Transporte de gases respiratorios por la sangre, CEU Universidad San Pablo

Transporte de Gases Respiratorios

Tema 24 Transporte de gases respiratorios por la sangre. Dra. María Del Nogal Ávila maria.nogalavila@ceu.es 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 1Tema 24 Transporte de gases respiratorios por la sangre.

Conceptos Generales del Transporte de Gases

24.1 Conceptos generales 24.2 Transporte de oxígeno 24.3 Transporte de dióxido de carbono 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 224.1. Conceptos generales El O2 tomado en los alvéolos pulmonares es llevado por los glóbulos rojos de la sangre hasta el corazón y después distribuido por las arterias a todas las células del cuerpo. El CO2 es recogido en parte por los glóbulos rojos y parte por el plasma y transportado por la vena cava hasta el corazón y a los pulmones para ser expulsado al exterior. ¿Cómo se transportan? El O2 y CO2 como solutos o como combinados, formando parte de moléculas de determinados compuestos químicos (Hb, Prot plasm, H2O) 2 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 3

Hemoglobina: Estructura y Función

24.1. Conceptos generales Hemoglobina Pigmento proteico rojo que sólo se encuentra dentro de los eritrocitos. Proteína de estructura cuaternaria constituida por cuatro cadenas polipeptídicas diferentes (2 cadenas a y 2 cadenas ß). Cada cadena lleva asociado un grupo hemo que contiene hierro. Hemoglobina ₿2 ₿1 Grupos hemo N Fe)N HỌC CH; N CO2 Hemo CH3 CH2CH2COOH O1 N H H2C=C CH2CH2COOH H2=CH CH3 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 4

Propiedades Químicas de la Hemoglobina

24.1. Conceptos generales Hemoglobina Actúa como una esponja del oxígeno, ya que absorben químicamente las moléculas del O2 uniéndose al grupo hemo de la cadena de hemoglobina. También actúa como una esponja de dióxido de carbono porque puede unirse a diferentes aminoácidos de las cadenas polipeptídicas. Por lo tanto, la hemoglobina tiene las propiedades químicas necesarias para captar y transportar los gases que entran en la sangre y también para descargarlos. En una intoxicación por CO, éste tiene mayor afinidad a la hemoglobina que el O2 impidiendo su transporte. Hemoglobina ₿2 ₿1 Grupos hemo @2 CO2 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 5

Transporte de Oxígeno

Mecanismos de Transporte de Oxígeno

24.2. Transporte de oxígeno SANGRE ARTERIAL O2 > O, disuelto en el plasma (~Po2) < 2% 1 Transporte de oxígeno disuelto en el plasma Alvéolos Glóbulo rojo O2 + Hb -> HbO2 > 98% 2 Transporte de oxígeno combinado con la hemoglobina Endotelio capilar Membrana alveolar Transporte hacia las células Células HbO2 -> Hb + O2 - > O2 disuelto en el plasma O2 Utilizado en la respiración celular 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 6

Capacidad de Transporte de Oxígeno

24.2. Transporte de oxígeno Debido a que la sangre oxigenada tiene una PO2 de 100 mmHg, sólo alrededor de 0,3 ml de O2 disuelto puede ser transportado. La hemoglobina tiene una gran capacidad para combinar una gran cantidad de O2 permitiendo así un mayor transporte de O2 en la sangre arterial (Apox. Un 20% vol O2) Plasma Sangre completa PO2 = 40 PO2 40 Eritrocito Molécula de hemoglobina O2 PO2= 100 O2 Poz expresada en mmHg Alvéolo PO2=100 PO2=100 20 ml O2 100 ml Oxyhemoglobin O2 O2 8 8 B B O2 O2 B DPG B Deoxyhemoglobin 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 0,3 ml O2 100 ml La capacidad de transporte de O2 será directamente proporcional a la cantidad de hemoglobina Niveles elevados de Hb Mayor transporte de oxigeno Niveles bajos de Hb (Anemia) de oxígeno (hipoxia) Menor capacidad de transporte 7

