transporte de dióxido de carbono

El dióxido de carbono es producido por el metabolismo celular en las mitocondrias. La cantidad producida depende de la tasa de metabolismo y las cantidades relativas de carbohidratos, grasas y proteínas metabolizadas. La cantidad es de aproximadamente 200 ml min-1 cuando está en reposo y consume una dieta mixta; esto utiliza el 80% del oxígeno consumido, dando un cociente respiratorio de 0.8 (cociente respiratorio = tasa de producción de dióxido de carbono dividida por la tasa de consumo de oxígeno). Una dieta de carbohidratos da un cociente de 1 y una dieta de grasas 0.7.,

transporte de dióxido de carbono en la sangre

El dióxido de carbono se transporta en la sangre desde el tejido hasta los pulmones de tres maneras:1 (i) disuelto en Solución; (ii) tamponado con agua como ácido carbónico; (iii) unido a proteínas, particularmente hemoglobina.

aproximadamente el 75% del dióxido de carbono es transportado en los glóbulos rojos y el 25% en el plasma. La cantidad relativamente pequeña en el plasma es atribuible a la falta de anhidrasa carbónica en el plasma, por lo que la asociación con el agua es lenta; el plasma juega poco papel en el tampón y la combinación con proteínas plasmáticas es pobre.,

hay una diferencia entre el porcentaje del dióxido de carbono total transportado en cada forma y el porcentaje exhalado de ellos. Por ejemplo, el 5% del total está en solución, pero el 10% del dióxido de carbono exhalado proviene de esta fuente; el 10% está unido a proteínas, particularmente con hemoglobina, pero esto suministra el 30% de la cantidad exhalada.

dióxido de carbono disuelto

El dióxido de carbono es 20 veces más soluble que el oxígeno; obedece la Ley de Henry, que establece que el número de moléculas en solución es proporcional a la presión parcial en la superficie del líquido., El coeficiente de solubilidad del dióxido de carbono es de 0,0308 mmol litro-1 mm Hg-1 o 0,231 mmol litro−1 kPa−1 a 37°C. (La solubilidad aumenta a medida que disminuye la temperatura.) Esto corresponde a 0.5 ml de dióxido de carbono kPa−1 en 100 ml de sangre a 37°C. La presión parcial de dióxido de carbono es de 5.3 pKa en sangre arterial y 6.1 kPa en sangre venosa mixta; por lo tanto, la sangre arterial contendrá aproximadamente 2.5 ml por 100 ml de dióxido de carbono disuelto y la sangre venosa 3 ml por 100 ml. Un gasto cardíaco de 5 litros min-1 llevará 150 ml de dióxido de carbono disuelto al pulmón, de los cuales 25 ml serán exhalados., Debido a esta alta solubilidad y capacidad de difusión, la presión parcial de dióxido de carbono de la sangre capilar final alveolar y pulmonar es prácticamente la misma. Incluso una derivación grande del 50% solo causará un gradiente de dióxido de carbono capilar/arterial terminal pulmonar de aproximadamente 0,4 kPa.

ácido carbónico

El dióxido de carbono y el agua se difunden libremente en los glóbulos rojos y se convierten en ácido carbónico, que se disocia en iones de hidrógeno y bicarbonato. Los iones de hidrógeno no pasan a través de las membranas celulares, pero el dióxido de carbono pasa fácilmente., Esta situación no puede sostenerse ya que la concentración intracelular de iones de hidrógeno y bicarbonato, osmolaridad y tamaño de la célula se elevará y romperá la célula. El ion bicarbonato se difunde al plasma para ser intercambiado por iones cloruro. Esto se conoce como desplazamiento del cloruro (equilibrio de Gibbs–Donnan o efecto hamburguesa). Una proteína transportadora de intercambio iónico en la membrana celular llamada Banda 3 para

facilita el desplazamiento del cloruro.,

una acumulación de iones de hidrógeno en los glóbulos rojos también impediría una mayor conversión y producción de iones de bicarbonato. Sin embargo, los iones hidrógeno se unen fácilmente a la hemoglobina reducida, que está disponible cuando se libera oxígeno; por lo tanto, los iones hidrógeno libres se eliminan de la solución. La hemoglobina reducida es menos ácida que la hemoglobina oxigenada. Esta es otra forma de indicar el efecto Haldane, que explica que, en cualquier

