Introducción al Transporte de Gases en la Sangre

El prefijo «hem—» («hemo—» también «hemato—«), derivado del griego αἷμα haima, se usa en el léxico médico para referirse a lo relacionado con la sangre. Por ejemplo: hemostasia, hematocrito, hemodinámico, hematíe, hematopoyesis, etc.

La sangre es una dispersión coloidal: el plasma representa su fase continua y fluida, y los elementos formes representan la fase dispersa del sistema, en forma de pequeños corpúsculos semisólidos.

• Antiguamente, la sangre era considerada, según la teoría humoral, la sustancia predominante en individuos de temperamento sanguíneo.
• La sangre representa aproximadamente el 7% del peso de un cuerpo humano promedio.^[1] Así, se considera que un adulto tiene un volumen de sangre (volemia) de aproximadamente seis litros, de los cuales 2,7-3 litros son plasma sanguíneo.
• En los humanos y en otras especies que utilizan la hemoglobina, la sangre arterial y oxigenada es de un color rojo brillante, mientras que la sangre venosa y parcialmente desoxigenada toma un color rojo oscuro y opaco. Sin embargo, debido a un efecto óptico causado por la forma en que la luz penetra a través de la piel, las venas se ven de un color azul.

El sistema cardiovascular transporta el oxígeno desde los pulmones a los capilares y el dióxido de carbono desde estos últimos a los pulmones. Sin embargo, el sistema circulatorio no está directamente bajo el control del sistema respiratorio, excepto en lo que se refiere al número de eritrocitos (5.4 millones/mm³ en el hombre y 4.5 millones/mm³ en la mujer) y a la cantidad de hemoglobina, la proteína de transporte del oxígeno. Ambos parámetros están regulados por la eritropoyetina, una hormona fabricada por el tejido renal cuya producción y excreción depende de la pO₂ tisular.

Los eritrocitos también contribuyen a la eliminación del CO₂ producido en las células por dos mecanismos:

• La hemoglobina tiene capacidad para fijar el CO₂ y transportarlo a los pulmones donde lo libera.
• Los eritrocitos disponen de una enzima, la anhidrasa carbónica, que hace reaccionar el CO₂ con el agua produciendo el bicarbonato, un importante anión en la regulación del equilibrio ácido-base.

El oxígeno es, pues, transportado desde los pulmones hasta los capilares por las arterias sistémicas a razón de 50 ml de oxígeno por litro de sangre. El dióxido de carbono producido por las células es transportado desde los capilares a los pulmones por las venas sistémicas a razón de 40 ml de CO₂ por litro de sangre. Por tanto, en condiciones normales la diferencia arterio-venosa de O₂ es de 50 ml/litro y la diferencia venosa-arterial de CO₂ es de 40 ml/litro. Con un gasto cardíaco de 5 litros/minuto, la producción de CO₂ [VCO₂] es de 200 ml/min y el consumo de oxígeno [VO₂] de 250 ml/min. La razón del intercambio gaseoso es:

Fisiología General de la Sangre

Una de las funciones de la sangre es proveer nutrientes (oxígeno, glucosa), elementos constituyentes del tejido y conducir productos de la actividad metabólica (como dióxido de carbono).

La sangre también permite que células y distintas sustancias (aminoácidos, lípidos, hormonas) sean transportados entre tejidos y órganos.

La fisiología de la sangre está relacionada con los elementos que la componen y por los vasos que la transportan, de tal manera que:

• Transporta el oxígeno desde los pulmones al resto del organismo, vehiculizado por la hemoglobina contenida en los glóbulos rojos.
• Transporta el dióxido de carbono desde todas las células del cuerpo hasta los pulmones.
• Transporta los nutrientes contenidos en el plasma sanguíneo, como glucosa, aminoácidos, lípidos y sales minerales desde el hígado, procedentes del aparato digestivo a todas las células del cuerpo.
• Transporta mensajeros químicos, como las hormonas.
• Defiende el cuerpo de las infecciones, gracias a las células de defensa o glóbulos blancos.
• Responde a las lesiones que producen inflamación, por medio de tipos especiales de leucocitos y otras células.
• Coagulación de la sangre y hemostasia: Gracias a las plaquetas y a los factores de coagulación.
• Rechaza el trasplante de órganos ajenos y alergias, como respuesta del sistema inmunitario.
• Homeostasis en el transporte del líquido extracelular, es decir, en el líquido intravascular.