Curva de Disociación del Oxígeno

24.2. Transporte de oxígeno Hb + O2+ HbO2 - Reacción reversible - Depende principalmente de la PO2 del plasma Saturación de O2 Po2 pulmonar = 100 mmHg 97% Po2 sistémica = 40 mmHg 75% Saturación de O2 Curva de disociación del oxígeno 100 A 90- 80 Saturación de O2 de la Hb (%) B 70 60 50 40 30 20- 10- 0- 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Po2 plasmática (mmHg) PO2 ↑ asociación de oxigeno PO2 ↑ disociación de oxígeno 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 8

Transporte de Oxígeno en Sangre Arterial

24.2. Transporte de oxígeno SANGRE ARTERIAL O2 O2 disuelto en el plasma (~Po,) < 2% Alvéolos Glóbulo rojo Q2 + Hb -> HbO2 > 98% Endotelio capilar Membrana alveolar Transporte hacia las células Células HbO2 -> Hb + O2 - > O2 disuelto en el plasma O2 Utilizado en la respiración celular 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad San Pablo 9

Factores que Determinan la Unión de Oxígeno a la Hemoglobina

24.2. Transporte de oxígeno La cantidad de oxígeno que se une a la Hb depende de Og en el plasma Cantidad de hemoglobina que determina que determina % de saturación de la Hb × Número total de sitios de unión a la Hb se calcula mediante Contenido de Hb por glóbulo rojo × Número de lóbulos rojos 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 10 San Pablo

Curva de Unión del Oxígeno a la Hemoglobina

24.2. Transporte de oxígeno A= 0. 1 Desoxihemoglobina (K_elevada) La unión del primer O, induce cambios conformacionales en las subunidades vecinas Los cambios conformacionales provocan la disminución de la K_y el O, se une a mayor velocidad Oxyhemoglobina 1.0 Curva de union del oxigeno a la mioglobina Fracción de grupos hemo unidos al O. Curva de unión del oxígeno a la hemoglobina 0,5 20 40 60 80 100 Presión de oxigeno (mm Hg) La curva de disociación de la Hb tiene una forma sigmoide debido al efecto cooperativo del oxígeno 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 11 San Pablo

Factores que Desvían la Curva de Disociación de la Hemoglobina a la Derecha

24.2. Transporte de oxígeno Factores que desvían la curva de disociación de la Hb hacia la DERECHA ( factores alostéricos o moduladores) 1. Aumento concentración de H+ (disminución de pH) 2. Aumento de PCO 2 3. Aumento de la temperatura 4. Aumento de 2,3-DPG (c) Efecto del pH 100 Saturación de la hemoglobina, % Saturación de la hemoglobina, % 37º C - 80- 7.6 7.4 60- 7,2 40- 20 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Po2 (mm Hg) (e) Efecto de la Pco2 100 Saturación de la hemoglobina, % Saturación de la hemoglobina, % 80. Sin 2,3-BPG 60 2,3-BPG normal 2,3-BPG agregado 40- 20 20- 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Po2 (mm Hg) (f) Efecto del compuesto metabólico 2,3-BPG 100 80- Pco2 = 20 mm Hg. 60- Pco2 = 40 mm Hg 40- `PCo2 = 80 mm Hg 40- 20- PO2 (mm Hg) (d) Efecto de la temperatura 100 20° C 43º C 80- 60- Po2 (mm Hg) El desplazamiento en la curva de saturación de la hemoglobina debido a un cambio en el pH se conoce como Efecto Bohr 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 12 San Pablo

Factores que Desvían la Curva de Disociación de la Hemoglobina a la Izquierda

24.2. Transporte de oxígeno Factores que desvían la curva de disociación de la Hb hacia la IZQUIERDA 1. Disminución de la concentración de H+ (aumento de pH) 2. Disminución de PCO2 3. Disminución de la temperatura 4. Disminución de 2,3-DPG (a) Effect of pH 100- Percent O2 saturation of hemoglobin 7.6 7.4 60- 7.2 Pco2 = 40 mm Hg PCO2 = 80 mm Hg 40 20 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Po, (mm Hg) Po, (mm Hg) Po, (mm Hg) Po, (mm Hg) (b) Effect of temperature 100 20° C 37° C 43º C 80 80 No 2.3-DPG 60 Normal 2,3-DPG Added 2,3-DPG 40 40 20- 0 20 40 60 80 100 (c) Effect of PCO2 100 Percent O2 saturation of hemoglobin 80- 80 PCO2 = 20 mm Hg 60 60 Percent O2 saturation of hemoglobin 100 Percent O2 saturation of hemoglobin 40 20 20 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 13 San Pablo

