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Curva de afinidad por el oxígeno de la hemoglobina

Curva de afinidad por el oxígeno de la hemoglobina


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Tengo una comprensión general del efecto Bohr y que la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno cambiará según las condiciones de los pulmones y los tejidos. Sin embargo, estoy luchando con la siguiente pregunta; Siento que estoy atrapado en las opciones de respuesta menos que ideales, pero quiero asegurarme de que no me estoy perdiendo un principio básico que podría razonar esta respuesta con mayor claridad.

P) ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor cómo un cambio hacia la derecha en la curva de disociación da como resultado más oxígeno administrado al tejido?

A) La distancia entre las curvas a 100 mmHg es menor que la distancia a 40 mmHg

B) La distancia entre las curvas a 100 mmHg es mayor que la distancia a 40 mmHg

C) En la curva desplazada a la derecha, la Hb recogerá más O2 en los pulmones.

D) En la curva desplazada a la derecha, la Hb recogerá menos O2 en los pulmones.

Mi razonamiento para elegir A es menos que ideal: déjame explicarte. Primero, me han enseñado que una buena regla para la afinidad por el oxígeno es que los cambios hacia la izquierda están relacionados con los pulmones, mientras que los cambios hacia la derecha están relacionados con los tejidos. Por lo tanto, debido a que las opciones de respuesta C y D se refieren a las curvas desplazadas a la derecha y los pulmones, pueden eliminarse. Sin embargo, no estoy convencido de que esta "regla" sea tan absoluta; puedo imaginar que la curva puede desplazarse de izquierda a derecha dentro de los tejidos y los pulmones. Sin embargo, por el bien del argumento, asumiré que la regla funciona y eliminaré las opciones de respuesta C y D. Luego, también puedo eliminar la opción de respuesta B porque no es una afirmación verdadera. Como resultado, llego a la opción de respuesta A. Sin embargo, no siento que responda bien a la pregunta. ¿Alguien puede proporcionar algunas ideas sobre mi razonamiento y / o quizás lo que me estoy perdiendo? ¡Gracias!


Comentario: esta pregunta es un poco confusa, ya que ninguna de las respuestas parece explicar directamente cómo un cambio hacia la derecha en la curva de disociación da como resultado más oxígeno entregado al tejido. Por lo tanto, intentaremos elegir la opción menos incorrecta ...

Esta respuesta salió un poco larga, así que aquí tienes un TL; DR para ti. elegí

Opcion A

y he aquí por qué:

Aunque no se indica explícitamente, el pH en cuestión es muy probablemente el pH de la sangre (este es un gráfico bastante conocido de los estudios universitarios de bioquímica). Muestra que cuando el pH de la sangre baja o aumenta, la cantidad de% O2 la saturación de hemoglobina se desvía de la norma en consecuencia.

En primer lugar, con respecto a su regla empírica, podría ser engañoso en este contexto, ya que puede ser cierto tanto en condiciones normales como en condiciones patológicas, según el sitio de medición:

  1. Bajo condiciones normales, pH sanguíneo general esta alrededor 7.4 (7.35-7.45), pH sanguíneo en los tejidos esta alrededor 7.2 (debido al aumento de pCO2 resultante del metabolismo celular) y el pH de la sangre en los pulmones esta alrededor 7.6 (debido a la liberación de CO2 en los pulmones para la espiración, lo que resulta en una pCO más baja2 en los pulmones) - ver esta referencia y sus referencias.
  2. En condiciones patológicas, pH sanguíneo general puede elevarse por encima de 7.45 (alcalosis) o caer bajo 7.35 (acidosis), independientemente del sitio de medición [referencia]. Esto significa que una curva de disociación bajo un valor de pH sanguíneo anormal no necesariamente se relaciona con condiciones normales en un determinado sitio del cuerpo, pero también puede relacionarse con una condición patológica en la que el pH sanguíneo es anormal. en general.

Creo que el gráfico representa la última situación, es decir, cómo se comporta la hemoglobina en los estados patológicos de acidosis (pH sanguíneo más bajo = desplazamiento a la derecha) y alcalosis (pH sanguíneo más alto = desplazamiento a la izquierda) en comparación con el estado normal, ya que representa el cambio. en% O2 saturación en el rango fisiológico de pO2 y la curva es continua (una representación del pH de la sangre solo en los tejidos o los pulmones no habría resultado en una curva, ya que pO2 no cambia significativamente en cada sitio, ciertamente no por encima del rango fisiológico).

Ahora consideremos las posibles respuestas:

  1. Opción A - La distancia entre las curvas a 100 mmHg es menor que la distancia a 40 mmHg. Esto parece ser cierto por derecho propio. Sin embargo, aparte de describiendo la situación, no explica explícitamente nada. Básicamente, dice que la diferencia entre la liberación de oxígeno en los tejidos es más pronunciada que la diferencia en la unión de oxígeno en los pulmones, cuando se compara el pH sanguíneo normal y la acidosis. Podemos inferir que si la curva desplazada a la derecha está por debajo de la curva normal y desplazada a la izquierda, significa que hay menos oxígeno unido a los tejidos (y también en todas partes, ya que esta tendencia es constante), es decir. La hemoglobina está menos saturada, es decir, se libera más oxígeno en los tejidos en un estado de acidosis que en cualquier otro estado.
  2. Opción B - La distancia entre las curvas a 100 mmHg es mayor que la distancia a 40 mmHg. Esto es simplemente lo contrario de A, y por lo tanto es falso en la misma cantidad que A es verdadero.
  3. Opción C - En la curva desplazada a la derecha, Hb recogerá más O2 en los pulmones. Esto es un poco más complicado. Esta opción sugiere que cuando el pH es más bajo de lo normal (acidosis), más El oxígeno se unirá a la hemoglobina en los pulmones. Sin embargo, al observar el gráfico, podemos ver que la curva desplazada a la derecha es siempre debajo de las otras curvas (tanto la curva normal como la de alcalosis). Esto también es cierto en valores altos de pO.2, que están presentes en los pulmones. Esto hace que esta afirmación sea incorrecta en sí misma y tampoco explica por qué se libera más oxígeno en los tejidos.
  4. Opción D - En la curva desplazada a la derecha, la Hb recogerá menos O2 en los pulmones. Basado en el análisis de la opción C, debería ser bastante evidente que lo contrario debe ser cierto. Es decir, si la curva desplazada a la derecha está siempre por debajo de las otras curvas, incluso en pO alta2 valores, entonces bajo esta condición la hemoglobina está destinada a recoger menos oxígeno en los pulmones que en cualquiera de las otras condiciones. Por lo tanto, esta afirmación es correcta, pero no explica por qué se libera más oxígeno en los tejidos.