Transporte de Oxígeno (O₂) en la Sangre

La oxigenación de la sangre es medida según la presión parcial del oxígeno. Un 98,5% del oxígeno está combinado con la hemoglobina. Solo el 1,5% está físicamente disuelto. La molécula de hemoglobina es la encargada del transporte de oxígeno en los mamíferos y otras especies.

Con la excepción de la arteria pulmonar y la arteria umbilical, y sus venas correspondientes, las arterias transportan la sangre oxigenada desde el corazón y la entregan al cuerpo a través de las arteriolas y los capilares, donde el oxígeno es consumido; luego las venas transportan la sangre desoxigenada de regreso al corazón.

Bajo condiciones normales, en humanos, la hemoglobina en la sangre que abandona los pulmones está alrededor del 96-97% saturada con oxígeno; la sangre «desoxigenada» que retorna a los pulmones está saturada con oxígeno en un 75%.^[3][4] Un feto, recibiendo oxígeno a través de la placenta, es expuesto a una menor presión de oxígeno (alrededor del 20% del nivel encontrado en los pulmones de un adulto), es por eso que los fetos producen otra clase de hemoglobina con mayor afinidad al oxígeno (hemoglobina F) para poder extraer la mayor cantidad posible de oxígeno de su escaso suministro.^[5]

Mecanismos de Transporte de Oxígeno

Tanto el O₂ como el CO₂ pasan respectivamente de los alvéolos y de los tejidos al plasma y son transportados en solución física. Posteriormente penetran a los eritrocitos en los cuales el O₂ se combina con el «heme» y una parte del CO₂ con la globina de la Hb. El resto de CO₂ retorna al plasma y es transportado como bicarbonato.

La cantidad de O₂ transportada en el plasma es relativamente pequeña, no sobrepasando una concentración de 0.3 volúmenes %. Como la solubilidad del CO₂ es 20 veces mayor que la del O₂, el volumen de CO₂ transportado en solución física por el plasma es también 20 veces mayor.

Oxígeno Combinado con Hemoglobina

El O₂ que pasa de los alvéolos al plasma, penetra posteriormente a los eritrocitos, donde se une con Hb, formando HbO₂, de acuerdo con la reacción O₂ + Hb ⇇ HbO₂. Esta reacción es esencialmente reversible. La sangre venosa, en que la cantidad de HbO₂ es menor, es de color oscuro y se torna color rojo escarlata al oxigenarse (sangre arterial). Un gramo de Hb es capaz de ligar hasta 1,34 ml de O₂, cantidad con que se satura completamente. La sangre contiene normalmente alrededor de 15 a 16 gr. de Hb. Puede ligar, por lo tanto, 21 ml de O₂, es decir 21 volúmenes %. Esta cantidad es 80 veces superior al volumen de O₂ disuelto en el mismo volumen de plasma. El grado de saturación de la Hb con O₂ depende de la presión parcial de este gas. La curva de saturación de la Hb en la sangre (llamada también curva de disociación de la HbO₂) tiene forma de «S itálica», como está expresada en la figura 31. De acuerdo con esta curva, en la sangre total la Hb se satura completamente (100% de saturación) cuando la pO₂ alveolar es de 100 mmHg, que es su valor normal en los alvéolos. La saturación de la Hb en los capilares arteriales pulmonares es, sin embargo, solo de 96 a 98%, lo que se debe a las características anatómicas y a la existencia de anastomosis arteriovenosas de la circulación pulmonar (véase Circulación). De acuerdo con la curva que estamos analizando, el porcentaje de saturación de la Hb con O₂ no varía o lo hace solo de forma insignificante, aunque la pO₂ en los alvéolos oscile dentro de límites relativamente amplios: 40 a 100 mmHg. Esto significa que la pO₂ alveolar puede disminuir marcadamente sin que la saturación de la Hb se modifique en forma significativa. Solo cuando la pO₂ en el aire alveolar cae por debajo de 40 mmHg (en una altura de unos 3.000 m) la disminución de la saturación adquiere importancia funcional, y solo en esta condición pasará a los tejidos un mayor volumen.

Su saturación puede descender a nivel celular en un 75%.

Otra particularidad de la curva de saturación de la Hb es que se eleva paulatina y no bruscamente al aumentarse la pO₂ en el aire inspirado, lo que le da a esta curva la forma de S itálica. La parte inicial de la curva de saturación, correspondiente a la elevación moderada de pO₂, es casi paralela a la abscisa. Solo cuando la pO₂ llega a 20 mmHg se hace el ascenso más vertical. De lo dicho se desprende que la HbO₂ solo es capaz de entregar O₂ mientras su saturación no desciende por debajo de 20 mmHg. Por debajo de este nivel, cesa el paso de O₂ del plasma a los tejidos ya que la pO₂ en estos es aproximadamente la misma.

