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DESTINO MOLECULAR DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN LA SANGRE
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La solubilidad de este gas en la sangre es unas 20 veces mayor que la del oxígeno; por tanto, existe mucho más dióxido de carbono que oxígeno en solución simple con presiones parciales iguales. El CO2 que difunde a los eritrocitos se hidrata con rapidez para formar ácido carbónico (H2CO3) por la presencia de anhidrasa carbónica (fig. 35-4). Este ácido se disocia en hidrogeniones y bicarbonato (HCO3−) y el hidrogenión se amortigua, sobre todo por la acción de la hemoglobina, mientras el bicarbonato (HCO3−) ingresa al plasma. Parte del dióxido de carbono en los eritrocitos reacciona con los grupos amino de la hemoglobina y otras proteínas (R), con lo cual se forman compuestos carbamino:
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RECUADRO CLÍNICO 35-1 Hemoglobina y unión con oxígeno in vivo Cianosis
La hemoglobina reducida tiene color oscuro y aparece una coloración azulada oscura en los tejidos, llamada cianosis, cuando la concentración de hemoglobina reducida en sangre de los capilares es mayor de 5 g/100 ml. Su presencia depende de la cantidad total de hemoglobina en la sangre, el grado de desaturación de la hemoglobina y el estado de la circulación capilar. La cianosis es más visible en los lechos ungueales y las mucosas, así como en los lóbulos de las orejas, los labios y los dedos, donde la piel es delgada. A pesar de que la observación visible denota la presencia de cianosis, no es un signo totalmente fiable. La práctica de nuevos estudios de la tensión y la saturación de oxígeno arterial, recuentos de sangre y mediciones de hemoglobina permitirá llegar a diagnósticos más fiables.
Efectos del 2,3-difosfoglicerato en la sangre fetal y almacenada La afinidad de la hemoglobina fetal (hemoglobina F) por el oxígeno, la cual es mayor que la de la hemoglobina del adulto (hemoglobina A), facilita el desplazamiento del oxígeno de la madre al feto. La causa de esta mayor afinidad es la escasa unión del 2,3-difosfoglicerato con las cadenas polipeptídicas γ que sustituyen a las cadenas β en la hemoglobina fetal. Algunas hemoglobinas anómalas en el adulto tienen valores bajos de P50 y la elevada afinidad resultante de la hemoglobina por el oxígeno causa hipoxia hística suficiente para estimular el aumento en la formación de eritrocitos, con la policitemia subsiguiente. Es interesante especular que estas hemoglobinas tal vez no se unan con el 2,3-difosfoglicerato.
La concentración eritrocítica de este último aumenta en la anemia y en diversas enfermedades en las cuales hay hipoxia crónica. Esto facilita el aporte de oxígeno a los tejidos porque eleva la PO2, lo cual libera oxígeno en los capilares periféricos. En la sangre almacenada en los bancos, el valor de 2,3-difosfoglicerato disminuye y se reduce la habilidad de esta sangre para liberar el oxígeno a los tejidos. Este descenso, que obviamente limita el beneficio de la sangre si se transfunde a un paciente hipóxico, es menor si la sangre se almacena en solución de citrato-fosfato-glucosa, en lugar de la solución usual de ácido-citrato-glucosa.
AVANCES TERAPÉUTICOS La cianosis es una indicación de hemoglobina con oxigenación deficiente más que una enfermedad, por lo que puede tener muchas causas que van desde la exposición al frío hasta la sobredosis de fármacos y la neumopatía crónica. El tratamiento apropiado depende de la causa fundamental. En la cianosis causada por exposición al frío es eficaz conservar un entorno cálido, en tanto que se necesita a veces administrar oxígeno complementario en casos de enfermedades crónicas.