Según la sección titulada La influencia del pH en la unión de oxígeno-hemoglobina en esta excelente referencia, "la presencia de un pH bajo la bloquea [la hemoglobina] en un estado no receptivo, evitando que se una a las moléculas de oxígeno". Esto significa que la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno se reducirá, de modo que se liberará más oxígeno (en otras palabras, se unirá menos) en los tejidos y menos oxígeno en los pulmones. Los dos "menos" en la oración anterior están de acuerdo con la curva de pH = 7.2 estando por debajo de las otras dos curvas en todo el rango de pO2. Recomiendo encarecidamente leer la referencia anterior y observar las figuras.

En resumen, ninguna de las opciones posibles es suficientemente satisfactoria, pero La opción A parece ser la menos incorrecta o no relacionada con la situación descrita., entonces yo lo elegiría.


El gato médico

- Para asegurarse de que los glóbulos rojos permanezcan sin carga, los iones Cl- pasan a ellos. Esto se conoce como cambio de cloruro!

- Cuando los glóbulos rojos llegan a los pulmones, el NaHCO3 se combina con H + para formar H2O, CO2 y Na +

- El CO2 se libera del cuerpo durante la exhalación.

Presión parcial de CO2

- A medida que las células respiran, la pO2 disminuye y la pCO2 aumenta.

- Un aumento en la pCO2 hace que la oxihemoglobina ceda su O2 más fácilmente.

- Esto se debe a que cuando el CO2 se convierte en ácido, produce iones H + que reducen el pH de la sangre.

- La oxihemoglobina luego se disocia, cediendo su O2 para que la Hb pueda unirse a los iones H + para evitar un cambio en el pH.

- Por lo tanto, la Hb actúa como un amortiguador al absorber los iones H + y formar "ácido hemoglobínico".

- más oxígeno liberado con aumento de CO2 y disminución de los niveles de pH

- a medida que aumenta la pCO2, la curva de disociación se desplaza hacia la derecha y hacia abajo

- Cuando el O2 se difunde hacia los pulmones, hay un PP alto de O2, por lo que se cargará en la Hb formando Oxihemoglobina.

- El O2 luego se transporta en la sangre a las células que respiran y tienen un pO2 baja y pCO2 alta

- Entonces la oxihemoglobina libera el O2 debido a la baja pO2 y TAMBIÉN debido a la alta pCO2 que causa una CAÍDA en el pH

- El O2 es utilizado por las células para la respiración y la Hb se une a los iones H + para prevenir cambios en el pH.

La composición y la capacidad de transporte de O2 difieren entre los organismos.


Lo que aprenderá:

El oxígeno se transporta por todo el cuerpo al unirse a la hemoglobina presente en los glóbulos rojos. La estructura de la hemoglobina consta de cuatro cadenas polipeptídicas, un tetrámero, y cada cadena polipeptídica consta de un grupo hemo que contiene hierro que se une de forma reversible al oxígeno. La hemoglobina se une a hasta cuatro moléculas de oxígeno. Siempre que el oxígeno se une, cambia la conformación de la hemoglobina aumentando así la afinidad de unión. En áreas ricas en oxígeno como los pulmones, la hemoglobina tendrá una mayor afinidad por el oxígeno (carga). Sin embargo, en áreas privadas de oxígeno como los músculos, la hemoglobina tendrá una afinidad menor (descarga). A medida que la molécula de oxígeno sigue uniéndose a la hemoglobina, la molécula de hemoglobina ya no tiene sitios de unión que llenar. Esta relación se representa como la presión parcial de oxígeno y la saturación de hemoglobina.

Cuando la hemoglobina está vacía, es decir, no tiene oxígeno o dióxido de carbono ligados, está en conformación libre.

La unión de la primera molécula de oxígeno da como resultado el cambio en la conformación de la hemoglobina de una manera que puede acomodar más tres moléculas de oxígeno.

Asimismo, en presencia de dióxido de carbono disuelto, la hemoglobina cambia de forma para aumentar su capacidad para unirse al dióxido de carbono y, por lo tanto, disminuye su capacidad para unirse al oxígeno.

Con la pérdida de moléculas de oxígeno, se produce la unión de moléculas de dióxido de carbono, lo que disminuye la capacidad de unirse al oxígeno. El oxígeno unido a la hemoglobina se libera y se distribuye en el plasma sanguíneo y se absorbe en los tejidos.

La curva suele estar representada por una gráfica sigmoidea. El gráfico contiene la presión parcial de oxígeno en el eje xy el porcentaje de saturación de oxihemoglobina en el eje y. La cantidad de oxígeno que se puede llenar en la hemoglobina en cualquier momento se llama saturación de oxígeno y se expresa como un porcentaje. La forma de la curva aparece debido a la interacción del oxígeno unido con las moléculas de oxígeno entrantes. La unión de la primera molécula es difícil ya que provoca cambios conformacionales en la molécula de hemoglobina. Sin embargo, esto acelera la unión del segundo, tercero y cuarto. La afinidad de la hemoglobina por el oxígeno aumenta a medida que se unen las consiguientes moléculas de oxígeno. A medida que aumenta la presión parcial de oxígeno, se unen más moléculas hasta que la molécula de hemoglobina se satura. A medida que se acerca al punto de saturación, se produce muy poca unión, de modo que la curva se nivela. De ahora en adelante, la curva tiene una forma sigmoidea de otra manera en S.