Factores que Afectan la Afinidad de la Hemoglobina por el O₂ (Efecto Bohr)

La capacidad de la Hb para unirse con O₂ depende también del pH y de la temperatura de la sangre. A medida que la acidez aumenta (por ejemplo, por elevación de pCO₂), aumenta la disociación de la HbO₂, hecho que adquiere gran importancia durante el trabajo, en que la actividad muscular, además de producir mayor cantidad de metabolitos ácidos, eleva la pCO₂ tisular. El O₂ así liberado pasará a los tejidos para satisfacer el mayor requerimiento debido al ejercicio muscular.

La elevación de la temperatura de la sangre modifica también la curva de saturación de la Hb. A mayor temperatura la sangre liga menor volumen de O₂ y aumenta la disociación de la HbO₂. El aumento de la temperatura de la sangre durante el trabajo muscular intensifica la disociación de la HbO₂. Así los tejidos disponen del volumen de O₂ necesario para la combustión de mayor cantidad de metabolitos.

La saturación de la Hb y la disociación de la HbO₂ en la sangre, dependen principalmente de la pCO₂ sanguínea, cuyo aumento disminuye la saturación de Hb y facilita la disociación de HbO₂. En la figura 31ª se muestra la influencia de la temperatura, del pH y de la pCO₂ sanguínea, sobre la disociación de la HbO₂.

Parámetros Clave del Oxígeno Sanguíneo

Presión Parcial de Oxígeno (PO₂)

Las moléculas del oxígeno disuelto en la sangre ejercen una presión, que puede ser medida en clínica con relativa facilidad con electrodos especiales y se expresa en milímetros de mercurio (mmHg). En textos europeos se usa el kilopascal (kPa), que equivale a 7,5 mmHg. En la sangre capilar pulmonar, la presión de oxígeno (P_cO₂) está determinada por la presión alveolar de oxígeno (P_AO₂). En la sangre arterial, la presión de oxígeno (P_aO₂) es más baja que en el capilar pulmonar por efecto de los cortocircuitos venosos anatómicos y funcionales, analizados en el capítulo 3. Como en las arterias no hay intercambio gaseoso, la presión de oxígeno es la misma en todas las arterias y su valor es un índice del estado de la función captadora de oxígeno del pulmón. En el territorio venoso, la presión de oxígeno (P_vO₂) cae por el paso de oxígeno de los capilares a los tejidos. Como existe una variación considerable en el consumo de oxígeno de los distintos órganos, la presión de oxígeno en la sangre venosa que sale de cada órgano es distinta: el miocardio extrae casi todo el oxígeno que le llega, mientras que la piel utiliza muy poco y los grupos musculares en actividad extraen mucho más que los que están en reposo.

Contenido de Oxígeno

Es el volumen de O₂ contenido en un decilitro (dl) de sangre. En un individuo sano, en Santiago, esta cantidad es de 16-20 ml/dl en la sangre arterial. De esto, solo 0,3 ml se encuentran físicamente disueltos y el resto está ligado químicamente a la hemoglobina. El contenido de oxígeno está determinado tanto por la presión parcial de oxígeno como por la cantidad de hemoglobina de la sangre e indica la eficacia con que la sangre cumple su rol transportador. En condiciones normales en reposo la sangre arterial lleva alrededor de 900 ml de oxígeno por minuto a los tejidos.

Capacidad de Oxígeno

Es la máxima cantidad de oxígeno que puede ser transportada en 100 ml de sangre expuesta directamente al aire ambiental, fuera del organismo. Depende básicamente de la cantidad de hemoglobina, que es capaz de transportar 1,34 ml de oxígeno por cada gramo. Para los 15 g de Hb usualmente contenidos en 100 ml de sangre la capacidad es de 20,1 ml.

Saturación de Oxígeno

Es el contenido de oxígeno de una muestra de sangre expresado como porcentaje de su capacidad. Normalmente, con una presión parcial de O₂ alveolar de 80-90 mmHg la saturación arterial de oxígeno (S_aO₂) es de 94-97%. El pequeño porcentaje de Hb no saturada se explica porque la Hb se satura al 100% solo por encima de 240 mmHg de presión parcial de oxígeno. Los equipos de medición de gases en sangre calculan este aspecto, pero no lo miden, lo que sí se puede hacer con un oxímetro transcutáneo con bastante precisión.

