El documento describe los mecanismos de transporte de gases y regulación ácido-base en el cuerpo humano. Explica la composición del aire y su intercambio en los pulmones a través del sistema respiratorio. Describe cómo la hemoglobina transporta oxígeno y dióxido de carbono en la sangre y cómo los tampones ácido-base como el sistema carbonato/bicarbonato regulan el pH de la sangre. Finalmente, resume los trastornos ácido-base como la acidosis y alcalosis respiratoria y metabólica.

1. TRANSPORTE DE GASES Y
REGULACIÓN ÁCIDO- BASE
Parte II: Equilibrio acidobásico
Lic. Roy W. Morales Pérez
rwmorales@fucsalud.edu.co

2. 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.
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3. Composición
del aire
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4. Sistema
Respiratorio
El sistema respiratorio
humano consta de un
sistema de conducción
(fosas nasales, boca,
faringe, laringe, tráquea,
bronquios) y un sistema
de intercambio (sacos
alveolares).
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http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=HiT621PrrO0
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5. 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).
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6. Ventilación
Pulmonar
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.
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7. Intercambio
Gaseoso
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http://www.youtube.com/watch?v=wNAiyhcDWBI
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8. Leyes
de los gases
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http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/
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9. Solubilidad de gases
en líquidos
La solubilidad de un gas en un líquido es descrita
por la Ley de Henry:
𝐶 𝑔𝑎𝑠 = 𝑘 𝐻 ∗ 𝑃𝑔𝑎𝑠 Ver video en YouTube:
http://www.youtube.com/watch?v=18Y_2IAM5qY
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10. 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 𝐽 = −𝐷 ∗ ∆𝐶
desde la zona de mayor a la J= Flujo; D= Coeficiente de Difusión; C Gradiente de Concentración
de menor potencial químico.
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11. Flujo
alveolo capilar
Intercambio gaseoso en la
región alveolo-capilar
Intercambio gaseoso entre la sangre
oxigenada y los tejidos periféricos
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12. Flujo
alveolo capilar
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http://www.youtube.com/watch?v=WXOBJEXxNEo http://www.youtube.com/watch?v=dW1763QoIng
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13. 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).
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14. Hemoglobina y
transporte de gases
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.
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15. Hemoglobina y
transporte de gases
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 (22) que corresponde al 90% de la Hb total.
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16. 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.
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17. 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.
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18. 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.
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19. Regulación
acidobásica
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.
𝑨−
𝒑𝑯 = 𝒑𝑲 𝒂 + 𝑳𝒐𝒈
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-)
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20. Regulación
acidobásica
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.
A−
pH = pK a + Log
HA
HCO− 3
pH = pk a + Log
H2 CO3
𝑚𝑚𝑜𝑙
24
𝐿
pH = 3.5 + Log 𝑚𝑚𝑜𝑙 = 7,4
3×10−3
𝐿
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21. Regulación
acidobásica
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.
HCO−3 HCO− 3
pH = pk a + Log = pk a + Log
CO2 pvCO2 ∗ k HCO2
𝑚𝑚𝑜𝑙
24
𝐿
pH = 6.1 + Log = 7,4
40 𝑚𝑚𝐻𝑔 ∗0.03 𝑚𝑚𝐻𝑔
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22. Regulación
acidobásica
Ácidos producidos por el organismo
Iones hidronio producidos durante el metabolismo de
proteínas que contienen aminoácidos que enlazan
Fijos 50- 100 mEq/día
sulfuro (metionina, cisteína) y catiónicos (lisina y
arginina).
Volátiles 10000- 20000 mEq/ día En forma de ácido carbónico.
−
𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 ⇌ 𝐻2 𝐶𝑂3 ⇌ 𝐻 + + 𝐻𝐶𝑂3
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23. Regulación
acidobásica
Mecanismos de regulación acidobásicos
Regulación respiratoria Eliminación o retención de CO2
Producción y reabsorción glomerular de HCO3-
Regulación renal Eliminación de H3O+ a través de la neutralización con
tampones de fosfato y amoniaco
 Plasma: CO2/HCO3-
(75% capacidad buffer
Compartimento Extracelular total)
Regulación buffer
 Hematíes: Hemoglobina.
 Proteínas plasmáticas
Compartimento Intracelular  NaH2PO4/ Na2HPO4
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24. Trastornos
Ácido- Base
Trastorno Ácido- Base Causas Respuesta Etiología
Sustancias depresoras del
Incremento de la
SNC, obstrucción de vías
concentración de CO2 por
Aumenta la producción y respiratorias (asma , EPOC),
encima del rango normal
Acidosis respiratoria reabsorción de HCO3-, y la enfermedad neuromuscular
(hipercapnia: paCO2 mayor
excreción de H2CO3 (síndrome de Guillain-
36- 44 mmHg) y/o existe
Acidemia Barré), hipoventilación por
hipoventilación
obesidad
Aumento exógeno o
Diarrea, cetoacidosis
endógeno de H3O+;
Acidosis metabólica Hiperventilación alveolar, diabética, consumo de
disminución en la producción
metanol.
y/o reabsorción de HCO3-
Descenso de la concentración Ansiedad, estrés, fiebre,
de CO2 por debajo del rango Disminución en la mudarse a regiones de
Alcalosis respiratoria normal (hipocapnia: paCO2 producción y reabsorción de elevada altitud,
menor a 36- 44 mmHg) y/o HCO3- medicamentos estimulantes
Alcalemia
existe hiperventilación respiratorios (doxapran)
Disminución de H3O+; Vómito, diuréticos,
Alcalosis metabólica aumento en la producción y/o Hipoventilación alveolar alteraciones en la función
reabsorción de HCO3- renal.
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25. 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.
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26. 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
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