, el contenido de dióxido de carbono de la sangre desoxigenada es mayor que el de la sangre oxigenada.,

como resultado de la transferencia de iones de cloruro a los glóbulos rojos y la amortiguación de iones de hidrógeno en la hemoglobina reducida, la osmolaridad intercelular aumenta ligeramente y el agua entra haciendo que la célula se hinche. Esto se puede medir como un aumento en el volumen corpuscular medio (VCM). El proceso inverso ocurre cuando el glóbulo rojo pasa a través del pulmón.

unido a la hemoglobina y otras proteínas

la cantidad de dióxido de carbono retenida en la sangre en forma de carbamino es pequeña, pero representa un tercio de la diferencia entre el contenido de dióxido de carbono venoso y arterial., El efecto Haldane refleja la diferencia en el contenido de dióxido de carbono entre la hemoglobina oxigenada y reducida al mismo

. Este efecto es en parte atribuible a la capacidad de la hemoglobina para amortiguar los iones de hidrógeno y en parte debido al hecho de que la hemoglobina reducida es 3,5 veces más eficaz en combinación con dióxido de carbono que la oxihemoglobina.

diferentes hemoglobinas varían en su afinidad por el dióxido de carbono, el monóxido de carbono y el oxígeno., El dióxido de carbono se combina fácilmente con la hemoglobina para formar un enlace carbamino a una presión parcial más baja que el oxígeno, pero la hemoglobina transporta menos de una cuarta parte de la cantidad de dióxido de carbono en comparación con el oxígeno. Por el contrario, la hemoglobina fetal, debido a la sustitución de la cadena β por cadenas γ, se combina con oxígeno a una presión parcial más baja. El monóxido de carbono tiene una mayor afinidad por la hemoglobina y, por lo tanto, desplaza el oxígeno.

transporte de dióxido de carbono en el tejido

el transporte de dióxido de carbono en el tejido se resume en la Figura 1. Se combina con agua para formar ácido carbónico., Esta reacción es muy lenta en plasma pero rápida dentro de los glóbulos rojos debido a la presencia de la enzima anhidrasa carbónica. El ácido carbónico (H2CO3) se disocia en H+ y

iones; por lo tanto, la concentración de H+ y

está aumentado en el glóbulo rojo.

puede difundir fuera del glóbulo rojo en el plasma mientras que H + NO PUEDE., Con el fin de mantener la neutralidad eléctrica, los iones de cloruro se difunden en los glóbulos rojos desde el plasma como

difunde hacia fuera. Los iones hidrógeno son absorbidos por la hemoglobina reducida. El grupo imidazol del aminoácido histidina le da a la hemoglobina una capacidad tampón muy significativa, no presente en otros aminoácidos., Esta capacidad tampón es posible por el hecho de que cada tetrámero de hemoglobina contiene 38 residuos de histidina y la constante de disociación de los grupos imidazol de los cuatro residuos de histidina, a los que se unen los grupos de hemo, se ve afectada por el estado de oxigenación del hemo. En el estado ácido, el enlace de oxígeno se debilita, mientras que la reducción de hemoglobina hace que el grupo imidazol se vuelva más básico., En los tejidos, la forma ácida del grupo imidazol debilita la fuerza del enlace de oxígeno al mismo tiempo que los iones de hidrógeno están siendo amortiguados por la hemoglobina más básica.

transporte de dióxido de carbono en los pulmones

la liberación de H+ cambia el equilibrio a favor de la formación y eliminación de dióxido de carbono.,

concentration decreases as carbon dioxide is formed and eliminated (Fig. 2).

Carbon dioxide dissociation curves

Carbon dioxide dissociation curves relate

(kPa or mm Hg) to the amount of carbon dioxide (ml) carried in blood (Fig. 3)., La cantidad de dióxido de carbono disuelto y bicarbonato varía con

, pero se ven poco afectados por el estado de hemoglobina. Sin embargo, la cantidad de carbamino hemoglobina se ve muy afectada por el estado de oxigenación de la hemoglobina, menos por el

.

