TRANSPORTE DE O2 EN SANGRE Fisiología Comparada 2006 - I TRANSPORTE DE O2 EN SANGRE Fabiola León Velarde Dpto. de Ciencias Biológicas y Fisiológicas Laboratorio de Transporte de Oxígeno

LEY DE HENRY [O2] =  . PO2 PO2 = [O2] /  = 0.003 ml O2 /100 ml . 1 mm Hg Si PO2 = 100 mm Hg  = 0.003 x 100 = 0.3 ml/100 ml = 0.3 vol%

22 18 14 10 6 2 O2 total 100 80 60 40 20 C de O2 ml/100ml Sat (%) Hb O2 combinado con Hb O2 disuelto 0 20 40 60 80 100 600 Po2 mmHg

PIGMENTOS RESPIRATORIOS El O2 que se disuelve en sangre no es suficiente, se necesitan proteínas especiales que aumenten la afinidad por el O2 de la sangre: “Pigmentos Respiratorios”. Existen 4 Pigmentos Respiratorios: 1. Hemoglobina  Fe+2 - porfirina (en solución o en células) 2. Clorocruorina  Fe+2 - porfirina (en solución) 3. Hemeretrina  Fe+2 - proteína (en células) 4. Hemocianina  Cu+2 - proteína (en solución)

HEMOGLOBINA PM = 17 000 - 3 000 000 Da Extensamente distribuido, al menos 10 phyla y en algunas plantas. Desde organismos unicelulares (Paramecium), platelmintos, nemátodos, moluscos, hasta algunas especies de insectos. Invertebrados: Hb presenta 1-250 subunidades, se encuentra en la hemolinfa y forma polímeros (>PM). Vertebrados: Hb presenta 4 subunidades (<PM) y se encuentra en los corpúsculos.

GLÓBULOS ROJOS En mamíferos: discos bicóncavos sin núcleo, excepto Familia Camelidae. Peces, aves, reptiles y anfibios: forma oval con núcleo. Únicos vertebrados sin Hb ni GR: Leptocephalus larvae de la Fam. Chaenichtyrdae (peces antárticos)

Oxígeno en la Hb Capacidad de la Hb (mM) Hb + 4 O2 (mM) 1 mmol Hb = 64.5 g Hb 1 mmol O2 = 22.4 ml. 4 x 22.4 ml/mmol O2 = 1.39 ml O2/g Hb 64.5 g 1g de Hb se combina con 1.34 ml O2 (VN) Capacidad de Hb = 20.1 ml O2 /100 ml O2 disuelto = 0.3 ml O2/100 ml

CONTENIDO DE O2 Cont. O2 Hb = Sat O2 x Hb x 1.34 = 0.98 x 15 x 1.34 = 19.7 ml O2 /l00 ml Cont. O2 Total = Cont. O2 Hb + Cont. O2 disuelto (Cont O2 dis. = PAO2 x 0.003 = 100 x 0.003) = 0.3 + 19.7 = 20 ml O2 /l00 ml sangre

Significado fisiológico de la forma sigmoide de la curva Critical PO2 V

Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O2 La curva se desplaza a la derecha cuando:  T°,  PCO2,  [H+] y  2-3-DPG La Hb disminuye su afinidad por el O2 y lo libera.

CLOROCRUORINA PM = 2 750 000 Da El color es marcadamente diferente (de verde a rojo), pero sólo está dado por una pequeña alteración en la porfirina. Se restringe a 4 familias de poliquetos (gusanos marinos). Algunos poliquetos presentan ambos pigmentos.

HEMERETRINA (Hr) PM = 108 000 Da Color rosado con una afinidad diferente por el O2. El Fe+2 se asocia a los aminoácidos y no a la porfirina. Se encuentra en corpúsculos o libre en la hemolinfa. Varios tipos de diferentes de Hr se pueden encontrar en un mismo organismo. Ph. Anélida: Sipunculidos, Poliquetos, Priapulidos Ph. Molusca: Braquiopodos

INVERTEBRADOS Sus pigmentos respiratorios pueden tener diferentes afinidades según se encuentren en el fluido celómico o en la sangre. Dendrostomum: (gusano marino) Vive enterrado en la arena, pero saca a la superficie sus tentáculos vascularizados (respiración). La Hr de la sangre de menor afinidad sede el O2 a la Hr del celoma de mayor afinidad para que el O2 sea distribuido en todo el cuerpo enterrado. Ocurre algo parecido con los invertebrados que tienen mioglobina (moluscos) de mayor afinidad y otro pigmento respiratorio de menor afinidad en la sangre.

AFINIDAD DE LA HEMERETRINA S A T O2 % mioglobina 100 Hr cel 75 Hr vasc 50 Hr en células 25 50 100 150 PO2 mm Hg

HEMOCIANINA (Hc) PM = 300 000 - 9 000 000 Da Es de color azul (Cu++). Se le encuentra libre en la hemolinfa. Ph. Molusca: Cl. Amphineura (chitones) y Cl. Cephalopoda (calamar, pulpo). Moléculas multiproteicas con varios sitios activos. Ph. Artrópoda: Cl. Arachnoidea (limulus, escorpiones, crustáceos malacostráceos). Moléculas multiproteicas de estructura cuaternaria diferente (aprox. 650 aa) con un sitio activo.

