Enfoque desde el punto de vista del anestesiólogo.

1. COLAPSO ENERGÉTICO CELULAR: QUÉ HACER?
Perspectiva desde el Anestesiólogo al paciente críticamente enfermo
Autor:
Dr. Daniel Rivera Tocancipá
Médico Anestesiólogo. Docente Asistente Facultad de Medicina Universidad
Surcolombiana. Profesor Coordinador Postgrado en Anestesiología y Reanimación USCO.
Hospital Universitario Hernando Moncaleano Perdomo de Neiva.
1. Introducción.
2. Sistema respiratorio.
3. Sistema Cardiovascular.
4. Integración en Aporte tisular de oxígeno.
5. Fosforilación Oxidativa.
6. Cómo intervenir?
1. INTRODUCCION
A medida que avanza la adquisición de conocimientos y experiencia en el área de la
Anestesiología y Reanimación cobra importancia entender que el final de la
descompensación del ser humano en un continuo que lo lleva a la enfermedad crítica y la
muerte, es el colapso energético a nivel celular. En el escenario de la anestesia,
considerada por algunos como una intoxicación corporal severa, reversible, controlada y
potencialmente fatal, puede reproducirse el modelo de colapso energético y muerte si no se
tiene conceptualmente claro el proceso para manejarlo e intervenirlo.
Cuanto oxígeno es capaz de tomar la mitocondria para producir ATP (Adenosin trifosfato o
fosfato de alta energía) y cuanto es capaz de utilizar la célula, es la base que explica el

2. colapso energético, al cual llevan todos los estados de hipoperfusión tisular (Choque) no
corregidos, como la sepsis, el choque hipovolémico, los síndromes de bajo gasto, los
síndromes de isquemia - reperfusión, la disfunción multiorgánica, la falla orgánica
multisistémica, la mayor parte de las complicaciones anestésicas severas y por último el
fenómeno de la muerte. Estos eventos son mejor explicados y entendidos desde la óptica de
la fisiología del aporte, consumo y utilización del oxígeno, convirtiéndose en temas de vital
importancia en la formación de todo médico que se enfrente al paciente críticamente
enfermo.
La integración del sistema respiratorio y cardiovascular debe ser óptima para garantizar el
movimiento adecuado de la molécula de oxígeno a nivel corporal. El sistema respiratorio
obtiene del ambiente la preciada molécula y la coloca en el torrente sanguíneo pulmonar
para que sea ligada por la hemoglobina, formando la oxihemoglobina. Allí el sistema
cardiovascular se encarga de hacer circular esta unión hemoglobina-oxígeno por el sistema
vascular llevándola a lechos capilares en la vecindad de las células, descargando allí el
oxígeno para su utilización mitocondrial y dejando libre la hemoglobina (reducida) para
que nuevamente gracias al sistema cardiovascular se transporte hasta el capilar pulmonar
para iniciar un nuevo ciclo.
Tisularmente, obedeciendo leyes de presión de los gases, el oxígeno descargado difunde
por la membrana celular y el citosol hacia la mitocondria, en donde es internalizado para
servir de sustrato en la trasferencia de electrones produciendo energía en forma de fosfatos
(Adenosín Trifosfato – ATP-). Este proceso metabólico produce además calor, agua y
dióxido de carbono (CO2). El dióxido de carbono producido a nivel tisular requiere
también del concurso armónico de los sistemas cardiovascular y respiratorio para ser
eliminado del organismo vía ventilatoria como dióxido de carbono (CO2) principalmente, y
por intervención de la anhidrasa carbónica pasarlo a bicarbonato (HCO3). El ATP
suministra la energía celular necesaria para mantener procesos celulares vitales como el
intercambio iónico dependiente de bombas, reacciones enzimáticas, división celular,
expresión del ARN y mantenimiento de la estructura celular, entre otros. Para efectos

