21.9D: Transporte de Dióxido de Carbono

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Objetivos de aprendizaje

Describir el proceso de transporte de dióxido de carbono

Transporte de dióxido de carbono

El dióxido de carbono es producto de la respiración celular, y se transporta desde las células de los tejidos del cuerpo hasta los alvéolos de los pulmones a través del torrente sanguíneo. El dióxido de carbono se transporta en la sangre a través de tres formas diferentes.

Alrededor del 5% del dióxido de carbono se transporta en el plasma de la sangre como moléculas de CO ₂ disueltas que no están ligadas a nada más. El dióxido de carbono tiene una solubilidad mucho mayor que el oxígeno, lo que explica por qué una cantidad relativamente mayor de dióxido de carbono se disuelve en el plasma en comparación con el oxígeno. Mientras que el oxígeno se une al contenido de hierro en el hemo de la hemoglobina, el dióxido de carbono puede unirse a las cadenas de aminoácidos de la hemoglobina. Cuando el dióxido de carbono se aferra a la hemoglobina forma carbanimohemoglobina. Alrededor del 10% del dióxido de carbono en el cuerpo humano se transporta de esta manera. La carbanimohemoglobina da a los glóbulos rojos un color azulado, que es una de las razones por las que las venas que transportan sangre desoxigenada parecen ser azules.

Esta es una imagen a color de la estructura de la hemoglobina. Representa la hemoglobina como un tetrámero de subunidades alfa (rojo) y beta (azul) con grupos hemo que contienen hierro (verde).

Estructura de la hemoglobina humana: La hemoglobina es un tetrámero de subunidades alfa (rojo) y beta (azul) con grupos hemo que contienen hierro (verde).

Una propiedad de la hemoglobina llamada efecto Haldane establece que la sangre desoxigenada tiene una mayor capacidad para transportar dióxido de carbono, mientras que la sangre oxigenada tiene una menor capacidad para transportar dióxido de carbono.

Esta propiedad significa que la hemoglobina transportará principalmente oxígeno en circulación sistémica hasta que descargue ese oxígeno y sea capaz de transportar una cantidad relativamente mayor de dióxido de carbono. Esto se debe a la mayor capacidad de la sangre desoxigenada para transportar dióxido de carbono, y del dióxido de carbono cargado de los tejidos durante el intercambio de gases del tejido.

Iones Bicarbonato

La mayoría (85%) del dióxido de carbono viaja en el torrente sanguíneo como iones bicarbonato. La reacción que describe la formación de iones bicarbonato en la sangre es:

\[\ce{CO2 + H2O → H2CO3 → H^{+} + HCO3^{-}}\]

Esto significa que el dióxido de carbono reacciona con el agua para formar ácido carbónico, que se disocia en solución para formar iones hidrógeno e iones bicarbonato. La principal implicación de este proceso es que el pH de la sangre se convierte en una forma de determinar la cantidad de dióxido de carbono en la sangre. Esto se debe a que si el dióxido de carbono aumenta en el organismo, se manifestará como mayores concentraciones de bicarbonato y concentraciones incrementadas de iones hidrógeno que reducen el pH de la sangre y hacen que la sangre sea más ácida. Por el contrario, si se reducen los niveles de dióxido de carbono, habrá menos bicarbonato y menos iones hidrógeno disueltos en la sangre, por lo que el pH aumentará y la sangre se volverá más básica. Los iones bicarbonato actúan como un tampón para el pH de la sangre de manera que el pH de la sangre será neutro siempre y cuando los iones bicarbonato e hidrógeno estén equilibrados.

Esta conexión explica cómo se relacionan la tasa de ventilación y la química sanguínea, ya que la hiperventilación provocará alcalosis, y la hipoventilación provocará acidosis, debido a los cambios en los niveles de dióxido de carbono que provocan. El bicarbonato también se transporta en los fluidos de los tejidos además de los vasos sanguíneos, especialmente en el duodeno y el intestino, por lo que los problemas en esos órganos pueden provocar una respuesta del sistema respiratorio.

Transporte a los Alveolos

Después de que el dióxido de carbono viaja a través del torrente sanguíneo hasta los capilares que cubren los alvéolos de los pulmones a través de cualquiera de los 3 métodos enumerados anteriormente, debe regresar a la forma de dióxido de carbono disuelto para difundirse a través del capilar hacia el alvéolo. El dióxido de carbono disuelto ya es capaz de difundirse en el alvéolo, mientras que el dióxido de carbono unido a hemoglobina se descarga en el plasma.

Para el dióxido de carbono almacenado en bicarbonato, se somete a una inversión de reacción. Los iones bicarbonato disueltos en el plasma ingresan a los glóbulos rojos al difundirse a través de un gradiente de iones cloruro (reemplazando al cloruro dentro de la célula) y combinándolos con hidrógeno para formar ácido carbónico.

A continuación, la acción de la anhidrasa carbónica descompone el ácido carbónico en dióxido de carbono en el agua, que sale de la célula por difusión. El dióxido de carbono disuelto es entonces capaz de difundirse en el alvéolo.

Puntos Clave

El dióxido de carbono se transporta a través del torrente sanguíneo ya sea disuelto en la sangre, unido a la hemoglobina o convertido en iones bicarbonato.
El efecto Haldane es la disminución de la unión del dióxido de carbono en la hemoglobina debido al aumento de los niveles de oxígeno y al aumento de la unión del dióxido de carbono a la hemoglobina a partir de la disminución
\(\ce{CO2 + H2O → H2CO3 → H^{+} + HCO3^{−}}\)es la reacción de formación de bicarbonato en el plasma.
El aumento del dióxido de carbono significa aumento de la acidez sanguínea y, a la inversa, mientras que la disminución del dióxido de carbono
La reacción del bicarbonato es reversible, lo que permite que el bicarbonato se vuelva a convertir en dióxido de carbono disuelto para difundirse desde el alvéolo.

Términos Clave

glóbulo rojo: Un tipo de célula en la sangre de vertebrados que contiene hemoglobina y transporta oxígeno de los pulmones a los tejidos; un eritrocito.
Bicarbonato: Un ion cargado negativamente que se acumula en plasma cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua y reacciona con ella. También actúa como un tampón para el pH de la sangre.
anhidrasa carbónica: Enzima que cataliza la reacción del bicarbonato en cualquier dirección.

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