Transporte de dióxido de carbono en la sangre

Las moléculas de dióxido de carbono se transportan en la sangre desde los tejidos corporales a los pulmones mediante uno de estos tres métodos: disolución directamente en la sangre, uniéndose a la hemoglobina o transportadas como iones bicarbonato. Varias propiedades del dióxido de carbono en la sangre afectan su transporte. Primero, el dióxido de carbono es más soluble en sangre que el oxígeno. Aproximadamente del 5 al 7 por ciento de todo el dióxido de carbono se disuelve en el plasma. En segundo lugar, el dióxido de carbono puede unirse a las proteínas plasmáticas o puede ingresar a los glóbulos rojos y unirse a la hemoglobina. Esta forma transporta alrededor del 10 por ciento del dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, una molécula llamada carbaminohemoglobina se forma. La unión del dióxido de carbono a la hemoglobina es reversible. Por lo tanto, cuando llega a los pulmones, el dióxido de carbono puede disociarse libremente de la hemoglobina y ser expulsado del cuerpo.

En tercer lugar, la mayoría de las moléculas de dióxido de carbono (85 por ciento) se transportan como parte del sistema tampón de bicarbonato. En este sistema, el dióxido de carbono se difunde hacia los glóbulos rojos. Anhidrasa carbónica (CA) dentro de los glóbulos rojos convierte rápidamente el dióxido de carbono en ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico es una molécula intermedia inestable que se disocia inmediatamente en iones de bicarbonato (HCO - 3) e iones de hidrógeno (H +). Dado que el dióxido de carbono se convierte rápidamente en iones de bicarbonato, esta reacción permite la absorción continua de dióxido de carbono en la sangre en su gradiente de concentración. También da como resultado la producción de iones H +. Si se produce demasiado H +, puede alterar el pH de la sangre. Sin embargo, la hemoglobina se une a los iones H + libres y, por lo tanto, limita los cambios de pH. El ion bicarbonato recién sintetizado se transporta fuera del glóbulo rojo al componente líquido de la sangre a cambio de un ion cloruro (Cl & # 8211), esto se llama cambio de cloruro. Cuando la sangre llega a los pulmones, el ión bicarbonato se transporta de regreso al glóbulo rojo a cambio del ión cloruro. El ion H + se disocia de la hemoglobina y se une al ion bicarbonato. Esto produce el intermedio de ácido carbónico, que se convierte de nuevo en dióxido de carbono a través de la acción enzimática del CA. El dióxido de carbono producido se expulsa a través de los pulmones durante la exhalación.

El beneficio del sistema tampón de bicarbonato es que el dióxido de carbono se "absorbe" en la sangre con pocos cambios en el pH del sistema. Esto es importante porque solo se necesita un pequeño cambio en el pH general del cuerpo para que se produzcan lesiones graves o la muerte. La presencia de este sistema de amortiguación de bicarbonato también permite que las personas viajen y vivan a grandes altitudes: cuando la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono cambia a grandes altitudes, el sistema de amortiguación de bicarbonato se ajusta para regular el dióxido de carbono mientras se mantiene el pH correcto en el cuerpo. .

Envenenamiento por monóxido de carbono

Figura 4. A medida que aumenta el porcentaje de CO, disminuye la saturación de oxígeno de la hemoglobina.

Mientras que el dióxido de carbono puede asociarse y disociarse fácilmente de la hemoglobina, otras moléculas como el monóxido de carbono (CO) no pueden. El monóxido de carbono tiene una mayor afinidad por la hemoglobina que el oxígeno. Por lo tanto, cuando el monóxido de carbono está presente, se une a la hemoglobina preferentemente sobre el oxígeno. Como resultado, el oxígeno no puede unirse a la hemoglobina, por lo que se transporta muy poco oxígeno a través del cuerpo (Figura 4). El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro y, por lo tanto, es difícil de detectar. Es producido por herramientas y vehículos propulsados ​​por gas. El monóxido de carbono puede causar dolores de cabeza, confusión y náuseas. La exposición prolongada puede causar daño cerebral o la muerte. La administración de oxígeno al 100 por ciento (puro) es el tratamiento habitual para la intoxicación por monóxido de carbono. La administración de oxígeno puro acelera la separación del monóxido de carbono de la hemoglobina.


Cambios en Hb – O2 afinidad

Cambios evolutivos en Hb-O2 afinidad

Cambios evolutivos en Hb – O2 la afinidad puede implicar cambios en el O intrínseco2 afinidad de la Hb y / o cambios en la capacidad de respuesta a los efectores alostéricos. El primer mecanismo puede involucrar cambios en las constantes de equilibrio del hemo-O2 unión en el estado R o T, o cambios en las constantes de equilibrio alostérico para la transición R↔T. Estas modificaciones genéticas de la función de la Hb son atribuibles a reemplazos de aminoácidos en las subunidades de tipo α y / o β (Weber, 1995, 2007 Bellelli et al., 2006 Storz y Moriyama, 2008).

Cambios reversibles en Hb – O2 afinidad

Cambios reversibles en Hb – O2 La afinidad se puede lograr modulando el pH intraeritrocítico y / o la concentración de fosfatos orgánicos u otros efectores alostéricos (Nikinmaa, 2001 Jensen, 2004, 2009). Estos cambios en el medio químico de los glóbulos rojos alteran las condiciones operativas de la Hb, pero no están asociados con cambios estructurales en la proteína Hb en sí.