Transporte de Oxígeno Disuelto Físicamente en el Plasma

El oxígeno disuelto constituye solo una pequeña fracción del contenido total de oxígeno de la sangre y está en directa relación con la presión parcial de oxígeno (Ley de Henry). Por cada mmHg de presión parcial de oxígeno, se disuelven 0,003 ml de O₂ en cada 100 ml de sangre. Por ello, en condiciones normales, con una P_aO₂ cercana a 100 mmHg, esta cantidad es de 0,3 ml/100 ml sangre, volumen absolutamente insuficiente para los requerimientos metabólicos.

Sin embargo, el oxígeno disuelto tiene una importancia fisiológica considerable ya que su presión es la que determina tanto el grado de saturación de la hemoglobina, como la difusión o movimiento de oxígeno desde la sangre a los tejidos. Además, es la que miden los instrumentos más empleados en clínica.

Transporte de Oxígeno Combinado con la Hemoglobina

La hemoglobina actúa como un vehículo que se carga de oxígeno en los capilares pulmonares y lo transporta a los tejidos. La Hb es una proteína del glóbulo rojo, compuesta por la globina y cuatro grupos heme. El grupo heme está constituido por 4 núcleos pirrólicos que tienen en un núcleo central el Fe²⁺. En vista de que el O₂ se transporta unido al Fe²⁺ y cada molécula de Hb tiene 4 iones Fe²⁺, cada molécula de Hb transporta 4 moléculas de O₂, en forma de un compuesto lábil de oxihemoglobina.

Como ya se ha señalado, el grado de saturación de la Hb con oxígeno varía con la P_aO₂ en el plasma. La curva que expresa esta relación (curva de disociación de la Hb) se construye sometiendo muestras de sangre a presiones de oxígeno crecientes manteniendo constantes la temperatura (37°C) y la P_aCO₂ (40 mmHg). Luego se mide la cantidad de O₂ unida a la Hb a las distintas presiones y se dibuja en un gráfico con la saturación en la ordenada y la presión parcial en la abscisa (Figura 5-1).

Figura 5-1. Variaciones de la saturación de la hemoglobina (S O₂) y del contenido de O₂ de la sangre (Cont. O₂) en relación a cambios de PO₂. La diferencia entre ambas curvas se debe al O₂ disuelto en el plasma.

La curva de disociación de la Hb tiene aproximadamente la forma de S itálica, en la cual se distingue una porción de pendiente pronunciada, que corresponde a las presiones de O₂ más bajas (aproximadamente entre 20 y 60 mmHg), y una porción más horizontal para presiones más altas (>70 mmHg). Entre estas dos porciones existe una zona de transición ubicada alrededor entre 60 y 70 mmHg de PO₂.

Esta forma de la curva es de gran importancia fisiológica: en la porción casi vertical, pequeños cambios de la P_aO₂ causan cambios importantes en la saturación y, por lo tanto, en el contenido de oxígeno. El intercambio de oxígeno tisular se realiza en esta porción y la Hb, al encontrar bajas presiones tisulares de O₂, entrega grandes cantidades de oxígeno.

Por el contrario, en la porción casi horizontal, grandes cambios de PO₂ apenas modifican el contenido de oxígeno de la sangre, lo que explica que aun cuando la P_aO₂ normal varía entre 90 y 65 mmHg, según la edad, el contenido normal de oxígeno cambia muy poco. Por la misma razón puede existir una alteración de la función pulmonar con caída importante de la P_aO₂, sin que se produzca desaturación arterial, pero si la P_aO₂ desciende por debajo de la zona de transición (aproximadamente 60-70 mmHg), la saturación puede descender rápidamente.

Inversamente, pequeños cambios de contenido causados por cortocircuitos venosos pueden producir marcados cambios de presión.

Ciertos factores modifican la facilidad de unión entre la Hb y el O₂ (Figura 5-2).

Figura 5-2. Cambios de la posición de la curva de disociación de la hemoglobina. La curva se desplaza hacia la derecha por disminución del pH, aumento de temperatura y aumento del 2,3-DPG. Los trastornos opuestos desplazan la curva hacia la izquierda.