3. didácticos expondremos por separado la intervención del sistema respiratorio y el
cardiovascular en este proceso.
2. SISTEMA RESPIRATORIO.
Para efectos del presente análisis podemos dividir la función respiratoria en los siguientes
pasos:
1. Ventilación Pulmonar.
2. Difusión Alveólo-Capilar.
3. Relación Ventilación/Perfusión.
La ventilación pulmonar es el intercambio de aire entre el ambiente y el alvéolo pulmonar.
La concentración alveolar de un gas es igual a la concentración del gas inspirado menos el
gas producido a nivel alveolar por la ventilación alveolar. En el ambiente la fracción de
oxígeno es aproximadamente el 0.21 (FiO2: 21%). De tal forma que para una presión
atmosférica aproximada de 730 mm de Hg para la altitud de la ciudad de la Neiva y
restando la presión de vapor de agua a temperatura ambiente (47 mmHg), tendríamos:
(Patm – PvH2O) x 0.21, es decir, una presión de oxígeno ambiental que colocado en la vía
aérea sería de 143.4 mmHg. A nivel alveolar existe dióxido de carbono producto del
metabolismo celular y que origina cambios de presión a nivel de los gases alveolares. La
Presión del CO2 alveolar es directamente proporcional a la PaCO2 (Presión arterial de
CO2) y al cociente respiratorio, que es la relación de producción de CO2 con el consumo
de oxígeno (VO2) y en condiciones normales equivale a 0.8. De tal manera que el O2 a
nivel alveolar se calcula de la siguiente manera:
PAO2 = (Patm – PvH2O) x 0.21 - (PaCO2 / 0.8)
= 143.4 mmHg - 46.25 mmHg
= 97.1 mmHg.

4. Teniendo en cuenta que existe un gradiente de difusión alvéolo – capilar normalmente
menor a 20 mmHg, se explicaría como en la sangre arterial la PaO2 debe estar en rangos
comprendidos entre 80 y 95 mmHg a una altitud sobre el nivel del mar. A mayor altitud
disminuye la presión barométrica manteniendo la FiO2 en 0.21 y por ende disminuyen
también las presiones de la cascada del oxígeno. Esto explica por que en ciudades como
Bogotá (Menor presión atmosférica) la PaO2 es considera con un mínimo normal por
encima de 60 mmHg y a nivel del mar por encima de 85 mmHg.
Una vez el oxígeno en el alvéolo, debe difundir a través de la barrera hematogaseosa. Este
proceso se realiza siguiendo la ley de la difusión de Fick en donde la difusión a través de
una membrana es directamente proporcional al área de la membrana, al gradiente de
presiones y la solubilidad de la molécula e inversamente proporcional al espesor de la
membrana y a la raíz cuadrada del peso molecular de la sustancia. Siguiendo la ley de Fick,
la molécula de O2 debe atravesar las siguientes estructuras: Célula epitelial alveolar,
membrana basal del endotelio alveolar, tejido conectivo, endotelio capilar pulmonar,
membrana basal del endotelio capilar, célula epitelial del capilar pulmonar, plasma,
membrana eritrocítica, líquido intracelular y finalmente unirse a la molécula de
hemoglobina. Alteraciones en estas estructuras afectan la difusión y la saturación de la
hemoglobina por el oxígeno, por ejemplo una enfermedad pulmonar crónica engrosaría las
células alveolares y su tejido conectivo y un edema pulmonar cardiogénico dilataría por
congestión líquida la barrera hematogaseosa.
Por último, para que el aporte del sistema respiratorio sea óptimo, se requiere una
concordancia entre la ventilación del alveolo y la perfusión del mismo. Es decir que cada
unidad alveolar ventilada sea a la vez prefundida por los capilares pulmonares. En
condiciones normales no todos los alvéolos permanecen ventilados y la perfusión varía
constantemente de acuerdo a las leyes de la gravedad, las presiones vasculares del lecho
pulmonar y el tono de los vasos pulmonares. Cuando existe un alvéolo ventilado y no
prefundido se está creando un espacio muerto fisiológico (es decir con potencialidad de
volverse funcional, para distinguirlo del espacio muerto anatómico creado por las vías
aéreas de conducción que jamás podrán realizar intercambio gaseoso), y cuando existe un

