Transporte de dióxido de carbono en la sangre

Definitions & Key takeaways

Carbon dioxide is produced as a by-product of cellular metabolism and is transported in the blood to the lungs, to be expelled from the body through exhalation. The transport of carbon dioxide in the blood occurs through three main mechanisms. First, there is a portion of carbon dioxide that is directly dissolved in the plasma, which is the liquid part of blood. The next part of carbon dioxide is bound to hemoglobin, what's called carbaminohemoglobin. Most of the amount of carbon dioxide is chemically dissolved in the plasma as bicarbonate ions (HCO3-).

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Introduction0:00–0:24

El CO2 es un producto de desecho de las células, y la sangre ayuda a transportarlo desde los tejidos hasta los pulmones para que sea exhalado.
Ahora, para facilitar esto - la sangre tiene tres mecanismos importantes para desplazar el dióxido de carbono. En primer lugar, una pequeña cantidad de CO2 se disuelve en el plasma, que es la parte líquida de la sangre.

Plasma-dissolved CO20:24–1:33

Para calcular la concentración de dióxido de carbono disuelto, se puede multiplicar la presión parcial de CO2 (PCO2), medida en milímetros de mercurio (mmHg), por la solubilidad del CO2.
La solubilidad del dióxido de carbono es la cantidad de dióxido de carbono que puede disolverse en la sangre, y resulta que en 100 mL de sangre se disuelven 0,07 mL de dióxido de carbono por milímetro de mercurio de dióxido de carbono.
En la sangre venosa, la ecuación se convierte en dióxido de carbono disuelto igual a la presión parcial venosa de dióxido de carbono en milímetros de mercurio por 0,07mL de dióxido de carbono, por milímetros de mercurio, por 100 mL de sangre.
Y, si añadimos la presión parcial de dióxido de carbono en las venas, que es de unos 45 milímetros de mercurio, obtenemos 3,15 ml de dióxido de carbono en 100 ml de sangre.
Esto supone alrededor del 5% del dióxido de carbono total transportado por la sangre, pero puede llegar hasta el 10%. Ahora otro 10-20% se transporta de una segunda forma: el dióxido de carbono se une directamente a los aminoácidos terminales de cada una de las cuatro cadenas de globina de la proteína hemoglobina.

Hemoglobin-bound CO21:33–2:33

La hemoglobina es la proteína más abundante en los eritrocitos, y cada hemoglobina, puede retener cuatro moléculas de CO2.
Cuando la hemoglobina se une al CO2 se llama carbaminohemoglobina. La carbaminohemoglobina altera ligeramente la forma de la molécula de hemoglobina y disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, lo que se llama efecto Bohr.
Debido a esto, se libera un poco más de O2 que llega a los tejidos llenos de CO2. Esto provoca un desplazamiento hacia la derecha de la curva de disociación oxígeno-hemoglobina.
Pero la mayor parte del dióxido de carbono, alrededor del 70-80%, se transporta por una tercera vía que consiste en convertir el dióxido de carbono en un ion bicarbonato.
Para conseguirlo, el dióxido de carbono experimenta primero una reacción química con el agua para formar ácido carbónico.

Bicarbonate2:33–4:36

Como ácido débil, el ácido carbónico H2CO3 se disocia fácilmente en iones de hidrógeno H+ e iones bicarbonato HCO3-. Estas reacciones son reversibles y también pueden producirse en sentido contrario.
Aunque esta reacción también puede tener lugar en el plasma, se acelera en los eritrocitos gracias a la enzima anhidrasa carbónica y se produce una gran cantidad de HCO3- y H+.
A medida que los iones de bicarbonato se acumulan en los eritrocitos, empiezan a desplazarse debido a su gradiente de concentración y fluyen hacia el plasma.
El cambio de carga que se crea por esto se equilibra por la difusión facilitada, un intercambio iónico entre HCO3- y Cl- llamado cambio de cloruro.
Así, el cloruro entra en el glóbulo rojo como el bicarbonato en el plasma. Aquí, el HCO3- desempeña una función importante en el mantenimiento de las concentraciones sanguíneas fisiológicas de H+, que en última instancia afectan a los valores del pH.
Esto ocurre por el principio de LeChatelier. En otras palabras, cuando la concentración de iones de hidrógeno es baja, la ecuación se desplaza hacia la derecha, produciendo más iones de bicarbonato e hidrógeno.
Por el contrario, cuando hay muchos iones de hidrógeno, el bicarbonato se une a un ion de hidrógeno y forma ácido carbónico, que se divide en agua y dióxido de carbono.
Al final, la concentración de iones de hidrógeno no se desplaza demasiado rápido en ninguna dirección y eso significa que el pH se mantiene estable.
Los residuos de CO2 tienen que pasar desde los tejidos a los pulmones y eliminarse del organismo mediante la espiración.
Así, en los pulmones, la liberación de dióxido de carbono de la sangre se produce debido a una disminución de la presión parcial de dióxido de carbono y un aumento de la presión parcial de oxígeno en comparación con los tejidos.
Esto significa que todos los procesos que actúan para captar el CO2 en los tejidos se invierten en los pulmones. Como resultado de una mayor presión parcial de oxígeno, más oxígeno se difunde en los glóbulos rojos y se une a la hemoglobina en su grupo hemo.
Ahora bien, aunque el oxígeno no compite con el dióxido de carbono y el hidrógeno por los sitios de unión, sí altera ligeramente la forma de la hemoglobina y esto reduce la afinidad de unión de la hemoglobina por el dióxido de carbono y el hidrógeno.

Pulmonary gas exchange4:36–6:48

Esto se denomina efecto Haldane, y significa que a medida que más oxígeno se une a la hemoglobina, más dióxido de carbono e hidrógeno se desprenden.
Cuando el H+ aumenta, se necesita más HCO3- para unirse a él, por lo que el HCO3- vuelve a entrar en el eritrocito desde el plasma, una vez más fluyendo por su gradiente de concentración, pero esta vez entrando en el eritrocito.
Con todo este dióxido de carbono extra acumulándose, la presión parcial de dióxido de carbono aumenta e impulsa la difusión de dióxido de carbono por su gradiente de presión parcial desde el glóbulo rojo hasta el plasma, y de ahí pasa a los alvéolos, donde la presión parcial de dióxido de carbono es de 40 mmHg.
La presión parcial de dióxido de carbono en los alvéolos y la sangre se equilibra unas 20 veces más rápido que el oxígeno.
Esto se debe en gran medida a que el dióxido de carbono es unas 23 veces más soluble que el oxígeno. Esto es importante porque incluso cuando hay una acumulación de líquido en los pulmones, como en el edema pulmonar, y es difícil que el O2 se difunda en la sangre, el CO2 todavía puede difundirse fácilmente fuera de la sangre.
Como breve resumen... El CO2 puede circular por la sangre de tres maneras: disuelto directamente en el plasma sanguíneo, unido a la hemoglobina como carbaminohemoglobina (Hb-CO2) y modificado químicamente y disuelto en el plasma como iones de bicarbonato (HCO3-).
Los procesos de captación de CO2 en los tejidos son reversibles en el pulmón. Esto provoca la espiración de dióxido de carbono.

Review6:48–6:16