Los de mayor importancia son la temperatura, la presión de CO₂ y la concentración de iones H⁺. El aumento de cualquiera de estos factores desplaza la curva hacia la derecha y abajo, es decir, disminuye la afinidad de la Hb por el O₂. Este desplazamiento significa que en los tejidos, donde la PCO₂, la concentración de H⁺ y la temperatura son mayores por efecto del metabolismo celular, la entrega de oxígeno se facilita: a una PO₂ de 30 mmHg y un pH de 7,4, la saturación es de 57% pero a igual PO₂ pero con pH 7,2, la saturación es de solo 45%, lo que implica mayor entrega de oxígeno a los tejidos. Al nivel pulmonar ocurre la situación opuesta, es decir, el desplazamiento de la curva es hacia la izquierda, lo que permite captar más oxígeno (efecto Bohr).

El glóbulo rojo posee, además, un fosfato orgánico, el 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG), que disminuye la afinidad de la Hb por el O₂, aumentando la entrega a los tejidos. Su concentración es regulable: aumenta con el ejercicio violento prolongado, en la altura y en enfermedades que determinan menos aporte de O₂ a las células. En cambio, disminuye en la sangre conservada en banco por varios días, lo que tiene importancia en la transfusión sanguínea a pacientes con problemas graves de oxigenación, los cuales deben ser transfundidos con sangre fresca, ya que los glóbulos transfundidos demoran algunas horas en recuperar el nivel normal de 2,3-DPG.

Además de las alteraciones causadas por la disminución de la P_aO₂, el contenido de O₂ en la sangre arterial puede disminuir por varios otros mecanismos:

• En la anemia, el contenido de O₂ baja proporcionalmente al descenso en la cantidad de Hb, y en este caso la P_aO₂ es normal ya que el pulmón no está alterado (Figura 5-3) y la saturación que depende de esta también será normal.

Figura 5-3. Curvas de contenido arterial de O₂ versus PaO₂ con diferentes concentraciones de hemoglobina. Con una PaO₂ normal el contenido de O₂ de la sangre arterial estará disminuido en la anemia y aumentado en la poliglobulia. El efecto sobre el contenido de O₂ de una hipoxemia de 40 mmHg también varía según la concentración de hemoglobina: si hay una poliglobulia compensatoria el contenido puede ser normal, mientras que si hay una anemia el contenido será mucho menor que en un individuo con hemoglobinemia normal.

• En la intoxicación por monóxido de carbono, este gas se une a la Hb con una afinidad 210 veces mayor que la del O₂. Por esta razón, una presión inspirada de CO de 0,7 mmHg, correspondiente a una concentración de solo 0,1%, es suficiente para que O₂ y CO compitan en igualdad de condiciones por la Hb. La sangre arterial en este caso tiene una P_aO₂ normal, pero el contenido de O₂ está disminuido porque la capacidad de captar oxígeno está limitada a la disminuida Hb libre no ocupada por CO.
• Existen también alteraciones estructurales de la Hb, poco frecuentes, que conducen a variaciones en su afinidad por el O₂.

Composición Gaseosa de la Sangre Venosa

En los tejidos la sangre arterial entrega parte del oxígeno que transporta y retira CO₂, transformándose en sangre venosa. La composición gaseosa de esta es diferente según los órganos de donde proviene y su estado metabólico: en el miocardio la extracción de oxígeno es siempre muy alta y los músculos extraen mucho más oxígeno y producen mucho más CO₂ cuando se contraen que cuando están en reposo. Por esta razón los gases válidos para la mayoría de las aplicaciones clínicas son los medidos en sangre venosa mixta obtenida por cateterismo de la arteria pulmonar. Como este procedimiento es complejo e invasivo, en clínica su uso está restringido a pacientes críticos en Unidades de Tratamiento Intensivo donde se usa para medir la cuantía de los cortocircuitos y evaluar globalmente la hipoxia tisular.

En reposo los valores oscilan alrededor de 40 mmHg para la PO₂, de 70% para la saturación de Hb y de 14 ml/dl para el contenido. Este remanente forma parte de las reservas de oxígeno que pueden mantener la vida por unos minutos en un paro respiratorio.

Salvo que existan cortocircuitos importantes, la desaturación excesiva de la sangre venosa no se traduce en hipoxemia arterial porque la mayor diferencia de presión de O₂ entre capilar y alvéolo incrementa la difusión de este gas desde el alvéolo a la sangre capilar.

Las especiales características de la hemoglobina permiten que: – La liberación de oxígeno aumente a nivel de los tejidos y la captación a nivel pulmonar. – Superada una oferta de oxígeno moderada del pulmón de 60 mmHg se asegure un alto contenido de oxígeno arterial.

