Date post: | 10-Jul-2015 |
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TRANSPORTE DE GASES Y REGULACIÓN ÁCIDO- BASE
Lic. Roy W. Morales Pérez
Parte II: Equilibrio acidobásico
Composición del aire
El aire atmosférico es una mezcla gaseosa
cuya composición porcentual es de 78%
nitrógeno, 21% de oxígeno, 0.03% de dióxido de
carbono y 0.92% de helio y argón (aire seco).
El aire alveolar, por otra parte, tiene una
composición porcentual de 77% de nitrógeno,
16% de oxígeno, 5% de dióxido de carbono y 2%
de vapor de agua.
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Composición del aire
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
El sistema respiratorio
humano consta de un
sistema de conducción
(fosas nasales, boca,
faringe, laringe, tráquea,
bronquios) y un sistema
de intercambio (sacos
alveolares).
Sistema Respiratorio
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
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http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=HiT621PrrO0
Ventilación Pulmonar
La ventilación pulmonar puede entenderse como un proceso fisiológico involuntario indispensable en los organismos aerobios, el cual consiste en un intercambio de sustancias gaseosas a través de un proceso de difusión entre el organismo y el medio ambiente que lo circunda a través de dos etapas: inspiración (inhalación) y espiración (exhalación).
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
La ventilación pulmonar depende de la función de quimiorreceptores, los cuales son receptores de señales químicas internas o externas.
Centrales: se localizan en el bulbo raquídeo y responden a cambios de pH. Así por ejemplo, si el pH sanguíneo disminuye hace que aumente la ventilación pulmonar.
Periféricos: responde a los cambios de concentración de oxígeno y dióxido de carbono. Se ubican en el cuerpo carotídeo y en el arco aórtico.
Ventilación Pulmonar
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Intercambio Gaseoso
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
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Leyes de los gases
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
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http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/
Solubilidad de gases en líquidos
La solubilidad de un gas en un líquido es descrita
por la Ley de Henry:
𝐶𝑔𝑎𝑠 = 𝑘𝐻 ∗ 𝑃𝑔𝑎𝑠
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
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http://www.youtube.com/watch?v=18Y_2IAM5qY
Difusión de Gases
El intercambio gaseoso
durante la respiración puede
ser explicado a través de la
Ley de Fick, la cuál
establece que dada una
diferencia de concentración
entre dos regiones de un
sistema (diferencia de
potencial químico, µ),
existirá un flujo espontáneo
desde la zona de mayor a la
de menor potencial químico. J= Flujo; D= Coeficiente de Difusión; C Gradiente de Concentración
𝐽 = −𝐷 ∗ ∆𝐶
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Flujo alveolo capilar
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Intercambio gaseoso en la
región alveolo-capilar
Intercambio gaseoso entre la sangre
oxigenada y los tejidos periféricos
Flujo alveolo capilar
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
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http://www.youtube.com/watch?v=dW1763QoIng
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http://www.youtube.com/watch?v=WXOBJEXxNEo
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Hemoglobina y transporte de gases
• La solubilidad del oxígeno en el plasma sanguíneo a la temperatura corporal es de
2,3 mL O2/ L plasma.
• 1,0 g Hb transporta en promedio 1,34 mL de O2.
• 1,0 L de sangre puede transportar aproximadamente 150 g Hb (15 g Hb/dL sangre).
• El volumen de sangre en el adulto sano corresponde aproximadamente a 1/13 de
su peso corporal (± 5,0 L).
Hemoglobina y transporte de gases
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Mioglobina: proteína globular monomérica
que se encuentra principalmente en la región
musculo-esquelética. Su función más
importante es la de almacenar oxígeno dado
que no es un transportador eficiente de ésta
molécula. La mioglobina está constituida por
153 residuos de aminoácidos y tiene una
masa molecular de 17000 Da.
Hemoglobina: puede clasificarse como una
metaloproteína, tetramérica,
heterooligomérica. Se encuentra
principalmente en el eritrocito y su función
más relevante es la de transportar oxígeno
hacia los tejidos periféricos y dióxido de
carbono e iones hidronio hacia los pulmones.
