededor del 10 por ciento del dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, se forma una molécula llamada carbaminohemoglobina. . En este sistema, el dióxido de carbono se difunde hacia los glóbulos rojos.

En segundo lugar, el dióxido de carbono puede unirse a las proteínas plasmáticas o puede ingresar a los glóbulos rojos y unirse a la hemoglobina. Esta forma transporta alrededor del 10 por ciento del dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, se forma una molécula llamada carbaminohemoglobina. . En este sistema, el dióxido de carbono se difunde hacia los glóbulos rojos.

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Sistemas de mamíferos

En los mamíferos, la ventilación pulmonar se produce mediante inhalación (respiración) para llevar aire a los pulmones (pliegues de la garganta o de la superficie del cuerpo que encierran las superficies respiratorias). Durante la inhalación, el aire ingresa al cuerpo a través de la cavidad nasal ubicada justo dentro de la nariz. A medida que el aire pasa a través de la cavidad nasal, el aire se calienta a la temperatura corporal y se humidifica. El tracto respiratorio está cubierto de moco para sellar los tejidos del contacto directo con el aire. El moco tiene un alto contenido de agua. A medida que el aire atraviesa estas superficies de las membranas mucosas, recoge agua. Estos procesos ayudan a equilibrar el aire con las condiciones corporales, reduciendo cualquier daño que pueda causar el aire frío y seco. Las partículas que flotan en el aire se eliminan en las fosas nasales a través del moco y los cilios. Los procesos de calentamiento, humidificación y eliminación de partículas son importantes mecanismos de protección que previenen el daño a la tráquea y los pulmones. Por lo tanto, la inhalación tiene varios propósitos además de llevar oxígeno al sistema respiratorio.

El aire ingresa al sistema respiratorio a través de la cavidad nasal y la faringe, y luego pasa a través de la tráquea hacia los bronquios, que llevan aire a los pulmones. (crédito: modificación del trabajo por el NCI)

Desde la cavidad nasal, el aire pasa a través de la faringe (garganta) y la laringe (laringe), a medida que avanza hacia la tráquea. La función principal de la tráquea es canalizar el aire inhalado hacia los pulmones y el aire exhalado hacia afuera del cuerpo. La tráquea humana es un cilindro de unos 10 a 12 cm de largo y 2 cm de diámetro que se encuentra frente al esófago y se extiende desde la laringe hasta la cavidad torácica, donde se divide en los dos bronquios primarios en el medio tórax. Está formado por anillos incompletos de cartílago hialino y músculo liso. La tráquea está revestida de células caliciformes productoras de moco y epitelios ciliados. Los cilios impulsan las partículas extrañas atrapadas en el moco hacia la faringe. El cartílago proporciona fuerza y ​​soporte a la tráquea para mantener el pasaje abierto. El músculo liso puede contraerse, disminuyendo el diámetro de la tráquea, lo que hace que el aire espirado se precipite hacia arriba desde los pulmones con una gran fuerza. La exhalación forzada ayuda a expulsar la mucosidad cuando tosimos. El músculo liso puede contraerse o relajarse, dependiendo de los estímulos del entorno externo o del sistema nervioso del cuerpo.

La tráquea y los bronquios están formados por anillos de cartílago incompletos. (crédito: modificación del trabajo de Gray & # 8217s Anatomy)


Transporte de dióxido de carbono en la sangre

La disolución, la unión de la hemoglobina y el sistema tampón de bicarbonato son formas en las que el dióxido de carbono se transporta por todo el cuerpo.

Objetivos de aprendizaje

Explicar cómo se transporta el dióxido de carbono de los tejidos corporales a los pulmones.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • El dióxido de carbono es más soluble en sangre que el oxígeno. Aproximadamente del 5 al 7 por ciento de todo el dióxido de carbono se disuelve en el plasma.
  • El dióxido de carbono tiene la capacidad de adherirse a las moléculas de hemoglobina y se eliminará del cuerpo una vez que se disocian entre sí.
  • En el sistema tampón de bicarbonato, la forma más común de transporte de dióxido de carbono en la sangre, el dióxido de carbono finalmente se expulsa del cuerpo a través de los pulmones durante la exhalación.
  • Es importante destacar que el sistema de amortiguación de bicarbonato permite pocos cambios en el pH del sistema corporal que permite a las personas viajar y vivir a grandes altitudes porque el sistema puede ajustarse para regular el dióxido de carbono mientras mantiene el pH correcto en el cuerpo.