En principio, también se pueden producir cambios reversibles por cambios celulares en la composición de isoformas de Hb. Todos los vertebrados poseen múltiples genes de globina de tipo α y β y, por lo tanto, expresan múltiples isoformas de Hb estructuralmente distintas durante las diferentes etapas del desarrollo prenatal y la vida posnatal (Hoffmann et al., 2010, 2012 Storz et al., 2011a, 2013 Storz, 2016b). En esta revisión, me centro en las isoformas de Hb expresadas postnatalmente y en sangre O2 transporte durante la edad adulta [véase Brittain (2002) para una discusión de Hbs expresados ​​prenatalmente y sus propiedades funcionales]. Mientras que los mamíferos adultos típicamente expresan una sola isoforma de Hb o múltiples isoformas que tienen propiedades funcionales muy similares, otros vertebrados terrestres generalmente expresan dos o más isoformas de Hb que son funcionalmente distintas (Weber y Jensen, 1988 Weber, 1990 Storz, 2016b). Por ejemplo, las aves típicamente expresan dos isoformas principales de Hb en los glóbulos rojos definitivos: una isoforma principal, HbA, que incorpora productos de tipo α de los glóbulos rojos α. A gen de la globina, y una isoforma menor, HbD, que incorpora productos de tipo α de la α D gen de la globina las dos isoformas comparten las mismas subunidades de tipo β (Hoffmann y Storz, 2007 Grispo et al., 2012 Opazo et al., 2015). En todas las especies de aves que se han examinado hasta la fecha, la isoforma menor de HbD tiene una O apreciablemente más alta2 afinidad que la principal isoforma de HbA en presencia de efectores alostéricos (Grispo et al., 2012 Projecto-Garcia et al., 2013 Cheviron et al., 2014 Galen et al., 2015 Natarajan et al., 2015b, 2016). Otros taxones de saurópsidos también tienden a coexpresar múltiples isoformas de Hb estructuralmente distintas en eritrocitos definitivos (Weber y Jensen, 1988 Storz et al., 2011b, 2015b Damsgaard et al., 2013). La multiplicidad de Hb que se ha documentado en aves y reptiles no aviares sugiere un mecanismo potencial para modular la sangre-O2 afinidad a través de cambios en la abundancia relativa de distintas isoformas de Hb con diferentes O2-propiedades de unión (Hiebl et al., 1988 Weber et al., 1988a Grispo et al., 2012 Opazo et al., 2015).

En resumen, la modulación reversible de Hb – O2 la afinidad a través de cambios inducidos metabólicamente en el microambiente de los glóbulos rojos y los cambios reguladores en la expresión de la isoforma de Hb representan mecanismos potenciales de plasticidad fenotípica. Estos mecanismos podrían complementar los cambios genéticos en la función de la Hb, o podrían obviar la necesidad de tales cambios en primer lugar.


Curva de afinidad por el oxígeno de la hemoglobina - Biología

Así que vamos a retomar aquí con la curva de disociación de oxígeno y hemoglobina. Podrías ver en tu cuaderno de clase, hay una parte aquí donde hablamos sobre el efecto Bohr. Y haremos todo esto en el contexto de la curva de disociación de oxígeno y hemoglobina. Puede ver las mismas cosas de las que hemos hablado, pero a medida que avanzamos en esta curva, al principio, la hemoglobina no tiene una alta afinidad por el oxígeno, por lo que debemos tener mucho oxígeno para comenzar a saturar la hemoglobina. eso.

Pero luego, debido a la cooperatividad, se recupera significativamente y luego se estabiliza. Y esa es la curva en forma de sigmoide debido a la cooperatividad. Bueno, dentro de nuestro cuerpo, obviamente, la hemoglobina, hay pocas formas, dos formas de transportar oxígeno en la sangre. Por lo tanto, el oxígeno en la sangre puede unirse a la hemoglobina o puede disolverse directamente en la sangre.

Y hay un porcentaje muy pequeño, el 1%, que se disuelve en sangre. Entonces, la principal forma en que llevamos oxígeno a nuestro tejido es uniéndolo a la hemoglobina. La gran pregunta es ¿cómo lo sacamos de la hemoglobina y lo llevamos a los tejidos? ¿O cómo lo obtenemos de los tejidos y obtenemos la hemoglobina para unirlo nuevamente? Y la respuesta es que nuestro cuerpo hará que esta curva se desplace hacia la derecha o hacia la izquierda, según las condiciones fisiológicas que existen dentro de nuestro cuerpo.

Entonces, aquí, dibujaré la curva de disociación de oxígeno de la hemoglobina, que está desplazada a la derecha. Y aquí, solo pondré una flecha. Puedes ver el original en negro. Y la derecha desplazó una, a la derecha. Y luego pondré la curva de disociación de oxígeno de la hemoglobina que está desplazada a la izquierda, y simplemente agregaré una flecha a la izquierda.

Hay algunas condiciones en el cuerpo. Comenzaremos con un desplazamiento a la derecha, por lo que lo que causa el oxígeno de la hemoglobina es la disociación del oxígeno y el desplazamiento curvo hacia la derecha. Mucha gente lo ha memorizado por aumentos. Entonces, aumento de temperatura, aumento de PO2. Aumento de iones de hidrógeno, lo que equivale a una disminución del pH.

Y otra cosa es el aumento de la molécula llamada 2,3-bisfosfoglicérico, cuyo propósito en la vida es hacer que la hemoglobina tenga la forma correcta, ¿de acuerdo? Y me gusta pensar en esto como condiciones que existen cuando hacemos ejercicio. Entonces, cuando hacemos ejercicio, nuestra temperatura sube, nos ponemos más calientes. Cuando hacemos ejercicio, producimos más dióxido de carbono en nuestros tejidos y, como respuesta a esto, hiperventilamos.

Y toda la razón por la que hiperventilamos, y durante el resto de su vida MCAT, y en su carrera médica, debe pensar en la hiperventilación como una descarga de CO2. Y aumentando. O2, por lo que al eliminar el CO2, aumenta el O2. Entonces, la razón por la que hiperventilamos mientras hacemos ejercicio es que estamos tratando de deshacernos del CO2 que hemos creado.

Cuando hacemos ejercicio, nuestra sangre se vuelve más ácida. La producción de lactato contribuye a eso. Y luego, el 2,3-BPG se puede asociar con el ejercicio. Se asocia más comúnmente con los cambios que ocurren en la altitud y lo que sucede cuando estamos anémicos. Pero estos son cuatro cambios que debes conocer con absoluta certeza.

