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Curva de disociación de 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 Hemo. El grupo Hemo está constituido por 4 núcleos pirrólicos que tienen en un núcleo central el Fe ++. En vista de que el O2 se transporta unido al F ++ y cada molécula de Hb tiene 4 iones Fe ++, cada molécula de Hb transporta 4 moléculas de O2, en forma de un compuesto lábil de oxihemoglobina. 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 (37oC) y la PaCO2 (40 mmHg). Luego se mide la cantidad de O 2 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. El porcentaje de saturación de la hemoglobina hace referencia a los sitios de unión disponibles que están ocupados por oxígeno. Si todos los sitios de unión de las moléculas de hemoglobina están ocupados por oxígeno, la sangre está oxigenada a un 100%.La forma de la curva de disociación de la hemoglobina refleja las propiedades de la molécula de hemoglobina y su afinidad por el oxígeno. La curva de disociación de la Hb tiene la forma de S itálica en la cual se distingue una porción de pendiente pronunciada, que corresponde a las presiones de O2 más bajas (70 mmHg). Entre estas dos porciones existe una zona de transición ubicada alrededor entre 60 y 70 mmHg de PO2. Nótese que la curva es casi plana a niveles de PO2 mayores de 100 mmHg, aun cambios grandes en la PO2 generan sólo cambios pequeños en el porcentaje de saturación. De hecho la hemoglobina tendrá un 100% de saturación cuando la PO2 llegue casi a 650 mmHg, lo cual no sucede en la vida diaria. El aplanamiento de la curva de disociación a PO2 elevada significa también que la PO2 alveolar puede caer bastante por debajo de los 100 mmHg sin reducir significativamente el porcentaje de saturación de la hemoglobina. Mientras la PO2 de los alveolos permanezca por sobre los 60 mmHg, la hemoglobina tendrá una saturación superior al 90% y mantendrá los niveles de transporte de oxígeno cercanos a los normales. Pero cuando la PO2 cae a menos de 60 mmHg la pendiente de la curva se hace más pronunciada. Una pendiente marcada implica que una reducción pequeña de la PO2 generará una liberación de oxígeno relativamente grande. ¿Cuál es la importancia fisiológica de la forma de la curva de disociación? En la sangre que abandona los capilares sistémicos con una PO2 de 40 mmHg (la presión parcial normal de las células en reposo), la hemoglobina aún está saturada en un 75%, lo que significa que en las células liberó solamente la cuarta parte del oxígeno que puede transportar. El oxígeno que permanece unido sirve como una reserva que las células pueden utilizar si aumenta el metabolismo. Cuando los tejidos metabólicamente activos utilizan más oxígeno, su PO2 celular disminuye, y se liberan más moléculas de oxígeno de la hemoglobina. A una PO2 de 20 mmHg (valor promedio para un músculo en el ejercicio), la saturación de la hemoglobina cae hasta aproximadamente un 35%. Con esta reducción de 20 mmHg ( de 40 a 20 mmHg),la hemoglobina libera un 40% más del oxígeno que puede transportar. FUENTES

-Guyton y Hall. (2011). Tratado de fisiología médica. Décimosegunda edición. Editorial Elsevier. Capítulo 40. - Transporte de Gases. http://escuela.med.puc.cl/publ/AparatoRespiratorio/05TransportesGases.html