Transporte de Dióxido de Carbono (CO₂) en la Sangre

Mecanismos de Transporte de Dióxido de Carbono

El CO₂ es transportado tanto por el plasma como por los eritrocitos. En una primera fase el CO₂ pasa de los tejidos al plasma en que se disuelve físicamente. Esta forma de transporte no es de mayor importancia, dado que la cantidad disuelta es solo una pequeña fracción (6%) del total transportado.

El transporte del resto del CO₂ se realiza por varios mecanismos. Una parte se une, como hemos mencionado anteriormente, con las proteínas plasmáticas, formando carbamatos, de los cuales se libera al saturarse la Hb con O₂ y es eliminado por la respiración. Esta modalidad de transporte es de poca importancia, siendo la forma más importante su unión con los álcalis sanguíneos. La captación del CO₂ a nivel tisular se lleva a cabo en varias etapas. El CO₂ intracelular pasa de la célula al espacio intersticial

y luego a la sangre y forma con el agua plasmática ácido carbónico (H₂CO₃), que se disocia de inmediato en iones H⁺ y HCO₃⁻ (bicarbonato). El HCO₃⁻ forma con el sodio plasmático, bicarbonato de sodio, NaHCO₃, que es la forma más importante de su transporte. La formación del NaHCO₃ en el plasma es muy lenta. No así en los eritrocitos en que este proceso es rápido y depende de la cantidad de Hb y de ciertas enzimas.

La sangre arterial contiene 43 a 45 vol. % de CO₂. En la sangre venosa el contenido promedio de CO₂ es de 52 vol. %. Se ha demostrado, que en forma similar que para el O₂, la cantidad de CO₂ absorbida por la sangre depende de la pCO₂ en el ambiente gaseoso o líquido con que la sangre está en contacto. La figura 32 representa el porcentaje de saturación de la sangre y del agua con CO₂, a presiones parciales variables. Se puede observar que la relación entre pCO₂ y saturación del agua es lineal. No así en la sangre, en que la curva de saturación tiene una forma hiperbólica. Esto se debe a que en la sangre el CO₂ está en parte en solución física y por otro lado en combinación química con diversos componentes sanguíneos.

El plasma sanguíneo colocado en vacío, entrega el 50% de su contenido en CO₂, el resto se conserva como NaHCO₃. Su disociación en H₂O y CO₂ solo se obtiene si se agrega al plasma un ácido más fuerte que el ácido carbónico. A diferencia del plasma, la sangre total sometida al vacío se libera completamente de su CO₂. De estos dos experimentos se puede deducir que, por una parte, la sangre total debe contener alguna sustancia que actúa como ácido. Por otra parte, que esta sustancia se encuentra dentro de los glóbulos rojos, ya que el plasma carente de eritrocitos expuesto al vacío, solo entrega la mitad de su contenido en CO₂.

Se ha demostrado que, efectivamente, los eritrocitos participan en el transporte del CO₂ y lo hacen en la siguiente forma:

1. El CO₂ que pasa del líquido intersticial al plasma, posteriormente penetra a los eritrocitos y se disuelve físicamente en el líquido intraglobular (Fig. 33).

2. Una vez dentro del eritrocito, gracias a una enzima llamada anhidrasa carbónica, el CO₂ se combina rápidamente con el agua formando H₂CO₃, que se descompone inmediatamente de acuerdo con la ecuación

Como la Hb reducida es un ácido más débil que la HbO₂, ligará los iones H⁺ liberados por la disociación del H₂CO₃ y el K⁺ reemplazará al H⁺ de la hemoglobina:

En los capilares pulmonares la hemoglobina reducida (Hb) se convierte en oxihemoglobina (HbO₂) que, como ácido más fuerte, liga el K⁺ liberado del bicarbonato y forma ácido carbónico de acuerdo con las ecuaciones:

La reacción es reversible y se realiza ahora en la dirección de la flecha inferior de las ecuaciones arriba mencionadas. Del ácido carbónico así formado se libera el CO₂ y la oxidación y reducción de la Hb facilitan la entrega y captación del CO₂. El aumento de pCO₂ de la sangre a nivel tisular desvía entonces la reacción

hacia la izquierda e incrementa, por lo tanto, la disociación de la HbO₂, contribuyendo así a satisfacer los requerimientos tisulares de O₂.