Absolutamente será probado en esto en el MCAT, no puedo garantizarlo a todos y cada uno de ustedes, pero más de la mitad de ustedes necesitarán este conocimiento en su MCAT para responder alguna pregunta. Entonces, los cambios a la izquierda son todos opuestos, disminuyen la temperatura, disminuyen la PCO2, disminuyen la concentración de iones de hidrógeno, disminuyen el 2,3-bisfosfoglicerato. Y lo importante que hay que entender aquí es ¿qué significa este desplazamiento a la derecha y este desplazamiento a la izquierda?

Entonces, dejemos que tomen una concentración determinada de oxígeno, de hecho, tal vez, tomen un poco menos. Así que aquí estamos en este punto, y si trazamos la línea, eso significa que la curva desplazada a la derecha, la hemoglobina, no está saturada de manera muy significativa. De acuerdo, este es un valor bastante bajo. Entonces, la hemoglobina no está realmente interesada en unirse al oxígeno en este punto.

En la curva normal, la hemoglobina se une al oxígeno moderadamente bien. Y en la curva desplazada a la derecha, elegimos un punto de modo que, o en la curva desplazada a la izquierda, elegimos un punto, eso significa que la hemoglobina se une muy bien al oxígeno y la hemoglobina tiene una alta afinidad por el oxígeno. Entonces, como puede ver en la curva desplazada a la derecha, la hemoglobina tiene baja afinidad por el oxígeno, y luego, a medida que avanzamos hacia la normalidad y se produce un desplazamiento a la izquierda, aumenta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.

¿Y eso qué quiere decir? Esto significa que a medida que la hemoglobina que transporta oxígeno fluye a través de la sangre en los tejidos, en la curva desplazada hacia la derecha, no tiene una afinidad muy alta por el oxígeno, por lo que esto facilitará la descarga de oxígeno a los tejidos, en comparación con la curva desplazada hacia la izquierda. , donde en realidad va a facilitar la unión de O2, por lo que retendrá ese oxígeno.

Y esto es bueno en cosas como los cambios a la izquierda son buenos en cualquier condición fisiológica, donde las temperaturas disminuyen o el PSO2 disminuye, los iones de hidrógeno disminuyen o el 2,3-BPG disminuye. También lo vemos en el feto. La hemoglobina fetal tiene una curva desplazada a la izquierda, en comparación con la hemoglobina adulta. ¿Y qué significa eso?

A medida que la sangre del feto entra en contacto con la sangre materna, la curva de disociación de oxígeno de la hemoglobina del feto se desplaza, por lo que se unirá al O2 con más fuerza que la de la madre, y eso facilitará la transferencia de oxígeno de la madre a la madre. feto. Y luego un cambio a la derecha a medida que la hemoglobina fluye a través de la sangre, si estamos haciendo ejercicio, o si somos sépticos, o cualquier otra condición fisiológica que cumpla con estos cuatro criterios de los que hemos hablado.

El oxígeno se descargará de la hemoglobina a los tejidos. Y eso es exactamente lo que queremos en estas condiciones. Cuando hacemos ejercicio, queremos que el oxígeno se descargue fácilmente en nuestros tejidos. Y en esta sección se menciona el efecto Bohr. Y el efecto Bohr es simplemente reafirmar lo que ya he hablado con el pH. El efecto Bohr es que obtenemos un cambio correcto y el pH baja, y la razón por la que sucede, y quiero que se familiarice con cómo.

El dióxido de carbono que tenemos en nuestro cuerpo conduce a un aumento del pH. Entonces, esta reacción que estoy escribiendo aquí muestra que cuando nuestros tejidos producen dióxido de carbono, se combina con el agua en nuestro plasma sanguíneo, y hay una enzima llamada anhidrasa carbónica. Y convierte este CO2 y H2O en bicarbonato, y ese bicarbonato en realidad se disocia en los componentes que ves aquí casi significativos, que es este H +.

Entonces, puede ver que a medida que aumenta la cantidad de CO2 que tenemos en el cuerpo, esto conducirá a un aumento de iones de hidrógeno y condiciones ácidas en la sangre. Por eso, en cualquier momento, como mencioné, es necesario pensar en el dióxido de carbono en la sangre como ácido en la sangre. Entonces, cuando nuestro dióxido de carbono aumenta en nuestra sangre, nuestro pH disminuye en la sangre. Y de acuerdo con el efecto Bohr, cuando el dióxido de carbono sube, el ph baja.

Y el pH y el efecto Bohr, la disminución del pH provocan un cambio a la derecha en la curva. Y solo como recordatorio, nuevamente, hiperventilación, eliminamos CO2, y cuando eliminamos CO2 nos deshacemos del CO2, lo que significa que podemos disminuir la cantidad de iones de hidrógeno en el cuerpo. Y al hacer eso, podemos aumentar el pH. La hipoventilación, por otro lado, cuando estamos hipoventilando, estamos reteniendo CO2 y la cantidad de oxígeno que tenemos en nuestra sangre disminuye.

Por lo tanto, este es un concepto muy importante y altamente probado por MCAT. De hecho, no lo tenía en mi MCAT, supongo que desde que soy uno de los afortunados, parece que hay más estudiantes que no lo han tenido en el suyo.


30.4 Transporte de gases en fluidos corporales humanos

En esta sección, explorará las siguientes preguntas:

  • ¿Cómo se une el oxígeno a la hemoglobina y se transporta a los tejidos corporales?
  • ¿Cómo se transporta el dióxido de carbono de los tejidos corporales a los pulmones?

Conexión para cursos AP ®

El intercambio de gases a nivel tisular también se produce por difusión. La mayor parte del oxígeno transportado desde los pulmones al tejido corporal se une a una proteína llamada hemoglobina. La hemoglobina es una proteína cuaternaria compuesta por cuatro grupos hemo que contienen hierro. El hierro tiene una gran afinidad por el oxígeno. (Sabemos esto porque el hierro se oxida cuando se expone al aire).