Interacción de Gases en Pulmones y Capilares Tisulares

24.2. Transporte de oxígeno Atmosphere air (mm Hg) Po 160 Alveolar air (mm Hg) Pco. 0.3 Po. 100 O2 CO2 POOL 40 0,1 1CO2 Pulmonary arteries (mm Hg) Pulmonary veins (mm Hg) Po 40 Pro 46 Pco 40 Pulmonary artorios Pulmonary- voine Systemic veins (mm Hg) Systemic arteries (mm Hg) Systemic veins Systemic arteries Po. 100 Por 40 Poor 46 Pco, 40 Cels (mm Hg) CO, 10 Po 40 Poor 46 Oxygenated blood Deoxygenated blood Cells in tissues throughout body Pulmones: - Disminuye PCO2 y aumenta pH - Curva se desplaza a la izquierda, vuelve a su posición inicial - Disminuye la P50 - Aumenta la afinidad de la Hb por el O2 Capilares tisulares: - Aumenta PCO2 y disminuye pH (efecto Bohr) - Curva se desplaza a la derecha - Aumenta la P50 - Disminuye afinidad de la Hb por el O2 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 14 San Pablo Systemic capillaries Po 100 Pulmonary capillaries

Transporte de Dióxido de Carbono

Mecanismos de Transporte de CO2

24.3. Transporte de dióxido de carbono 1 CO2 1 2 CO2 disuelto (7%) 1 Transporte de CO disuelto en el plasma (10%) Respiración celular en los tejidos periféricos > 3 Hb + CO2 -> HbCO2 (23%) CI > HCO3 5 AC 4 H2O + CO2 > HCO3- en el plasma (70%) > H+ + Hb -> HbH Glóbulo rojo 2 Membrana celular Transporte hacia los pulmones - Endotelio capilar HbH ->Hb + H+ 3 HCO3- en el plasma - AC CO2 + H2O Alvéolos CI- HbCO2-7 > CO2 + H2O CO2 disuelto > CO2 disuelto 6 >CO2 SANGRE VENOSA 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 15 San Pablo 2 Transporte de CO2 combinado con la hemoglobina (20%) Transporte de CO2 en forma de ión bicarbonato (70%) 8 > HCO3-

Transporte de CO2 Asociado a Hemoglobina

24.3. Transporte de dióxido de carbono 1. Dióxido de carbono disuelto (10%) 2. Transporte de CO2 asociado a hemoglobina (20%) Se une a los grupos NH2 (amino) de los aminoácidos de la Hb y otras proteínas plasmáticas H .H Hb-N + CO2 Hb-N + H+ H COO- Hemoglobina (con el grupo amino) Dióxido de carbono Carbamino- hemoglobina lón hidrógeno 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 16 San Pablo

Transporte de CO2 en Forma de Bicarbonato

24.3. Transporte de dióxido de carbono 3. Transporte de CO2 en forma de bicarbonato (70%) Cuando el CO, se disuelve en agua se forma ácido carbónico (H CO3) por acción de la enzima anhidrasa carbónica. El ácido carbónico en solución se disocia en H. y HCO3 Anhidrasa carbónica CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3 Dióxido de carbono Agua Ácido carbónico lón lón hidrógeno bicarbonato CO2 y PH T CO2 > TH+ > / pH Contenido total de CO2 (ml de CO2 por 100 ml de sangre) 60 55 50 45 40 25 30 35 40 45 50 55 60 Pco2 plasmática (mmHg) 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 17 San Pablo

Resumen del Transporte de CO2

24.3. Transporte de dióxido de carbono Célula corporal Capilar sistémico CO2 Plasma CO2 (disuelto en el plasma) H2O CO2+-CO2 CO2 (disuelto) Hb HCO3 -- ERITROCITO- H+ Hb HCO3 (disuelto) НЬСО2 1 1 CIZ + CO2 HHb Desplazamiento del cloro 10% transportado como CO2 disuelto en el plasma 20% transportado como HbCO2 (carbaminohemoglobina) 70% transportado como HCO3 (bicarbonato) disuelto en el plasma 24. Transporte de gases respiratorios por la sangre. CEU Universidad 18 San Pablo (disuelto) H CO3