En resumen, la captación y entrega de CO₂ por la sangre se realiza en la siguiente forma: la Hb al ponerse en contacto con el O₂ alveolar, se convierte en HbO₂, que es un ácido más fuerte que el ácido carbónico y liga el K⁺ proveniente del KCl de los eritrocitos, formando KHbO₂ (por lo tanto, a nivel alveolar la sangre contiene mayor cantidad de KCl). El HCO₃⁻ liberado en este proceso, sale del glóbulo rojo y se intercambia con Cl⁻ del plasma, donde forma NaHCO₃ con el Na⁺ plasmático. El CO₂ se encuentra, por consiguiente, en el plasma sanguíneo como NaHCO₃ y en los capilares pulmonares se convierte nuevamente en CO₂ y pasa al aire alveolar.

La anhidrasa carbónica, que tiene una elevada concentración en los eritrocitos, acelera tanto esta disociación, como la formación de H₂CO₃ en los tejidos. La disociación del H₂CO₃ en los eritrocitos crea un gradiente de concentración a favor del plasma, produciéndose el paso de H₂CO₃ del plasma al interior de los eritrocitos. Se eleva en estos, consecuentemente, la concentración de iones ácidos, lo que debería bajar su pH, si no fuera contrarrestada por la salida de Cl⁻ que se une con el Na⁺ del plasma para formar NaCl. La penetración de HCO₃⁻ lleva a un aumento de su concentración en los eritrocitos, en los cuales se une con el H⁺, proveniente de la HHbO₂, para formar H₂CO₃, que a su vez, y bajo el efecto de la anhidrasa carbónica, se disocia en CO₂ y H₂O. El CO₂ pasa al plasma y enseguida a los alvéolos. El agua vuelve con la sangre a los tejidos.

A nivel tisular estos procesos se invierten. La Hb saturada de O₂ llega a los tejidos en forma de KHbO₂. El CO₂ proveniente del metabolismo tisular, penetra primero en el plasma y pasa luego a los eritrocitos, donde bajo el efecto de la anhidrasa carbónica se convierte rápidamente en H₂CO₃. Este se disocia casi instantáneamente en H⁺ y HCO₃⁻. Mientras tanto, la HbO₂ que ha entregado su O₂ a los tejidos, se convierte en Hb reducida, que, siendo un ácido más débil que la HbO₂, es incapaz de retener el K⁺ el cual es liberado para unirse con el HCO₃. El O₂ liberado de la HbO₂ pasa primero al plasma y de este a los tejidos. La Hb reducida, a su vez, se combina con los iones H⁺ producidos por la disociación del H₂CO₃. El KHCO₂ formado en los eritrocitos se disocia rápidamente, produciéndose así una cantidad elevada de HCO₃ que, debido a la gradiente de presiones penetra al plasma, perdiendo los glóbulos rojos las correspondientes cargas eléctricas negativas. Esta pérdida es compensada por el paso de Cl⁻ del plasma al interior de los eritrocitos. El HCO₃⁻ que ha pasado al plasma, se une con el Na⁺ proveniente de la disociación del NaCl plasmático en Na⁺ y Cl⁻, y forma NaHCO₃ que llega con la sangre venosa a los alvéolos (Fig. 33).

En resumen: el O₂ es transportado casi exclusivamente por la Hb como HbO₂, en tanto que el CO₂ lo es por el plasma como NaHCO₃. En los eritrocitos la anhidrasa carbónica facilita tanto la formación como la disociación del H₂CO₃, de acuerdo a las concentraciones de ambos lados de la ecuación

Como ya hemos señalado, la presión parcial del CO₂ en la sangre depende de la pCO₂ en la mezcla gaseosa con la cual la sangre está en contacto, definiéndose una relación que se representa generalmente mediante la curva de saturación de la sangre con CO₂. Esta tiene forma hiperbólica y no la configuración de «S itálica», que caracteriza a la curva de saturación de la Hb con O₂.

La Hb reducida capta CO₂ con mayor velocidad y en mayor cantidad que la HbO₂. Con otras palabras: a medida que entrega oxígeno (a nivel tisular), la Hb aumenta su capacidad de ligar CO₂ (efecto de Haldane). Por otra parte el aumento de su saturación con O₂ (a nivel alveolar) produce una disminución de su afinidad para el CO₂ (efecto de Bohr).

Transporte de CO₂ en el Plasma

El CO₂ se produce a nivel de las mitocondrias, como producto final del metabolismo celular. Desde las mitocondrias atraviesa el citoplasma, pasa a la sangre en los capilares tisulares y es llevado por la sangre al alvéolo, desde donde se elimina a la atmósfera gracias a la ventilación alveolar.