En la sangre venosa mixta,

6,1 kPa (46 mm Hg) y en la sangre arterial

5,3 kPa (40 mm Hg). El dióxido de carbono Total en sangre venosa es de 52 ml por 100 ml y en sangre arterial de 48 ml por 100 ml. En consecuencia, la curva es más lineal que la curva de disociación de O2Hb.

La Figura 4 ilustra la diferencia entre el contenido en sangre de oxígeno y dióxido de carbono con cambio en la presión parcial., Hace hincapié en que el contenido de dióxido de carbono aumenta a lo largo del aumento de la presión parcial. El contenido de oxígeno aumenta más abruptamente hasta un punto en el que la hemoglobina está completamente saturada. Después de eso, el aumento es pequeño debido a la pequeña cantidad aumentada en solución.

diferencias entre sangre venosa y arterial

cada molécula de dióxido de carbono añadida al glóbulo rojo aumenta la presión osmótica intracelular mediante un aumento de

o Cl-iones. Por lo tanto, el tamaño de los glóbulos rojos aumenta y el hematocrito de la sangre venosa es un 3% superior al de la sangre arterial. La concentración plasmática de iones cloruro es menor, pero la concentración de iones bicarbonato es mayor.,

pH de los glóbulos rojos

la reducción total de toda la hemoglobina daría lugar a un aumento del pH de la sangre de 0,03. Al 25% de desaturación, el pH aumenta en 0.007 (a constante

). Si el

aumenta en 0,8 kPa (6 mm Hg), es decir, la diferencia entre la sangre venosa y arterial mixta, el pH se reducirá en 0,04. El efecto neto es una caída en el pH de 0.033 de 7.4 a 7.36.,

cambios en los glóbulos rojos durante el paso a través de los pulmones

en la sangre capilar pulmonar, los glóbulos rojos liberan dióxido de carbono y la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno aumenta. La hemoglobina oxigenada se une menos iones de hidrógeno haciéndola más ácida, pero la caída en

, y el cambio en los iones de cloruro y bicarbonato, hace que el glóbulo rojo sea menos ácido. El desplazamiento hacia el exterior del agua produce un VCM más pequeño y un hematocrito reducido. La curva de disociación de oxígeno se desplazará hacia la izquierda (efecto Bohr)., La concentración plasmática del ion cloruro es mayor en la sangre arterial en comparación con la venosa; la concentración de bicarbonato es menor.

el papel del dióxido de carbono en la eliminación ácida

cada minuto, se exhala 200 ml de dióxido de carbono; esto es el equivalente a 12-13 mol de iones de hidrógeno en 24 h.1 El pH de la orina varía de 4.5 a 8.0. Un pH de 4,0 representa 10-4 mol litro−1 de iones de hidrógeno., Por lo tanto, el paso de 3 litros de orina representa una cantidad relativamente pequeña de eliminación de iones de hidrógeno en 24 h; sin embargo, esto incluye los iones fosfato y sulfato que no se pueden convertir en dióxido de carbono.

efecto de la apnea

el contenido corporal total de dióxido de carbono, incluido el ion bicarbonato, es de 120 litros o 100 veces mayor que el del oxígeno. Si hay apnea y todo el dióxido de carbono se retiene en el cuerpo,

aumentará en 0,4 a 0,8 kPa min-1 (3-6 mm Hg)., Gas Alveolar rápidamente se equiparan con la sangre venosa, dando un alveolar

aumento de 5,3 6,1 kPa y un

caída de 14 a 5,3 kPa en 1 min. Por lo tanto, el paciente se hipoxemia rápidamente. Si el paciente es preoxigenado con oxígeno al 100%, la tensión arterial de oxígeno permanecerá por encima de 13 kPa y la saturación del 100% se mantiene durante varios minutos, ya que se utilizan 250 ml min−1 de oxígeno a partir de una alta presión parcial en el pulmón., Sin embargo,

aumentará constantemente; después de 5 min, se estará acercando a 10 kPa, con una caída en el pH.