TRANSPORTE DE OXÍGENO La molécula de O2 se combina de forma laxa y reversible con la porción hemo de la hemoglobina. Cuando la presión parcial de O2 es elevada, como ocurre en los capilares pulmonares, se favorece la unión de O2 a la hemoglobina y la liberación de dióxido de carbono (efecto Haldane). Por el contrario, cuando la concentración de dióxido de carbono es alta, como en los tejidos periféricos, se une CO2 a la hemoglobina y la afinidad por el O2 disminuye, haciendo que éste se libere (efecto Bohr). La primera molécula de O2 que interacciona con la desoxihemoglobina se une débilmente, sin embargo esta unión conduce a unos cambios conformacionales que modifican las unidades adyacentes haciendo más fácil la unión de las moléculas de O2 adicionales. El O2 se transporta principalmente unido a la Hb (97%), el resto lo hace disuelto en el agua del plasma y de las células. Cada gramo de Hb puede liberar como máximo 1.34 mililitros de O2. Por tanto la Hb de 100 mililitros de sangre se puede combinar con 20 mililitros de O2 cuando la Hb está saturada al 100%. Se conoce como curva de disociación de la hemoglobina a la curva sigmoidea en forma de “S” que surge al representar el porcentaje de saturación de O2 de la hemoglobina en función de la presión parcial de O2. La curva muestra un aumento progresivo del porcentaje de hemoglobina con oxígeno a medida que aumenta la PO2 sanguínea. Se define como p50 a la presión parcial de O2 necesaria para conseguir una saturación de la Hb del 50% y su valor suele rondar los 27 mm de Hg. Cuanto más alta sea la p50, menor es la afinidad de la Hb por el O2 (se necesita una PO2 más alta para saturar la Hb al 50%). Existen factores que manteniendo la forma sigmoidea, desplazan la curva de disociación de la Hb hacia una u otra dirección. Cuando la afinidad de la Hb por el O2 disminuye la curva se desplaza hacia la derecha y la p50 aumenta. Cuando la afinidad aumenta, la curva se desplaza hacia la izquierda y la p50 disminuye. Los factores que desplazan la curva a la derecha son Acidosis: Cuando la sangre se vuelve ligeramente ácida (pH 7,2) la curva se desplaza hacia la derecha en aproximadamente un 15%. Aumento de 2,3-difosfoglicerato (DPG). El DPG es un polianión producido en la cadena metabólica de la glucolisis, es escaso en la mayoría de las células al inhibir su exceso la enzima que lo genera, pero en el eritrocito abunda porque se une a la hemoglobina impidiendo la inhibición de su enzima. El DPG regula la afinidad de unión de la Hb al O2 en relación a la pO2 en los pulmones. Si un adulto sano se traslada rápidamente desde el nivel del mar a un lugar de elevada altitud donde la pO2 es menor, la liberación de O2 a los tejidos se reduce. Después de unas horas la concentración de DPG en sangre aumenta, disminuyendo la afinidad de la Hb por el O2 y liberando la cantidad habitual de O2 a los tejidos. La situación se invierte cuando la persona vuelve al nivel del mar. Efecto Bohr: ocurre en los capilares tisulares cuando el aumento de la concentración de CO2 origina la liberación de protones. Estos protones se unen a la globina haciendo que se aumente la liberación de O2, diminuyendo la afinidad. Otros: aumento de temperatura (fiebre) y sulfohemoglobina.

Los factores que desplazan la curva hacia la izquierda son: Alcalosis: cuando la sangre se alcaliniza (pH 7,6) la curva se desplaza a la izquierda, en un porcentaje similar al de la acidosis. Hb fetal: la Hb fetal se une al DPG con menos afinidad que la hemoglobina del adulto y por tanto la HbF fija más oxígeno. De esta manera se facilita la cesión de oxígeno desde la circulación materna a la fetal. Efecto Haldane: ocurre en los capilares pulmonares cuando la elevada concentración de O2 hace que se reduzca la afinidad de la Hb por el CO2. Esto desplaza la curva a la izquierda aumentando la afinidad por el O2 hasta 500 veces más. Otros: monóxido de carbono (carboxihemoglobina), metahemoglobina. El término cianosis hace referencia a la coloración azulada de la piel y de las mucosas, debido a una mayor cantidad de desoxihemoglobina en los vasos sanguíneos de pequeño calibre. Se distinguen dos tipos de cianosis: central y periférica. En la central existe desaturación de la sangre arterial o un derivado anómalo de la hemoglobina y están afectadas tantos las mucosas como la piel. La cianosis periférica se debe a disminución de la velocidad del flujo de la sangre en una zona determinada y a la extracción anormalmente alta del oxígeno de la sangre arterial que tiene una saturación normal. Se trata del resultado de vasoconstricción y de disminución del flujo arterial periférico. A menudo en estas enfermedades las mucosas de la cavidad bucal parecen no tener cianosis. La distinción clínica entre las cianosis centrales y periféricas no siempre es sencilla y en algunas enfermedades como un shock cardiogénico con edema pulmonar, puede existir una mezcla de ambas clases.