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Como la desoxihemoglobina se une con más hidrogeniones en comparación con la oxihemoglobina (HbO2) y forma compuestos carbamino con más facilidad, la unión de oxígeno con la hemoglobina reduce su afinidad por el dióxido de carbono. El efecto de Haldane denota la capacidad mayor de la hemoglobina desoxigenada para unirse al CO2 y transportarlo. Por consiguiente, la sangre venosa transporta más dióxido de carbono que la arterial, la captación de este último se facilita en los tejidos y la liberación del mismo también se facilita en los pulmones. Cerca de 11% del dióxido de carbono agregado a la sangre en los capilares sistémicos se transporta a los pulmones como carbamino-dióxido de carbono.
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DESPLAZAMIENTO DE CLORURO
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Como el contenido de bicarbonato en los eritrocitos es mucho mayor que el del plasma cuando la sangre pasa por los capilares, casi 70% del bicarbonato formado en los eritrocitos entra en el plasma. El exceso de este último sale de los eritrocitos a cambio de cloruros (Cl–) (fig. 35-4). Este proceso está mediado por el intercambiador aniónico 1 (AE1, antes llamado “banda 3”), una proteína importante en la membrana de los eritrocitos. A causa de este desplazamiento de cloro, el contenido de cloruros en los eritrocitos de la sangre venosa es mucho mayor comparado con el de la sangre arterial. El desplazamiento de cloro ocurre con rapidez, se completa en un segundo.
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Nótese que por cada molécula de dióxido de carbono agregada al eritrocito, aumenta una partícula con actividad osmótica dentro de esta célula, ya sea bicarbonato o cloruro (fig. 35-4). Por consiguiente, los eritrocitos captan agua y su tamaño se incrementa. Por esta razón, además de que una pequeña cantidad de líquido en la sangre arterial regresa por los vasos linfáticos y no por las venas, el hematocrito normal de la sangre venosa es 3% mayor en comparación con el de la sangre arterial. En pulmones, el cloruro sale de las células conforme estas se contraen.
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DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN LA SANGRE
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Por conveniencia, los diversos destinos del dióxido de carbono en el plasma y los eritrocitos se resumen en el cuadro 35-2. La magnitud del aumento de la capacidad de la sangre para transportar dióxido de carbono está indicada por la diferencia entre las líneas que representan el dióxido de carbono disuelto y el dióxido de carbono total en las curvas de disociación para este compuesto que muestra la figura 35-5.
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De los casi 49 ml de dióxido de carbono por cada 100 ml de sangre arterial (cuadro 35-1), 2.6 ml están disueltos, 2.6 ml se encuentran en compuestos carbamino y 43.8 ml se hallan en el bicarbonato. En tejidos, se agregan 3.7 ml de dióxido de carbono por cada 100 ml de sangre; 0.4 ml permanecen en solución, 0.8 ml forman compuestos carbamino y 2.5 ml constituyen bicarbonato. El pH sanguíneo cae de 7.40 a 7.35. En los pulmones, el proceso se invierte y los 3.7 ml de dióxido de carbono se descargan a los alveolos. De esta manera, 200 ml de dióxido de carbono por minuto en reposo y cantidades mucho mayores durante el ejercicio se transportan desde los tejidos a los pulmones y se excretan. Vale la pena señalar que en 24 h, la cantidad de dióxido de carbono equivale a más de 12 500 mEq de iones hidrógeno.
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EQUILIBRIO ACIDOBÁSICO Y TRANSPORTE DE GAS
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La principal fuente de ácidos en la sangre en estados normales es el metabolismo celular. Gran parte del dióxido de carbono formado por el metabolismo de los tejidos se hidrata hasta ácido carbónico (carbonato) y la carga total de hidrogeniones de esta fuente es mayor de 12 500 mEq/día. Sin embargo, la mayor parte del dióxido de carbono se excreta en los pulmones y pequeñas cantidades de los hidrogeniones restantes se excretan por los riñones.