5. alveolo prefundido sin correcta ventilación se está creando un Shunt o cortocircuito
intrapulmonar ya que está sangre no se oxigenará y se mezclara finalmente con el torrente
arterial.
3. SISTEMA CARDIOVASCULAR
Debe estar en perfecta armonía con el sistema respiratorio. Realiza funciones clasificadas
para efectos académicos así:
1. Captación del Oxígeno por la Hemoglobina. (Capilar pulmonar)
2. Curva de Saturación de la Hemoglobina.
3. Liberación del oxígeno por la Hemoglobina (Capilar tisular).
4. Flujo: Gasto Cardiáco.
Cuando un eritrocito pasa por el capilar pulmonar, el O2 plasmático entra en él para unirse
a la Hemoglobina (Hb-O2). Cada molécula de Hb tiene cuatro grupos Hem unidos a una
molécula central de Globina. Cada Hem contiene glicina, ácido alfa-cetoglutárico y hierro
en forma iónica ferrosa. Cada ión ferroso tiene capacidad de unirse a una molécula de
oxigeno de manera reversible. Al unirse la molécula de O2 al ión ferroso la molécula de Hb
queda saturada. Un gramo de Hb tiene la capacidad de unir 1.39 ml de oxígeno y
transportarlo (Hb oxidada). Como una pequeña parte del total de la Hb está en formas que
no permiten el transporte adecuado de O2 (ejemplo metahemoglobina y
carboxihemoglobina), se disminuye el valor de 1.39 a 1.34. Una mínima parte del oxígeno
va disuelta en el plasma obedeciendo la ley de Henrry: el oxígeno disuelto es proporcional
a la Presión de oxígeno, en 0,03 vol%. La afinidad del O2 por la Hb es muy alta y su
diagrama en el plano cartesiano de la saturación de la Hb por el O2 contra la PaO2 origina
una curva sigmoidea típicamente llamada curva de afinidad o disociación del oxígeno. La
cantidad hemoglobina está directamente relacionada con la masa eritrocítica del individuo
(Hematocrito) y la capacidad de síntesis proteica al interior del glóbulo rojo (Concentración
de Hb eritrocítica). La funcionalidad de la Hb, dada por su capacidad de ligar O2 a nivel del