Términos clave

  • carbaminohemoglobina: un compuesto formado por hemoglobina y dióxido de carbono una de las formas en las que el dióxido de carbono existe en la sangre
  • anhídrido carbónico: una familia de enzimas que catalizan la rápida interconversión de dióxido de carbono y agua en bicarbonato y protones
  • monóxido de carbono: un gas incoloro, inodoro, inflamable y altamente tóxico

Transporte de dióxido de carbono en la sangre

Las moléculas de dióxido de carbono se transportan en la sangre desde los tejidos corporales a los pulmones mediante uno de estos tres métodos:

  1. Disolución directamente en la sangre.
  2. Unión a la hemoglobina
  3. Transportado como ion bicarbonato

Varias propiedades del dióxido de carbono en la sangre afectan su transporte. Primero, el dióxido de carbono es más soluble en sangre que el oxígeno. Aproximadamente del 5 al 7 por ciento de todo el dióxido de carbono se disuelve en el plasma. En segundo lugar, el dióxido de carbono puede unirse a las proteínas plasmáticas o puede ingresar a los glóbulos rojos y unirse a la hemoglobina. Esta forma transporta alrededor del 10 por ciento del dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, se forma una molécula llamada carbaminohemoglobina. La unión del dióxido de carbono a la hemoglobina es reversible. Por lo tanto, cuando llega a los pulmones, el dióxido de carbono puede disociarse libremente de la hemoglobina y ser expulsado del cuerpo.

En tercer lugar, la mayoría de las moléculas de dióxido de carbono (85 por ciento) se transportan como parte del sistema tampón de bicarbonato. En este sistema, el dióxido de carbono se difunde hacia los glóbulos rojos. La anhidrasa carbónica (CA) dentro de los glóbulos rojos convierte rápidamente el dióxido de carbono en ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico es una molécula intermedia inestable que se disocia inmediatamente en iones de bicarbonato (HCO3 -) e iones de hidrógeno (H +). Dado que el dióxido de carbono se convierte rápidamente en iones de bicarbonato, esta reacción permite la absorción continua de dióxido de carbono en la sangre, en su gradiente de concentración. También da como resultado la producción de iones H +. Si se produce demasiado H +, puede alterar el pH de la sangre. Sin embargo, la hemoglobina se une a los iones H + libres, lo que limita los cambios de pH. El ión bicarbonato recién sintetizado se transporta fuera del glóbulo rojo al componente líquido de la sangre a cambio de un ión cloruro (Cl-), lo que se denomina desplazamiento de cloruro. Cuando la sangre llega a los pulmones, el ión bicarbonato se transporta de regreso al glóbulo rojo a cambio del ión cloruro. El ion H + se disocia de la hemoglobina y se une al ion bicarbonato. Esto produce el intermedio de ácido carbónico, que se convierte de nuevo en dióxido de carbono a través de la acción enzimática del CA. El dióxido de carbono producido se expulsa a través de los pulmones durante la exhalación.

El beneficio del sistema tampón de bicarbonato es que el dióxido de carbono se & # 8220 absorbe & # 8221 en la sangre con pocos cambios en el pH del sistema. Esto es importante porque solo se necesita un pequeño cambio en el pH general del cuerpo para que se produzcan lesiones graves o la muerte. La presencia de este sistema de amortiguación de bicarbonato también permite que las personas viajen y vivan a grandes altitudes. Cuando la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono cambia a grandes altitudes, el sistema de amortiguación de bicarbonato se ajusta para regular el dióxido de carbono mientras se mantiene el pH correcto en el cuerpo.

Envenenamiento por monóxido de carbono

Mientras que el dióxido de carbono puede asociarse y disociarse fácilmente de la hemoglobina, otras moléculas, como el monóxido de carbono (CO), no pueden. El monóxido de carbono tiene una mayor afinidad por la hemoglobina que el oxígeno. Therefore, when carbon monoxide is present, it binds to hemoglobin preferentially over oxygen. As a result, oxygen cannot bind to hemoglobin, so very little oxygen is transported throughout the body. Carbon monoxide is a colorless, odorless gas which is difficult to detect. It is produced by gas-powered vehicles and tools. Carbon monoxide can cause headaches, confusion, and nausea long-term exposure can cause brain damage or death. Administering 100 percent (pure) oxygen is the usual treatment for carbon monoxide poisoning as it speeds up the separation of carbon monoxide from hemoglobin.

Carbon monoxide poisoning: When carbon monoxide (CO) in the body increases, the oxygen saturation of hemoglobin decreases since hemoglobin will bind more readily to CO than to oxygen. Therefore, CO exposure leads to death due to a decreased transportation of oxygen in the body.


Ver el vídeo: Clase 41 Fisiología Respiratoria - Transporte de O2 y CO2 en la sangre y tejidos (Enero 2022).