La información presentada y los ejemplos resaltados en la sección apoyan los conceptos descritos en la Gran Idea 4 del Marco del Currículo de Biología AP ®. Los Objetivos de Aprendizaje AP ® que figuran en el Marco del Currículo proporcionan una base transparente para el curso de Biología AP ®, una experiencia de laboratorio basada en la investigación, actividades de instrucción y preguntas del examen AP ®. Un objetivo de aprendizaje fusiona el contenido requerido con una o más de las siete prácticas científicas.

Gran idea 4 Los sistemas biológicos interactúan y estos sistemas y sus interacciones poseen propiedades complejas.
Comprensión duradera 4.A Las interacciones dentro de los sistemas biológicos conducen a propiedades complejas.
Conocimiento esencial 4.A.1 Los subcomponentes de moléculas biológicas y su secuencia determinan las propiedades de esa molécula.
Práctica de la ciencia 6.1 El estudiante puede justificar afirmaciones con pruebas.
Práctica de la ciencia 6.4 El estudiante puede hacer afirmaciones y predicciones sobre fenómenos naturales basados ​​en teorías y modelos científicos.
Objetivo de aprendizaje 4.3 El alumno es capaz de utilizar modelos para predecir y justificar que los cambios en los subcomponentes de un polímero biológico afectan la funcionalidad de la molécula.

Una vez que el oxígeno se difunde a través de los alvéolos, ingresa al torrente sanguíneo y se transporta a los tejidos donde se descarga, y el dióxido de carbono se difunde fuera de la sangre hacia los alvéolos para ser expulsado del cuerpo. Aunque el intercambio de gases es un proceso continuo, el oxígeno y el dióxido de carbono son transportados por diferentes mecanismos.

Transporte de oxígeno en la sangre

Aunque el oxígeno se disuelve en la sangre, de esta manera solo se transporta una pequeña cantidad de oxígeno. Solo el 1,5 por ciento del oxígeno de la sangre se disuelve directamente en la sangre. La mayor parte del oxígeno (98,5 por ciento) se une a una proteína llamada hemoglobina y se transporta a los tejidos.

Hemoglobina

Hemoglobina, o Hb, es una molécula de proteína que se encuentra en los glóbulos rojos (eritrocitos) formada por cuatro subunidades: dos subunidades alfa y dos subunidades beta (Figura 30.19). Cada subunidad rodea una central grupo hemo que contiene hierro y se une a una molécula de oxígeno, lo que permite que cada molécula de hemoglobina se una a cuatro moléculas de oxígeno. Las moléculas con más oxígeno unido a los grupos hemo son de color rojo más brillante. Como resultado, la sangre arterial oxigenada donde la Hb transporta cuatro moléculas de oxígeno es de color rojo brillante, mientras que la sangre venosa que está desoxigenada es de un rojo más oscuro.

Es más fácil unir una segunda y tercera molécula de oxígeno a la Hb que la primera molécula. Esto se debe a que la molécula de hemoglobina cambia de forma o conformación a medida que se une el oxígeno. Entonces, el cuarto oxígeno es más difícil de unir. La unión de oxígeno a la hemoglobina se puede representar en función de la presión parcial de oxígeno en la sangre (eje x) frente a la saturación relativa de Hb-oxígeno (eje y). El gráfico resultante, un curva de disociación de oxígeno—Es sigmoidea o en forma de S (Figura 30.20). A medida que aumenta la presión parcial de oxígeno, la hemoglobina se satura cada vez más de oxígeno.

Conexión visual

  1. El pH de la sangre bajará y aumentará la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.
  2. El pH de la sangre aumentará y la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno disminuirá.
  3. El pH de la sangre descenderá y la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno disminuirá.
  4. El pH de la sangre aumentará y también aumentará la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.

Factores que afectan la unión de oxígeno

los capacidad de transporte de oxígeno de hemoglobina determina la cantidad de oxígeno que se transporta en la sangre. Además de P O 2 P O 2, otros factores ambientales y enfermedades pueden afectar la capacidad de transporte y suministro de oxígeno.

Enfermedades como la anemia de células falciformes y la talasemia disminuyen la capacidad de la sangre para transportar oxígeno a los tejidos y su capacidad de transporte de oxígeno. En anemia falciforme, la forma del glóbulo rojo tiene forma de media luna, alargada y rígida, lo que reduce su capacidad para suministrar oxígeno (Figura 30.21). De esta forma, los glóbulos rojos no pueden atravesar los capilares. Esto es doloroso cuando ocurre. Talasemia es una enfermedad genética rara causada por un defecto en la subunidad alfa o beta de la Hb. Los pacientes con talasemia producen una gran cantidad de glóbulos rojos, pero estas células tienen niveles de hemoglobina más bajos de lo normal. Por tanto, la capacidad de transporte de oxígeno se ve disminuida.

Transporte de dióxido de carbono en la sangre

Las moléculas de dióxido de carbono se transportan en la sangre desde los tejidos corporales a los pulmones mediante uno de estos tres métodos: disolución directamente en la sangre, uniéndose a la hemoglobina o transportadas como iones bicarbonato. Varias propiedades del dióxido de carbono en la sangre afectan su transporte. Primero, el dióxido de carbono es más soluble en sangre que el oxígeno. Aproximadamente del 5 al 7 por ciento de todo el dióxido de carbono se disuelve en el plasma. En segundo lugar, el dióxido de carbono puede unirse a las proteínas plasmáticas o puede ingresar a los glóbulos rojos y unirse a la hemoglobina. Esta forma transporta alrededor del 10 por ciento del dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono se une a la hemoglobina, una molécula llamada carbaminohemoglobina se forma. La unión del dióxido de carbono a la hemoglobina es reversible. Por lo tanto, cuando llega a los pulmones, el dióxido de carbono puede disociarse libremente de la hemoglobina y ser expulsado del cuerpo.

El beneficio del sistema tampón de bicarbonato es que el dióxido de carbono se "absorbe" en la sangre con pocos cambios en el pH del sistema. Esto es importante porque solo se necesita un pequeño cambio en el pH general del cuerpo para que se produzcan lesiones graves o la muerte. La presencia de este sistema de amortiguación de bicarbonato también permite que las personas viajen y vivan a grandes altitudes: cuando la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono cambia a grandes altitudes, el sistema de amortiguación de bicarbonato se ajusta para regular el dióxido de carbono mientras se mantiene el pH correcto en el cuerpo. .