6. capilar alveolar y liberarlo a nivel del capilar tisular, está determinada por una correcta
estructura química y de factores del microambiente celular principalmente el pH
intracelular como lo expuso Christian Bohr en 1904. En un medio ácido la afinidad Hb-O2
disminuye, esto permite que a nivel tisular donde hay un medio ácido debido en parte a la
alta concentración de CO2 producto del metabolismo celular, el O2 sea fácilmente liberado
de la Hb para que pueda disponerse por la mitocondria. De paso esta Hb desoxigenada
capta protones libres (H+) y actúa como uno de los principales Buffer tisulares. A nivel
pulmonar donde el CO2 es exhalado, el pH aumenta y nuevamente se aumenta la afinidad
O2-Hb para un nuevo transporte.
La posición de la curva de oxi-Hb se describe mejor como el nivel de PO2 al cual la Hb se
satura en un 50% y se conoce como P50. En un adulto normal la P50 = 26.7 mmHg. A
niveles de PaO2 normal (70 a 100 mmHg) la curva se horizontaliza de tal manera que
cambios pequeños en la PaO2 no alteran grandemente el porcentaje de saturación de la
hemoglobina (% Sat.Hb). En los valores de presión venosa de O2 (PvO2) (hacia la
izquierda) la curva es mas inclinada y cambios en la PO2 implica mayores cambios del %
Sat. Hb. Una P50 menor de 27 implica un desplazamiento de la curva a la izquierda y que
la Hb tiene una gran afinidad por el oxigeno, de tal forma que a un determinado valor de
PO2 hay mayor saturación de la Hb pero con dificultades para oxigenar las células pues el
O2 se “suelta” mas difícilmente y en estas condiciones se requiere un aumento en la
perfusión tisular para descargar la cantidad de oxigeno requerida. La curva puede ser
llevada a la izquierda por la alkalosis (efecto Bhor), hipotermia, Hb fetal, Hb anormales,
carboxiHb, metaHb y una disminución en la concentración del 2,3 difosfoglicerato
eritrocitario (el cual puede ocurrir por la transfusión de sangre almacenada que con el
tiempo van causando consumo del 2,3 DFG). Una P50 mayor de 27 describe una curva a la
derecha implicando que a una determinada PO2 existe una menor saturación de la Hb,
favoreciendo la descarga periférica de oxigeno. Las causas de una curva a la derecha son la
acidosis (efecto Bhor), hipertermia, Hb anormales, incremento en la cantidad de 2,3 DFG
eritrocitario y la inhalación de anestésicos. Anormalidades ácido-básicas conllevan una
alteración en el metabolismo del 2,3 DFG y desplazamientos de la curva. Estos cambios
compensatorios del 2,3 DFG requieren de 24 a 48 horas para estabilizarse; un cambio

7. agudo del estado ácido-básico desplaza la curva, pero uno lento o crónico llevara la curva
nuevamente hacia la normalidad.
La inhalación de agentes anestésicos ha mostrado desplazamientos de la curva de
disociación oxi-Hb a la derecha facilitando la oxigenación en la microcirculación. De otro
lado altas dosis de fentanyl, morfina y meperidina no alteran la posición de la curva lo cual
es favorable por ser frecuente la utilización de estas infusiones en el paciente crítico.
La capacidad del sistema cardiovascular para producir circulación del flujo sanguíneo está
determinada por los factores que determinan el gasto cardiaco (GC= Volumen sistólico x
frecuencia cardiaca) y de manera didáctica los resumimos en cuatro: Frecuencia cardiaca,
Precarga, Postcarga y Contractilidad. La precarga es la tensión de la pared ventricular al
final de la diástole y es una medida directamente proporcional a la volemia del paciente. La
postcarga es la resistencia a la salida de flujo del ventrículo izquierdo traducida en tensión
de la pared ventricular durante la sístole y es proporcional a la resistencia vascular
sistémica que determina en gran parte la tensión arterial diastólica y a la rigidez que

8. mantenga la pared de la aorta durante el flujo sanguíneo en sístole. La contractilidad
determina la fuerza contráctil del miocardio, llamada inotropía y depende de la integridad
del miocardio y el balance aporte-consumo de O2. La frecuencia cardiaca (FC) es
comandada normalmente por el nódulo sinusal y determina de forma importante la
producción de flujo por minuto; como factor independiente la FC es el principal
determinante del consumo miocárdico de oxígeno (VMO2) . El gasto cardiaco normal es de
70 ml por kilo de peso por minuto, es decir aproximadamente 5 litros por minuto en un
paciente de 70 kilos y en reposo. Un gasto cardiaco adecuado permite que la Hb transporte
el oxígeno hasta el lecho capilar.
4. INTEGRACION EN APORTE TISULAR DE OXIGENO.
Diseños experimentales permiten llevar los aspectos fisiológicos descritos a fórmulas
matemáticas cuantificando el aporte tisular de oxígeno (DO2):
DO2 = Oxigeno contenido en lecho arterial x Flujo sanguíneo.
= CaO2 x Q.
El oxígeno contenido en la sangre se encuentra en dos formas: Unido a la hemoglobina la
principal parte y disuelto una mínima parte. El Gasto cardiaco (Q) es determinado por el
volumen sistólico (Vs) multiplicado por la frecuencia cardiaca (FC) en un minuto. Entonces
tenemos:
DO2 = (O2 disuelto) + (O2 unido a Hb) x (Vs x FC).
= (PaO2 x 0.03) + (Hb x 1.34 x SaO2) x Q x 10
Las unidades de presión se dan en mmHg. La Hb se expresa en gr/100 ml. El gasto cardiaco
debe ser llevado a ml por minuto por tal razón se multiplica por 10.
Con una Hb de 14 gr/dl, una SaO2: 98% y un Gasto cardiaco de 5 litros por minuto se
obtiene un aporte de oxígeno de 920 ml O2 / min.