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AMORTIGUACIÓN EN LA SANGRE
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Las variaciones de ácido y bases en la sangre están controladas por tres amortiguadores sanguíneos principales: 1) proteínas; 2) hemoglobina y 3) el sistema ácido carbónico-bicarbonato. Las proteínas plasmáticas son amortiguadores eficaces porque tanto sus grupos carboxilo libres como los amino libres se disocian:
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El segundo sistema amortiguador radica en la disociación de los grupos imidazol de los residuos de histidina en la hemoglobina:
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En el intervalo de pH 7.0 a 7.7, los grupos carboxilo y amino libres de la hemoglobina contribuyen relativamente poco a su capacidad amortiguadora. Sin embargo, la molécula de hemoglobina contiene 38 residuos de histidina y, con base en esto, más el hecho de que la hemoglobina se encuentra en grandes cantidades, la hemoglobina sanguínea tiene una capacidad amortiguadora seis veces mayor que las proteínas plasmáticas. Además, la acción de la hemoglobina es única porque los grupos imidazol de la desoxihemoglobina (Hb) se disocian menos en comparación con los de la oxihemoglobina, lo cual hace de la desoxihemoglobina un ácido más débil y, por tanto, mejor amortiguador que la oxihemoglobina. Las curvas de ajustes o titulación de Hb y de HbO2 (fig. 35-6), ilustran las diferencias en la capacidad de amortiguación de los hidrogeniones.
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El tercer y principal sistema amortiguador en la sangre es el sistema ácido carbónico-bicarbonato:
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La ecuación de Henderson-Hasselbach para este sistema es:
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La pK de este sistema en una solución ideal es bajo (cercano a 3), y la cantidad de ácido carbónico es pequeña y difícil de medir en situaciones idóneas. Sin embargo, en el organismo dicho ácido se encuentra en equilibrio con el dióxido de carbono:
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Si pK cambia a pK’ (constante de ionización aparente, la cual se distingue de la pK verdadera porque las condiciones de la solución son inferiores a las ideales) y el [CO2] se sustituye por [H2CO3], la pK’ es de 6.1:
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La forma de esta ecuación con relevancia clínica es:
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ya que la cantidad de dióxido de carbono disuelto es proporcional a la presión parcial de este mismo y el coeficiente de solubilidad del dióxido de carbono en mmol/L/mmHg es de 0.0301. La concentración de bicarbonato no puede medirse de manera directa, pero el pH y la PCO2 son sensibles de cuantificarse con exactitud adecuada mediante electrodos de vidrio para pH y dióxido de carbono y, entonces, es posible calcular el [HCO3–].
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La constante de ionización aparente de este sistema es baja en relación con el pH sanguíneo, pero es uno de los sistemas amortiguadores más eficaces del cuerpo porque la cantidad de dióxido de carbono disuelto se controla con la respiración (p. ej., en un sitema “abierto”). La regulación adicional de la concentración plasmática de bicarbonato ocurre en los riñones. Cuando se agregan hidrogeniones a la sangre, el bicarbonato disminuye conforme se forma más ácido carbónico. Si este último adicional no se convierte en dióxido de carbono y agua (H2O), y el dióxido de carbono no se excreta por los pulmones, la concentración de ácido carbónico aumentaría. Sin la eliminación de CO2 para reducir H2CO3, la adición suficiente de hidrogeniones que hubiera disminuido a la mitad la concentración plasmática de HCO3–, hubiese alterado el pH, de 7.4 a 6.0. Sin embargo, dicho incremento en la concentración de iones H+ es tolerada porque: 1) el H2CO3 adicional que se forma, es eliminado y 2) el incremento de iones H+ estimula la respiración y con ello hace que disminuya Pco2 de tal forma que se elimina una parte de H2CO3 adicional. El pH neto después de un incremento en la concentración de H+ como la mencionada en realidad es de 7.2 o 7.3.
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Hay dos factores adicionales que hacen del sistema de ácido carbónico-bicarbonato un amortiguador biológico tan eficaz. Primero, la reacción es lenta en ambos sentidos, a menos que esté presente la enzima anhidrasa carbónica. En el plasma no se detecta dicha enzima, pero hay abundancia de ella en los eritrocitos, lo cual confina espacialmente y controla la reacción. Segundo, la presencia de hemoglobina en la sangre aumenta la amortiguación del sistema porque se une con los hidrogeniones libres generados con la hidratación del dióxido de carbono y así es posible el movimiento del bicarbonato al plasma.