Envenenamiento por monóxido de carbono

Mientras que el dióxido de carbono puede asociarse y disociarse fácilmente de la hemoglobina, otras moléculas como el monóxido de carbono (CO) no pueden. El monóxido de carbono tiene una mayor afinidad por la hemoglobina que el oxígeno. Por lo tanto, cuando el monóxido de carbono está presente, se une a la hemoglobina preferentemente sobre el oxígeno. Como resultado, el oxígeno no puede unirse a la hemoglobina, por lo que se transporta muy poco oxígeno a través del cuerpo (Figura 30.22). El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro y, por lo tanto, es difícil de detectar. Es producido por herramientas y vehículos propulsados ​​por gas. El monóxido de carbono puede causar dolores de cabeza, confusión y náuseas. La exposición prolongada puede causar daño cerebral o la muerte. La administración de oxígeno al 100 por ciento (puro) es el tratamiento habitual para la intoxicación por monóxido de carbono. La administración de oxígeno puro acelera la separación del monóxido de carbono de la hemoglobina.


Factores que afectan la unión de oxígeno

los capacidad de transporte de oxígeno de hemoglobina determina la cantidad de oxígeno que se transporta en la sangre. Además, otros factores ambientales y enfermedades pueden afectar la capacidad de transporte y suministro de oxígeno.

Los niveles de dióxido de carbono, el pH sanguíneo y la temperatura corporal afectan la capacidad de transporte de oxígeno (Figura 2). Cuando el dióxido de carbono está en la sangre, reacciona con el agua para formar iones de bicarbonato e hidrógeno (H +). A medida que aumenta el nivel de dióxido de carbono en la sangre, se produce más H + y el pH disminuye. Este aumento de dióxido de carbono y la consiguiente disminución del pH reducen la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. El oxígeno se disocia de la molécula de Hb, desplazando la curva de disociación del oxígeno hacia la derecha. Por lo tanto, se necesita más oxígeno para alcanzar el mismo nivel de saturación de hemoglobina que cuando el pH era más alto. Un cambio similar en la curva también resulta de un aumento en la temperatura corporal. El aumento de la temperatura, como el resultado del aumento de la actividad del músculo esquelético, hace que se reduzca la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.

Figura 3. Los individuos con anemia de células falciformes tienen glóbulos rojos en forma de media luna. (crédito: modificación del trabajo de Ed Uthman, datos de barra de escala de Matt Russell)

Enfermedades como la anemia de células falciformes y la talasemia disminuyen la capacidad de la sangre para transportar oxígeno a los tejidos y su capacidad de transporte de oxígeno. En anemia falciforme, la forma del glóbulo rojo tiene forma de media luna, alargada y rígida, lo que reduce su capacidad para suministrar oxígeno (Figura 3).

De esta forma, los glóbulos rojos no pueden atravesar los capilares. Esto es doloroso cuando ocurre. Talasemia es una enfermedad genética rara causada por un defecto en la subunidad alfa o beta de la Hb. Los pacientes con talasemia producen una gran cantidad de glóbulos rojos, pero estas células tienen niveles de hemoglobina más bajos de lo normal. Por tanto, la capacidad de transporte de oxígeno se ve disminuida.

La hemoglobina es una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos y se compone de dos subunidades alfa y dos beta que rodean un grupo hemo que contiene hierro. El oxígeno se une fácilmente a este grupo hemo. La capacidad del oxígeno para unirse aumenta a medida que se unen más moléculas de oxígeno al hemo. Los estados de enfermedad y las condiciones alteradas en el cuerpo pueden afectar la capacidad de unión del oxígeno y aumentar o disminuir su capacidad para disociarse de la hemoglobina.


Significación clínica

Varios factores fisiológicos pueden desplazar la curva de disociación del oxígeno hacia la izquierda o hacia la derecha. Un desplazamiento hacia la derecha favorece la descarga de oxígeno en comparación con la curva original a la misma tensión de oxígeno. Por el contrario, la carga de oxígeno se ve favorecida con un desplazamiento hacia la izquierda con la curva de disociación de oxígeno. Los aumentos en la tensión de dióxido de carbono, la disminución del pH (acidez), el aumento de 2,3-DPG y los aumentos de temperatura desplazan la curva hacia la derecha. Esto es útil para llevar oxígeno a los tejidos metabólicamente activos, que metabolizan el oxígeno y la glucosa en CO2 y ácidos orgánicos. La relación entre la acidez, el CO2 y la afinidad de la hemoglobina O2 se denomina efecto Bohr. Un aumento de CO2 disminuirá el pH e inducirá la descarga de oxígeno. 2, 3-DPG es un intermedio glucolítico producido en cantidades más altas en el estado de bajo ATP y alto ácido. Se une directamente a la desoxihemoglobina y favorece la descarga de los átomos de O2 restantes, mejorando la liberación. La temperatura es la relación más fácil de entender. A temperaturas más altas, se favorece la descarga porque el aumento de la energía térmica favorece reacciones anteriormente desfavorables. Curiosamente, el aumento de CO2 y la disminución del pH también son estímulos potentes para la vasodilatación, lo que mejora el suministro de O2 a los tejidos metabólicamente activos. [8] [9]

Fetal HgB (alpha2gamma2) introduces a leftward shift of the curve, favoring O2 binding to hemoglobin at lower oxygen tension. This is favorable in the womb, to allow the growing fetus to pull O2 from the maternal circulation. In the treatment of sickle cell disease, treatment with hydroxyurea has been shown to increase levels of circulating fetal hemoglobin. These patients will have higher oxygen tension, which favors the O2 bound form, which helps prevent the hemoglobin from sickling and causing an acute crisis.

The dissociation curve also undergoes a leftward shift in carbon monoxide poisoning. CO has a 240-fold greater affinity for hemoglobin than oxygen and will displace oxygen. This favors retention of O2 (keeping hemoglobin in the tense state) on hemoglobin at peripheral tissues. Despite a greater proportion of saturated hemoglobin molecules, total O2 content is decreased because of the high affinity of CO for hemoglobin.

