El amortiguador más importante del plasma sanguíneo, es el amortiguador bi- carbonato/ácido carbónico, también presente en los eritrocitos pero a menor concentración. Puede este tampón amortiguar variaciones de la concentración de iones [H] tanto en casos de “acidosis” como de “alcalosis”.
Su eficacia se basa en su elevada concentración en el plasma y en el hecho de que tanto el bicarbonato como el ácido carbónico pueden ser eliminados como CO2 ó pueden aumentar por retención de CO2 cuando así se requiera
para contrarrestar variaciones del pH del medio.
El CO2 (gas) producido en procesos metabólicos tisulares, es transportado por la
sangre a los pulmones para su intercambio por O2.
Debido a la continua producción de CO2 por las células de los tejidos (durante
la combustión de los hidratos de carbono y de las grasas), hay una importante diferencia de concentración de CO2 entre las células tisulares, el plasma san-
guíneo y los eritrocitos, lo que conlleva a un desplazamiento a través de las membranas celulares al plasma y a los eritrocitos.
En el plasma sanguíneo, el CO2 gas se haya en equilibrio con el CO2 disuelto.
El equilibrio entre el CO2 (gas) y el CO2 (d) viene dado por la Ley de Henry (la so-
lubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas): [CO2]d D (ppCO2)
D 3,01 u 102 a la pp normal alveolar de 40 mm de Hg
Una pequeña porción del CO2 disuelto presente en el plasma se mantiene
como tal [CO2]d, y otra pequeña parte reacciona con agua para formar H2CO3
CO2 (d) H2O
k1
H2CO3 (8)
pero la mayor parte del CO2 disuelto en el plasma penetra en los eritrocitos
sanguíneos donde también sufre el proceso de hidratación para formar H2CO3
a expensas de un enzima, la “anhidrasa carbónica”, un enzima que acelera extraordinariamente la velocidad en ambos sentidos de la reacción (8).
La importancia de la acción enzimática es fácil de comprender, así en ausen- cia del enzima, durante el tiempo que tarda en pasar la sangre por los capila-
res pulmonares, no podría perder el CO2, mientras que la acción enzimática
facilita la liberación de CO2 en un tiempo suficientemente breve.
El H2CO3 es un ácido moderadamente fuerte que puede disociarse según la
ecuación (9) en anión bicarbonato e hidrogeniones: H2CO3
k2
HCO3 H (9)
Así las dos reacciones anteriores pueden escribirse: CO2 H2O k1 H2CO3 k2 HCO3 H (10) siendo k k1u k2 7,9 u 107.
La ecuación de Henderson-Hasselbach aplicada a este amortiguador puede escribirse así:
pH 6,1 log [HCO3]
[CO2 H2CO3]
siendo 6,1 el pK de las 2 reacciones anteriores.
Para calcular la relación sal/ácido que corresponde a la sangre, tomando un valor de pH fisiológico de 7,4 resulta:
log [HCO3]
[CO2 H3CO3]
7,4 6,1 1,3
donde considerando despreciable la concentración de H2CO3 (ya que sólo
1/1.000 del CO2 se transforma en ácido libre), se puede formular:
log [HCO3]
[CO2]
1,3 esto es, [HCO3
]
[CO2]
20 1
todo cambio en la relación 20/1 significa, como es evidente, variación del pH. Pero puede la ecuación de Henderson-Hasselbach expresarse en función de la presión parcial de CO2 (ppCO2), dado que la solubilidad del CO2 en la sangre
viene dada por la ley de Henry como ya hemos indicado. pH 6,1 log [COOH]
3,01 u 102u (ppCO 2)
El pH de la sangre se mantiene siempre alrededor de 7,4. Si el pK del CO2 es
de 6,1 ¿como puede contribuir el tampón HCO3/CO2 a mantener el pH alre-
dedor de 7,4 ya que sabemos que un tampón sólo es eficaz en la región de su pK; la clave está en que “in vivo”el tampón HCO3/CO2 es un sistema abier-
to en el que la concentración de CO2 disuelto se mantiene constante ya que
Hemoglobina
Además de su conocida función como transportador de oxígeno, la hemoglo- bina juega un importante papel como tampón de la sangre. Es el amortigua- dor de la sangre que mayor importancia fisiológica tiene por su capacidad cuantitativa en el transporte y neutralización de los hidrogeniones.
En cualquier momento la hemoglobina, en la sangre, se presenta como una mezcla de formas oxigenada, oxihemoglobina y desoxigenada, desoxihe-
moglobina.