“LOS PIGMENTOS RESPIRATORIOS FORMAN POLÍMEROS PORQUE SEPARADOS COMO PARTÍCULAS AUMENTARÍAN LA PRESIÓN COLOIDOSMÓTICA DE PLASMA”

MODULADORES ALOSTÉRICOS Peces  ATP , GTP Anfibios  ATP, GTP, DPG Reptiles  ATP, GPT (menos) Aves  IPP Mamíferos DPG

Efecto Bohr El incremento de ácidos o CO2 disminuye el pH del plasma y mueve la curva de disociación de la Hb hacia la derecha.  un aumento de CO2 promueve una mayor entrega de O2 a los tejidos a igual PO2. Efecto Bohr = Dlog P50/DpH

EFECTO BOHR Está en función del peso corporal. La Hb de un ratón es más pH sensible que la de un elefante. El efecto Bohr, junto con el efecto Root, influyen en el transporte de O2 más no en el transporte de CO2.

EFECTO ROOT Ocurre principalmente en peces. Es la reducción máxima de la saturación de O2 que puede ocurrir en presencia de un efecto Bohr muy marcado. La curva se corre tanto hacia la derecha que ya no se satura bien. Teleosteos  favorece la entrega de O2 a las vejigas natatorias.

Curva de disociación del O2 en Salmo gairdneri a diferentes niveles de CO2 y a diferentes temperaturas. Randall (1970).

Afinidad de la Hb por el O2 en PECES (regulación mediada por catecolaminas) PO2 NE, EP VE SatO2 Na + /H+ pH Af Hb O2 [ATP]

TRANSPORTE DE CO2 EN SANGRE Fisiología Comparada 2006 - I TRANSPORTE DE CO2 EN SANGRE Fabiola León Velarde Dpto. de Ciencias Biológicas y Fisiológicas Laboratorio de Transporte de Oxígeno

TRANSPORTE DE CO2 Puede ser transportado como: 1. Disuelto en solución. 2. Como HCO3- (80% - 90% en sangre venosa) 3. Como carbaminohemoglobina pigmento - NH2 + CO2 pigmento + H+ NHCO-

CO2 Disuelto Obedece a la Ley de Henry. [CO2] =  . PCO2 PCO2 = [CO2] /  Es 20 veces más soluble que el O2, por lo que disuelto, tiene un papel más significativo en el transporte.

pH y Ecuación de H-H a.c. CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ CO3 CO2 = 1 y CO2 = 1  HCO3- = 20 a pH= 7.4 H2CO3 1000 HCO3- 20 H2CO3 1 pK = 6.1 pH = pK + log [HCO3-] = 24 = log 20 = 1.3 [H2CO3] 1.2 pH = 6.1 + 1.3 = 7.4

ANHIDRASA CARBÓNICA Si bien NO es un factor crítico en el transporte de CO2, SI participa de manera importante en el equilibrio ácido-básico. A menor tamaño, mayor concentración de anhidrasa carbónica en sangre para acelerar el transporte de CO2. Permite una formación inmediata de HCO3- + H+ en sangre, lo que genera un acelerado efecto Bohr. Es importante en todo tejido, donde ocurre transporte de iones: riñones, páncreas, glándulas salivales.

CO2 EN TEJIDOS La Hb desoxigenada tiene mayor afinidad por los H+ (la curva se mueve hacia la derecha y entrega más O2 a igual PO2). Disminuye la afinidad de la Hb por el O2. Aumenta la capacidad para liberar O2. CO2 + H2O H2CO3 HHbCO2 HCO3- + H+ (NHCOO-) Cl- HHb

CO2 EN PULMONES El CO2 es espirado, y aumenta la afinidad de la Hb por el O2 CO2 HbO2 H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + HbO2 Cl- H2O HCO3-

TRANSPORTE DE CO2 Pulmones: El CO2 total se reduce entre 6% - 8% en los pulmones. Branquias: El CO2 total se reduce entre 10% - 20% El transporte se complica en los animales acuáticos porque este no solo se elimina como CO2 molecular, sino también como HCO3- y H+. En los salmones el intercambio de Na+Cl- por HCO3- y H+ da cuenta del 10% del CO2 excretado.

RESPIRACION y pH pH HCO3- PCO2 mM/L mmHg Trucha 7.81 5 1.5 Tortuga 7.79 50 23 Regulación del pH: Animales terrestres: > PCO2 pulmón y riñón Animales acuáticos: riñón

EFECTO HALDANE La formación de deoxiHb aumenta la afinidad de la Hb por el CO2 = 70% del efecto Haldane. El 30% restante, ocurre cuando los H+ son amortiguados por la Hb a medida que el CO2 se desprende, formando más HCO3-. Este efecto favorece tanto la toma de CO2 en los capilares tisulares, como su eliminación en los órganos respiratorios. No se ha demostrado en los elasmobranquios.

EFECTO DE HALDANE CO2 Tejido 60 PO2 = 40 y Sat = 75% Arteria 60 PO2 = 40 y Sat = 75% 50 PO2 = 100 y Sat = 98% 10 20 30 40 50 60 70 80 PCO2

EFECTO DE LA TEMPERATURA Cont. CO2 35 oxigenada deoxigenada 25oC 30 35oC  temperatura 25  pK de Hb   efecto tampón de la Hb  [HCO3-] sangre 20 10 30 50 70 90 PCO2