9. En la práctica clínica el gasto cardiaco no se determina por la fórmula de volumen sistólico
por frecuencia cardiaca, si no que se infiere por cálculos realizados a través de diferentes
procedimientos como la termo dilución (con catéter ubicado en la arteria pulmonar),
ecocardiografia, impedanciometría o ultrasonido de flujo aórtico ubicado en esófago medio,
entre otros métodos. El detalle de estas técnicas no está al alcance de esta revisión pero
puede ser consultado en los textos de cardiología y cuidados intensivos.
De los casi 1000 ml O2/minuto que van a los tejidos, 200 no pueden ser extraídos por que
esta cifra representa el mínimo valor al cual tejidos como el cerebro pueden sobrevivir ya
que equivalen a una PO2 de 20 mmHg donde valores menores no producirían gradiente de
difusión, de tal manera que lo disponible realmente para el tejido es de 800 mlO2/min. Esta
cantidad es de 3 a 4 veces mayor que el consumo corporal normal de O2 (VO2 = 275 ml
O2/min). Cuando la saturación arterial de O2 es menor de 50% y el gasto cardiaco
permanece igual, el aporte a los tejidos es de 400 ml O2 / min, de los cuales solo 200 están
disponibles lo que implica que el aporte iguala las demandas. Las demandas pueden ser
suplidas de manera inmediata por un aumento del gasto cardiaco o a largo término por un
aumento en la concentración de Hb. El organismo también hace una derivación de la
microcirculación favoreciendo flujo a zonas vitales como cerebro y corazón a expensas de
sacrificar otras áreas como el lecho esplácnico o la perfusión de piel y faneras. De ahí la
importancia de una evaluación clínica tan sencilla pero significativa como el llenado capilar
distal.
5. FOSFORILACION OXIDATIVA.
Una vez liberada la molécula de O2 a nivel tisular, difunde siguiendo el gradiente de
concentración hacia el citoplasma y de allí al interior mitocondrial para realizar la
fosforilación oxidativa, encargada por transferencia de electrones con el oxígeno como
sustrato, de producir energía en forma de ATP a partir del ADP. Para tal efecto se requiere
además de la glicólisis aeróbica. El ATP a nivel citoplasmático libera un fosfato de alta