Cualquiera de las dos formas de hemoglobina, la desoxi y la oxihemoglobina, están presentes como una mezcla de ácido y sal potásica, dependiendo (figura 1.5) la proporción de cada una de ellas de la concentración de O2 y del pH de
la sangre.
FIGURA 1.5. Curvas de disociación de la hemoglobi-
na oxigenada y reducida. A pH 7,3 el 80% de la Hb oxigenada y el 20% de la reducida están en forma salina. Fisiológicamente actúan como dos sistemas amortiguadores diferentes pero interconvertibles.
Así la “oxihemoglobina” representa una mezcla de H oxihemoglobina, (HHbO2) (ácido conjugado) y oxihemoglobina (HbO2–) (base conjugada ó
sal) y la “desoxihemoglobina” es también una mezcla de H desoxihemoglo-
bina (HHb), (ácido conjugado) y desoxihemoglobina (Hb–) (base conjuga-
Hb HHb (ácido) pKa 7,9 Hb (sal) HbO2 HHbO2 (ácido) pKa 6,7 Hb2 (sal)
La diferencia que existe entre las pKa de ambas formas de hemoglobina en función de la oxigenación o desoxigenación es debido a que la hemoglobina contiene muchos grupos ionizados, en particular influye en este cambio de pKa el grupo imidazólico del aa. Hys 146 que tiene la especial propiedad de modificarse según el grado de oxigenación de la molécula de hemoglobina. Así la pKa de esta Hys tiene el valor de 6,7 en la oxihemoglobina y cuando la hemoglobina pierde O2 aumenta hasta 7,9, lo que se debe a que en la desoxi-
Hb la carga local del entorno de este aa. se vuelve más negativa y la Hys ad- quiere entonces mayor afinidad por los H.
Por ello de los dos ácidos [HHb, pKa 7,9 y HHbO2, pKa 6,7], el más fuer-
te es el correspondiente a la oxihemoglobina.
Vamos a estudiar los equilibrios que se producen para las cuatro formas de la hemoglobina, según la sangre es transportada de los pulmones a los tejidos ó viceversa. La hemoglobina de los eritrocitos llega a los pulmones principal- mente como mezcla de las formas desoxigenadas HHb Hb(figura 1.6).
HHb O2 KO2 1 1 HHbO2 7 pKa 7,9 2 pKa 6,7 Hb O2 KcO2 0,032 4 HbO2 H alimento H HCO3 3 H2O CO2n 6 CO2 H2O Renueva el HCO3 0 FIGURA 1.6.
En los pulmones, la hemoglobina se une al oxígeno; el equilibrio se desplaza así a la derecha (reacción 1). Ya hemos dicho que la HHbO2 es un ácido más
fuerte que la HHb. Como resultado, el equilibrio se desplaza hacia abajo (re- acción 2) y se desprenden H (efecto Haldane).
El incremento de [H] es neutralizado por el CO
3H plasmático (reacción 3), lo
que provoca al mismo tiempo que la eliminación de H, el desprendimiento
del CO2 a la atmósfera.
La hemoglobina oxigenada HbO2 así formada en los pulmones, (base conjuga-
da a pH 7,4), se transporta a los tejidos, donde la baja presión parcial de O2
provoca que se desplace el equilibrio horizontal hacia la izquierda (reacción 4). En los tejidos, se libera el O2, y como la Hb es una base más fuerte que la
HbO2 (como es lógico, si la HHbO2 es un ácido más fuerte que la HHb); el
equilibrio vertical se desplaza hacia arriba (reacción 7) captando los iones H
de los que se producen a partir de la oxidación de los alimentos (reacción 6), con lo que éstos H son eliminados en forma de HHgb (efecto Bohr). Por su-
puesto ambos desplazamientos ocurren simultáneamente.
Pero además hay que destacar que también la HbO2 puede captar los H que
en la sangre se producen desde el CO2 gaseoso que pasa a ella procedente del
metabolismo de los tejidos. Éste, en los eritrocitos y a expensas de un enzima, la anhidrasa carbónica, rinde H2CO3, el cual se disocia, como ya sabemos,
en iones bicarbonato e hidrógeno, que harían descender el pH, de no ser rápi- damente captado por la HbO2 que así se reduce.
Conforme el bicarbonato de los eritrocitos se eleva más que el plasmático, sale bicarbonato de la célula y se intercambia por cloruros (desplazamiento de cloruros).
Este efecto compensador del pH puede expresarse globalmente como un equi- librio conjunto, en el cual intervienen los gases: O2 y CO2.
HbO2 CO2 H2O HbH HCO3 O2
esto es, la HbO2 ha captado los H cedidos por la disociación del H2CO3 y ha