Oxihemoglobina: características, estructura y curva de unión Oxihemoglobina es el nombre que recibe la hemoglobina cuando se une al oxígeno. La hemoglobina es una proteína que se encuentra dentro de los glóbulos rojos y cuya función principal es la de transportar oxígeno desde los pulmones hasta los tejidos. Los primeros seres vivos eran unicelulares y vivían en un ambiente líquido del que se nutrían y al que eliminaban sus desechos, al igual que algunos de los organismos que existen en la actualidad. Bajo dichas condiciones, estos procesos se logran por mecanismos de difusión simple, ya que la pared celular está en contacto íntimo con el medio que la abastece. Curva de disociación de la Oxihemoglobina (Fuente: Ratznium)

El desarrollo de organismos pluricelulares cada vez más complejos implicó que las células internas se alejaran considerablemente del medio ambiente, por lo que los mecanismos de difusión como única fuente de abastecimiento se hicieron insuficientes. Así pues, se desarrollaron sistemas especializados para obtener los nutrientes y los gases como el sistema digestivo y el sistema respiratorio, así como mecanismos de transporte para acercar esos nutrientes y gases a la célula: el sistema cardiovascular. Para producir energía en forma de moléculas de ATP, las células necesitan oxígeno. En vista de que el ATP no puede almacenarse, debe ser sintetizado constantemente, lo que significa una demanda permanente de oxígeno por parte de las células. La hemoglobina surgió, evolutivamente hablando, como un transportador de gases que “resolvió” el problema del transporte de oxígeno desde el medio ambiente hasta la célula. Características y estructura Para hablar de las características y la estructura de la oxihemoglobina es necesario hacer referencia a la hemoglobina, puesto que la oxihemoglobina no es más que hemoglobina unida a oxígeno. Por lo tanto, en adelante, se describirán las características conjuntas de la molécula en presencia o no del gas en cuestión. ¿Para qué sirve la hemoglobina? La hemoglobina es necesaria para transportar el oxígeno hacia los tejidos en la cantidad y la velocidad que estos ameritan, en vista de que el oxígeno tiene tan poca solubilidad en la sangre que su transporte por difusión sería insuficiente para abastecer las necesidades tisulares. ¿Cómo es una molécula de hemoglobina? La hemoglobina es una proteína tetramérica (que posee cuatro subunidades), tiene forma esférica y una masa molecular de 64 kDa. Sus cuatro subunidades constituyen una sola unidad funcional, en donde cada una influye recíprocamente sobre la otra. Cada subunidad se compone de una cadena polipeptídica, la globina, y de un grupo prostético, el grupo hemo o “hem”, que actúa como cofactor y que no está formado por aminoácidos; es decir, no es de naturaleza proteica. La globina se encuentra de dos formas: la globina alfa y la globina beta. El tetrámero de la hemoglobina consta de un par de cadenas de globina alfa (de 141 aminoácidos) y un par de cadenas de globina beta (de 146 aminoácidos). Cada una de las cuatro cadenas polipeptídicas están unidas a un grupo hemo, que tiene en el centro un átomo de hierro en estado ferroso (Fe2+). ¿Cómo es el grupo hemo?