La masa molar de la Hb es de 64,5 kDa.
Hemoglobina y transporte de gases
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
La hemoglobina (Hb) es una heteroproteína que está conformada por un
átomo de hierro central unido mediante enlaces de coordinación, a un anillo
de porfirina (grupo prostético). Aunque existen diversos tipos de Hb, la más
importante en los seres humanos mayores de siete meses de edad es la
Hb-A o hemoglobina del adulto (22) que corresponde al 90% de la Hb total.
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Hemoglobina y transporte de gases
La fijación de las
moléculas de oxígeno a la
hemoglobina, responden a
una interacción
homotrópica, esto es, la
fijación de una primera
molécula de oxígeno
facilita la fijación de las
siguientes.
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Hemoglobina y transporte de gases
Factores que afectan la fijación de oxígeno
Hb + O2 ⇌ HbO2 HbO2 + O2 ⇌ Hb(O2)2
Hb(O2)2 + O2 ⇌ Hb(O2)3 Hb(O2)3 + O2 ⇌ Hb(O2)4
Hb + 4 O2 ⇌ Hb(O2)4
P50 medida de la concentración de oxígeno
necesaria para saturar 50% de Hb. Cuanto
mayor sea su valor, menor será la afinidad
de la hemoglobina por el oxígeno.
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Hemoglobina y transporte de gases
Transporte isohídrico de dióxido de carbono
Efecto Haldane: la desoxigenación de la sangre
aumenta la habilidad de la hemoglobina para transportar
dióxido de carbono.
Efecto Bohr: cuando el pH plasmático disminuye, la
afinidad de la hemoglobina por el oxígeno disminuye
(efecto heterotrópico inhibidor).
Efecto Hamburger: el dióxido de carbono se transporta
en el plasma principalmente en forma de ion
bicarbonato, con el concomitante desplazamiento de
cloruro al interior celular para conservar la
Electroneutralidad.
Un amortiguador ácido- base, es una mezcla de sustancias
(generalmente un ácido débil con su base conjugada) que
permite mantener el pH de un medio estable cuando se le
adicionan sustancias ácidas o básicas.
𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝑳𝒐𝒈𝑨−
𝑯𝑨
Ecuación de Henderson- Hasselbalch: permite determinar el pH de
una solución amortiguadora a partir de la concentración del ácido débil
(HA) y su base conjugada (A-)
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Regulación acidobásica
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
pH = pKa + LogA−
HA
pH = 3.5 + Log 24
𝑚𝑚𝑜𝑙
𝐿
3×10−3 𝑚𝑚𝑜𝑙
𝐿
= 7,4
El amortiguador de mayor importancia fisiológica es el par ácido carbónico/
bicarbonato. A la temperatura corporal promedio (37°C), la pKa para ésta
reacción es de 3,5. Bajo estas condiciones, la concentración de ácido
carbónico es de 3,0 E-3 mM, y para el bicarbonato de 24 mM.
pH = pka + Log HCO3
−
H2CO3
Regulación acidobásica
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Sin embargo, dado que el ácido carbónico es una sustancia altamente inestable, se
toma preferiblemente como sistema amortiguador el conformado por el par dióxido
de carbono/ bicarbonato. El pKa para éste equilibrio es de 6,1 a la temperatura
corporal, y la concentración del dióxido se calcula a partir del producto entre su
presión arterial y la constante de Henry a esta temperatura.
pH = pka + Log HCO3
−
CO2= pka + Log
HCO3−
pv CO2∗ kHCO2
pH = 6.1 + Log 24
𝑚𝑚𝑜𝑙
𝐿
40 𝑚𝑚𝐻𝑔 ∗0.03 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 7,4
Regulación acidobásica
Regulación acidobásica
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Ácidos producidos por el organismo
Fijos 50- 100 mEq/día
Iones hidronio producidos durante el metabolismo de
proteínas que contienen aminoácidos que enlazan
sulfuro (metionina, cisteína) y catiónicos (lisina y
arginina).