At high elevation, oxygen binding and delivery are more complicated. Initially, with decreased atmospheric O2 tension, unloading of oxygen at peripheral tissues is favored. This is because, given a sufficiently low atmospheric pO2, loading, carriage of oxygen, and unloading all take place on the sloped section. This also induces hyperventilation and transient respiratory alkalosis. This mild hypoxia leads to acidosis, increased 2,3 DPG, and a rightward shift (see above), usually on day 2 or 3. Chronic hypoxia (weeks) leads to increased erythropoietin released by the kidney, an increase in hematocrit, and a rise in O2 content back to normal (but potentially at a lower saturation).

As discussed, drops in pH promote oxygen unloading, but the venous blood is not appreciably more acidic than arterial blood due to the Haldane effect. Deoxygenation in the periphery promotes carbaminohemoglobin (CO2-Hgb) formation, binding up of H+, and release of bicarbonate. This allows for effective buffering between the arterial and venous ends of the circulation, and for efficient carriage of a significant portion of the CO2 pool. The fewer oxygen atoms bound, the more H+ can be accommodated, and bicarbonate can be produced.


Quantitative measurement of oxygen affinity in a single red blood cell

Scanning electron micrograph of blood cells. From left to right: human erythrocyte, thrombocyte (platelet), leukocyte. Credit: public domain

Researchers report a system that quantitatively measures cell volume, hemoglobin mass, and oxygen saturation in individual red blood cells. They found that oxygen affinity is different for individual red blood cells. These differences are likely due to the cellular environment rather than hemoglobin concentration.

According to lead author, Dr. Guiseppe Di Caprio, "We developed an optofluidic measurement system to quantify the oxygen affinity of a large collection of red blood cells, and we find remarkable differences in binding strength on a single cell level relative to the bulk average."

Guiseppe Di Caprio, Chris Stokes, John M. Higgins, and Ethan Schonbrun from the Rowland Institute at Harvard University, Harvard Medical School, and Massachusetts General Hospital have developed a system that mimics the circulatory system and coupled it with an optical technique that can provide quantitative in vivo information of individual red blood cells. " Their work appears in the procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Oxygen affinity is an important clinical parameter that hematologists use to diagnose several conditions. The clinical measure that is often used for this is the p50 number, which is the partial pressure of oxygen when a person's hemoglobin, the oxygen-carrying molecule found red blood cells (RBCs), is 50% saturated with oxygen. Each RBC has a certain amount of hemoglobin in it. If one measures the partial pressure of oxygen and measures the amount of oxygen-filled hemoglobin compared to unfilled hemoglobin, this will provide enough information to make an oxygen dissociation curve. This curve is used to find a p50 number.

Several factors can affect hemoglobin's affinity for oxygen (i.e., shift the oxygen dissociation curve) such as temperature, pH, and the concentration of 2,3-diphosphoglycerate within the RBC. While clinicians can measure individual RBC's mass and volume, this research is the first to look at how these factors affect oxygen affinity in individual RBCs.

Di Caprio et al.'s method combines biomimetic technology with microfluidic cytometry. Biomimetics is an advancing field that combines biology with engineering. As the name implies, scientists build devices that mimic biological processes or environments. This allows for in vitro studies that mimic in vivo conditions. In this study, Di Caprio et al.'s system mimics the circulatory system.

Their device has three layers: one for RBCs to flow, a gas-permeable membrane, and another for oxygen flow. Importantly, because Di Caprio et al. seek to make quantitative measurements, they designed the system so that the partial pressure of oxygen can be controlled. This allowed them to relate RBC oxygen saturation with pressure. As RBCs flow through the device, they equilibriate with the oxygen, coming to a saturation point. They can then determine cell volume using optical imaging of the saturated RBCs.

Hemoglobin mass can be determined using a quantitative absorption cytometry technique that was previously reported by this group. While previous studies measured the total hemoglobin by looking at a single wavelength (410 nm), the current study looks at a second wavelength (430 nm) to distinguish free hemoglobin with oxygen-bound hemoglobin. By imaging the same cell at both wavelengths, absorbance can be related to oxygen saturation in a single cell.

After testing and confirming their system, the next step was to investigate the kinetics of oxygen saturation. By changing the geometry of their microfluidic analyzer, Di Caprio et al. were able to examine the oxygen binding kinetics for RBCs in fluidic conditions. They determined when and where in their analyzer RBCs reached their oxygen saturation point and confirmed that all RBCs are saturated when they are imaged. This confirms that any variation in oxygen affinity between individual cells is not due to kinetic issues, leaving hemoglobin concentration and/or the cell's cytosolic environment as the probable factors for differences in oxygen affinity.

Because this study deals with high throughput data (approximately 2,000 RBCs at a time) at different concentrations of oxygen, the authors were able to report mean and standard deviation measurements at a particular temperature and pH. Future studies would involve changing temperature and pH to see how this changes individual cell oxygen uptake. They found that standard deviation was highest when the dissociation curve was steepest, which was also at the pressure where oxygen saturation varied the most between individual cells.

Statistical analyses of RBCSs at this level of oxygen showed a correlation between hemoglobin concentration and oxygen saturation: the higher the hemoglobin concentration, the greater the saturation value. However, studies with the same sample using isotonic and hypotonic buffers to create an osmotic gradient showed that changes in hemoglobin concentration did not change oxygen affinity. This means the differences in oxygen affinity between individual RBCs is due to something within the cellular environment. The authors suggest that it is due to differences in the concentration of 2, 3-diphosphoglycerate, a key regulator of oxygen affinity, within the cytosol.

When asked about the implications of their research, co-author Dr. Ethan Schonbrun states, "We believe that the characterization of single cell oxygen affinity could be extremely valuable in hematology, in both anemia diagnostics and to better understand the physiology of the healthy hematological system."


Ver el vídeo: Curva de disociación O2 y CO2 (Noviembre 2022).