El grupo hemo es un anillo porfirínico que está formado por cuatro anillos pirrólicos (compuestos aromáticos heterocíclicos con la fórmula C4H5N) unidos mediante puentes metilo. El hierro en estado ferroso que se encuentra en el centro está sujeto a la estructura a través de enlaces de nitrógeno coordinados. Cada grupo hemo es capaz de unirse a una molécula de oxígeno, por lo que cada molécula de hemoglobina solo puede unir 4 moléculas del gas. El cuerpo humano contiene aproximadamente 2,5 x 1013 eritrocitos, que son las células sanguíneas que producen y transportan la hemoglobina. Cada eritrocito posee unos 280 millones de moléculas de hemoglobina y podrá transportar, entonces, más de 1000 millones de moléculas de oxígeno. ¿Cómo se forma la oxihemoglobina? La oxihemoglobina se forma tras la unión de un átomo de oxígeno a cada átomo de hierro en estado ferroso que encuentra en cada grupo hemo de la molécula de hemoglobina. El término oxihemoglobina se refiere, entonces, a una hemoglobina oxigenada y no químicamente oxidada, ya que esta no pierde un electrón al combinarse con el oxígeno y el hierro se mantiene en estado ferroso. La oxigenación produce un cambio en la estructura cuaternaria de la molécula, es decir, un cambio de conformación que se puede transmitir de las cadenas de globina al grupo hemo y viceversa. ¿Cuál es la cantidad máxima de oxígeno que puede cargar la hemoglobina? La hemoglobina puede, como máximo, unir cuatro moléculas de oxígeno en su estructura. Si el volumen molar de los gases ideales es de 22.4 L/mol, un mol de hemoglobina (64.500g) se unirá con 89.6 litros de oxígeno (4 moles de O2 x 22.4 L/mol). Entonces, cada gramo de hemoglobina debe unirse a 1.39 ml de O2 para estar 100% saturado (89.6L/64500g x (1000ml/L)). En la práctica, los análisis sanguíneos arrojan resultados ligeramente inferiores, puesto que existen pequeñas cantidades de metahemoglobina (hemoglobina oxidada) y carboxihemoglobina (hemoglobina + monóxido de carbono (CO)) que no pueden unir oxígeno. Tomando en cuenta esto, la regla de “Hüfner” establece que, en la sangre, 1g de hemoglobina tiene una capacidad máxima de unir oxígeno de 1.34ml. Curva de unión de la oxihemoglobina La cantidad de moléculas de oxígeno que se pueden unir a una molécula de hemoglobina depende de la presión parcial de oxígeno o PO2. En ausencia de oxígeno la hemoglobina está desoxigenada, pero a medida que aumenta la PO2, aumenta el número de oxígenos que se unen a la hemoglobina. El proceso de unión de oxígeno a la hemoglobina dependiente de la presión parcial de oxígeno. Cuando se grafica, el resultado se denomina «curva de la oxihemoglobina» y tiene una forma característica de ‘S’ o sigmoidea. Dependiendo de la PO2, la hemoglobina estará en menor o mayor capacidad de “liberar” o “entregar” el oxígeno que transporta, así como de cargarse con este. Por ejemplo, en la región entre 10 y 60 mmHg de presión se obtiene la parte con más pendiente de la curva. En esta condición la hemoglobina puede ceder fácilmente grandes cantidades de O2. Esta es la condición que se consigue en los tejidos. Cuando la PO2 está entre los 90 y los 100 mmHg (12 a 13 kPa), la hemoglobina está casi 100% saturada con O2; y cuando la PO2 arterial es de 60 mmHg (8 kPa) la saturación con O2 aún es tan elevada como 90%.

En los pulmones estas son las condiciones que predominan (presión entre 60 y 100 mmHg), y es esto lo que permite que las moléculas de hemoglobina presentes en los eritrocitos se carguen con oxígeno. Esta forma sigmoidea que dibuja la curva de la oxihemoglobina asegura que esta proteína se comporte como un excelente cargador a nivel pulmonar, un transportador muy eficiente en la sangre arterial y un excelente donador de O2 en los tejidos, en proporción a la tasa metabólica local, es decir, a la demanda. Bibliografía 

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