Volátiles 10000- 20000 mEq/ día En forma de ácido carbónico.
𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻2𝐶𝑂3 ⇌ 𝐻+ + 𝐻𝐶𝑂3−
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Regulación acidobásica
Mecanismos de regulación acidobásicos
Regulación respiratoria
Eliminación o retención de CO2
Regulación renal
Producción y reabsorción glomerular de HCO3-
Eliminación de H3O+ a través de la neutralización con
tampones de fosfato y amoniaco
Regulación buffer Compartimento Extracelular
Plasma: CO2/HCO3-
(75% capacidad buffer
total)
Hematíes: Hemoglobina.
Proteínas plasmáticas
Compartimento Intracelular NaH2PO4/ Na2HPO4
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Trastornos Ácido- Base
Trastorno Ácido- Base Causas Respuesta Etiología
Acidemia
Acidosis respiratoria
Incremento de la
concentración de CO2 por
encima del rango normal
(hipercapnia: paCO2 mayor
36- 44 mmHg) y/o existe
hipoventilación
Aumenta la producción y
reabsorción de HCO3-, y la
excreción de H2CO3
Sustancias depresoras del
SNC, obstrucción de vías
respiratorias (asma , EPOC),
enfermedad neuromuscular
(síndrome de Guillain-
Barré), hipoventilación por
obesidad
Acidosis metabólica
Aumento exógeno o
endógeno de H3O+;
disminución en la producción
y/o reabsorción de HCO3-
Hiperventilación alveolar,
Diarrea, cetoacidosis
diabética, consumo de
metanol.
Alcalemia
Alcalosis respiratoria
Descenso de la concentración
de CO2 por debajo del rango
normal (hipocapnia: paCO2
menor a 36- 44 mmHg) y/o
existe hiperventilación
Disminución en la
producción y reabsorción de
HCO3-
Ansiedad, estrés, fiebre,
mudarse a regiones de
elevada altitud,
medicamentos estimulantes
respiratorios (doxapran)
Alcalosis metabólica
Disminución de H3O+;
aumento en la producción y/o
reabsorción de HCO3-
Hipoventilación alveolar
Vómito, diuréticos,
alteraciones en la función
renal.
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico
Trastornos Ácido- Base
Diagrama de Davenport
El diagrama de Davenport es una
herramienta gráfica y
conceptual que permite describir la
concentración de bicarbonato en la
sangre y el pH seguido a una
perturbación respiratoria o
metabólica. El diagrama representa
una superficie tridimensional y
describe todos los posibles
estados de equilibrio entre el
dióxido de carbono, el
bicarbonato y los hidronios en la
interface alveolo- capilar.
Bibliografía
Boyer, M. (2009). Matemáticas para enfermeras. Guía de bolsillo para cálculo de dosis y preparación de medicamentos.
2 ed. Manual Moderno.
Drucker, R. (2005). Fisiología Médica. México D.F.: Manual Moderno.
Feduchi, E. et al. (2011). Bioquímica. Conceptos Básicos. Madrid: Editorial Médica Panamericana.
Holum, J. (2000). Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de la Salud. México D.F.:
Limusa Wiley.
Lozano, J.A. et al. (2000). Bioquímica y Biología Molecular para Ciencias de la Salud. España: Mc Graw Hill-
Interamericana.
Murray, R. et al. (2009). Harper Bioquímica. México D.F.: Mc Graw- Hill.
Lecturas Complementarias
Heredero, M., mena, V., Riverón, R. (2000). Acidosis láctica: algunas consideraciones. Rev. Cubana. Pediatria. 72 (3),
pp. 183- 193. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-75312000000300004
Montes de Oca, M., Xóchitl, M., Olvera, C., Franco, J. (2010). Ajuste de la relación PaO2/FiO2 a la presión
barométrica. Rev. Asc. Mex. De Medicina Crítica y Terapia Intensiva. 24 (1), pp. 8 -12. Disponible en:
http://www.medigraphic.com/pdfs/medcri/ti-2010/ti101b.pdf
Transporte de gases y regulación ácido- base. Parte II: Equilibrio acidobásico