El CO₂ es transportado en la sangre, tanto en combinaciones químicas como en solución física. Debido a que tiene la propiedad de hidratarse, formando ácido carbónico en una reacción reversible, el transporte de CO₂ y su eliminación son parte fundamental del equilibrio ácido-base. La cantidad total de CO₂ en la sangre arterial es de aproximadamente 48 volúmenes en 100ml de sangre.

Se realiza en tres formas:

1. Parte se mantiene disuelta físicamente en el plasma, dependiendo de la presión parcial de CO₂ y de su coeficiente de solubilidad.
2. Otra parte forma compuestos carbamínicos con las proteínas plasmáticas en una reacción rápida que no requiere de catalizador:

R-NH₂ + CO₂

R-NHCOO⁻ + H⁺

3. Una pequeña cantidad reacciona con el agua para formar ácido carbónico e implicarse en el equilibrio ácido-base:

CO₂ + H₂O

H₂CO₃

H⁺ + HCO₃⁻

Transporte de CO₂ por el Glóbulo Rojo

La mayor parte del CO₂ que difunde desde los tejidos hacia los capilares entra al glóbulo rojo, donde se transporta en las siguientes formas:

1. Una pequeña fracción permanece disuelta en el líquido dentro del glóbulo.
2. Parte del CO₂ se combina con los grupos amino de la hemoglobina para formar compuestos carbamínicos.
3. La mayor parte del CO₂ que penetra al glóbulo rojo a nivel tisular se hidrata como en el plasma, pero a mayor velocidad, ya que en el eritrocito existe una alta concentración de la enzima anhidrasa carbónica que cataliza la reacción. El bicarbonato que se forma se disocia en H⁺ y HCO₃⁻. Los iones H⁺ son captados por la hemoglobina y los aniones HCO₃⁻ salen del glóbulo rojo hacia el plasma, donde la concentración de este ión es menor, intercambiándose por el anión cloro (efecto Hamburger o chloride shift).

Al entregar O₂ la Hb oxigenada se transforma en Hb reducida, que por ser un ácido débil tiene poder tamponador de H⁺. Con ello aumenta la capacidad de transporte de CO₂ (efecto Haldane). De este modo, la entrega de O₂ y la captación de CO₂ que tienen lugar en los capilares sistémicos son dos procesos que se favorecen mutuamente: un aumento de la presión de CO₂ en la sangre capilar, con la consiguiente disminución del pH, que facilita la entrega de O₂ (efecto Bohr), a la par que el aumento de Hb reducida facilita la captación de CO₂ (efecto Haldane).

En los pulmones, la PCO₂ alveolar (40 mmHg) es menor que la PCO₂ de la sangre venosa (46 mmHg) y las reacciones antes descritas se desplazan hacia la izquierda debido a que parte del CO₂ difunde desde la sangre al alvéolo. Al mismo tiempo, la Hb reducida se oxigena, transformándose en un ácido más fuerte, lo que significa liberar CO₂ del glóbulo rojo. Simultáneamente, el bicarbonato del plasma entra al eritrocito donde forma H₂CO₃, que se disocia en CO₂ y H₂O en presencia de la enzima anhidrasa carbónica. El CO₂ formado difunde a través de la membrana del eritrocito al plasma, atraviesa la membrana alvéolo-capilar y es eliminado con la ventilación.

Aunque el CO₂ es un residuo del metabolismo que el organismo debe eliminar, en su camino hacia la atmósfera es un determinante crucial del control de la ventilación y del equilibrio ácido-base.

Transporte de Nitrógeno (N₂) en la Sangre

La presión parcial del nitrógeno es similar en el aire alveolar, en la sangre arterial y en la sangre venosa. Su concentración depende de su solubilidad en estos medios y de su presión parcial en los alvéolos pulmonares y en el líquido intersticial. Esta depende a su vez, en último término, de su presión parcial en el aire atmosférico.

Los individuos que trabajan en ambientes a una presión mayor que la atmosférica contienen, por lo tanto, más nitrógeno disuelto en la sangre, y si son expuestos abruptamente a un ambiente de presión atmosférica normal (descompresión rápida) el nitrógeno escapa de la sangre en forma de burbujas, que al pasar a los capilares pueden producir embolias gaseosas con consecuencias a veces fatales. Obviamente, en estas condiciones se libera también O₂, pero los tejidos tienen la capacidad de absorberlo, por lo cual no produce trastornos.

Fenómenos de descompresión semejantes a los que acabamos de describir aparecen, por razones fáciles de comprender, al ascender rápidamente a grandes alturas en aviones que carecen de cabina con presión regulable.