10. energía y ADP, produciéndose 7300 calorías por mol de ATP. El ADP resultante ingresa
nuevamente a la cadena oxidativa y se repite el ciclo. La vida a cualquiera de sus niveles
puede interpretarse como el balance energético entre la oferta y la demanda.
Intracelularmente hay producción de trabajo para mantener la homeostasis; miofibrillas,
bombas iónicas, ATPasas y diferentes procesos enzimáticos se encargan de realizar esta
labor. La transformación del ATP (Adenosín trifosfato) en ADP libera Fosfatos de alta
energía e hidrogeniones. Para que el organismo pueda producir ATP y mantenga fuentes
energéticas requiere de sustratos, conocidos como nutrientes: Glucosa, grasas y proteínas.
Estos sustratos se adaptan a cadenas metabólicas aeróbicas (Requerimiento de un adecuado
aporte de O2) conformando un mecanismo eficaz que termina en una vía común: la
producción de Acetil coenzima A, esta entra al ciclo de Krebs para proveer los sustratos de
la fosforilación oxidativa: Pares de electrones (NADH – FADH2). La oxidación total de la
molécula de glucosa con el sistema completamente acoplado produce 38 moléculas de
ATP, calor, CO2 y agua.
ATP → ADP + Pi + H+.
Todos los procesos celulares que requieren consumo energético dependen de este proceso
mitocondrial. En términos sencillos el generador eléctrico a nivel celular y subcelular es la
mitocondria. Uno de los primeros procesos que colapsa ante la falta de energía son las
bombas iónicas ubicadas en la membrana celular y que con su actividad constante permiten
mantener el equilibrio dinámico iónico que explica el fenómeno de Gibbs Donan por el cual
en equilibrio, las concentraciones de iones son diferentes a cada lado de la membrana
celular. Al dejar de funcionar las bombas iónicas, principalmente la bomba Sodio-Potasio
ATPasa (Na-K-ATPasa), los iones sodio y potasio quedan a la deriva de los factores de
difusión moviéndose masivamente a favor de su gradiente de concentración, de tal manera
que el sodio ingresa masivamente a la célula y el potasio sale. La entrada de sodio arrastra
consigo agua para mantener el equilibrio de concentraciones, ocasionando un edema celular

11. severo con muerte celular por ruptura de estructuras (lisis). De otro lado, el calcio también
se moviliza masivamente al interior celular y ocasiona lesión subcelular directa.
6. COMO INTERVENIR? Variables modificables.
Todos los estados de hipoperfusión tisular reciben genéricamente el nombre de Choque
(Shock). Independientemente de la causa o el tipo de choque, todos se caracterizan por un
bajo aporte de oxígeno (DO2) y/o serias dificultades para su utilización llevando a un
proceso continuo de lesión celular que lleva a la muerte, pasando por fenómenos de
hipoxia, acidosis, producción de metabolitos reactivos del oxígeno (antiguamente y mal
llamados radicales libres) y alteración de la estructura celular. Identificando el tipo de
choque hay que corregir la causa que lo desencadena. Además, según lo expuesto, y a
manera de conclusión podemos intervenir en aspectos claves modificables que a
continuación se describen:
A nivel respiratorio:
- Fracción Inspirada de Oxígeno: Oxigenoterapia.
- Ventilación: Soporte ventilatorio.
- Difusión alveolo-capilar: Disminuyendo el edema pulmonar.
- Relación Ventilación – Perfusión: Cambios de posición, mejorando presión arterial,
ajustando el PEEP en la ventilación mecánica.
A nivel Cardiovascular:
- Nivel de hemoglobina: Transfundiendo.
- Precarga: Administrando líquidos intravenosos o restringiéndolos según las
presiones de llenado.
- Postcarga: Adecuando la resistencia arterial periférica reflejada a groso modo en la
presión arterial: Vasopresores o inodilatadores.
- Frecuencia cardiáca: Ajustándola según el consumo miocárdico y el gasto cardiaco:
Atropina, isoproterenol, beta-bloqueadores.

12. - Contractilidad: Inotrópicos.
A nivel Celular:
- Disminuir el consumo de Oxígeno: Reposo absoluto, control de la fiebre, control de
la frecuencia cardiáca, control de la frecuencia respiratoria. Acciones específicas a
protección de órganos: Furosemida, Stilamín, Beta bloqueadores, coma inducido,
etc.
- Disminuyendo el cortocircuito periférico: Vasodilatadores, inhibidores de la ECA a
bajas dosis, calor local.
Un análisis más a fondo de cada uno de los procesos normales aquí esbozados debe ser
realizado ante cada complicación o situación clínica particular. El tratamiento adecuado de
las diferentes condiciones críticas exige del médico un entendimiento cabal de las funciones
celulares y moleculares en estado normal y alterado.
BIBLIOGRAFÍA: (Falta ajustar por cambios de la versión de office que
me alteró todo).