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CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HEMOGLOBINA

CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HEMOGLOBINA. Cátedra I de Fisiología Humana-Facultad de Medicina- Universidad Nacional del Nordeste Enacán, Rosa Elizabeth Abraham, María Raisa. TRANSPORTE DE OXÍGENO POR LA SANGRE.

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CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HEMOGLOBINA

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  1. CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HEMOGLOBINA Cátedra I de Fisiología Humana-Facultad de Medicina- Universidad Nacional del Nordeste Enacán, Rosa Elizabeth Abraham, María Raisa

  2. TRANSPORTE DE OXÍGENO POR LA SANGRE El transporte de oxígeno por la sangre es esencial para un correcto metabolismo celular en todos los tejidos del organismo. El O2 es transportado bajo dos formas: • Un pequeño porcentaje circula disuelto en el plasma, debido a que su solubilidad en el mismo es muy baja (0,3 ml de O2 en 100 ml de sangre arterial). • El restante 97% es transportado en unión reversible con la hemoglobina.

  3. POR TANTO EN CONDICIONES NORMALES: EL O2 ES TRANSPORTADO A LOS TEJIDOS CASI EN SU TOTALIDAD POR LA HEMOGLOBINA.

  4. HEMOGLOBINA La hemoglobina es una proteína conjugada de 64.400 daltons. Está formada por 4 subunidades . Cada subunidad está constituida por una porfirina que contiene hierro en estado ferroso (grupo hem) unida a una cadena polipeptídica. La Hb A, que constituye más del 95% de la Hb normal del adulto está formada por 2 cadenas αy 2 cadenas ß como observamos en la siguiente figura.

  5. ß α grupoHEM Fe++ α ß Fisiología de la Respiración. Fabiola León-Velarde. Dpto de Ciencias Biológicas y Fisiológicas.

  6. El hem, a nivel de los átomos de Fe se combina en forma reversible con una molécula de O2constituyendo una reacción de oxigenación(no de oxidación). Cada molécula de Hb reacciona entonces con 4 moléculas de O2. www.nlm.nih.gov/.../ esp_imagepages/19510.htm

  7. La Hb presenta 2 estructuras estables y distintas. Oxihemoglobina. Desoxihemoglobina. En su conformación desoxihb o T (tensa) tiene muchos puentes salinos entre las subunidades y dentro de ellas. A medida que capta sucesivas moléculas de O2,estos puentes se rompen y alcanza una conformación oxigenada o R (relajada). apollo11.tripod.com.br/

  8. Estas reacciones ocurren en forma secuencial, es decir que la reacción de un hem con el O2 afecta la estructura que rodea a los hemos restantes produciendo un cambio conformacional. Así, la unión de la cuarta molécula de O2 es más fácil que la primera. Esta interacción hem-hem es una expresión de las propiedades alostéricas de la Hb.

  9. Comencemos a pensar: Con respecto al transporte de oxígeno en la sangre, señale la opción correcta: • El oxígeno presenta alta solubilidad en el plasma, por lo que se transporta principalmente disuelto en el mismo. • El O2 se transporta únicamente unido a la Hb, ya que no es un gas soluble en plasma. • Un pequeño porcentaje de O2 se transporta en combinación con la Hb y un 97% aproximadamente disuelto en plasma. • El O2 es transportado en su mayor parte mediante la combinación de 4 moléculas de oxígeno con los grupos hem de cada molécula de Hb. Rta: d Indique la opción incorrecta: • La Hb es una proteína conjugada que tiene la propiedad de combinarse en forma irreversible con 4 moléculas de oxígeno. • La oxiHb presenta una conformación R (relajada) debido a la ruptura de puentes salinos al captar las moléculas de oxígeno. • La oxigenación de los hemos de la Hb no se realiza en forma simultanea, este fenómeno se denomina interacción hem-hem. • La Hb también puede presentarse en estado tenso, por uniones electrostáticas entre las cadenas de globina . Rta: a

  10. ALGUNOSCONCEPTOS IMPORTANTES Capacidad de O2 de la Hb: • Es la cantidad de O2que se combina con la Hb a presiones parciales de O2 (PO2) elevadas. 1 g de Hb transporta 1,34 ml de O2 y como en la sangre la Hb se halla en una concentración normal de 15 g/100ml, la capacidad será igual a : 1,34 × 15 = 20,1 ml de O2/100 ml.

  11. Porcentaje de saturación de la Hb: Es el porcentaje de grupos hem unidos a O2. % de sat.= O2 combinado con Hb x100 capacidad de O2 Con una PO2normal en sangre arterial de 95 mmHg, la saturación de la Hb es del 97%, y se combina con 19,5 ml de O2/100 ml de sangre, mientras que, en la sangre venosa mixta (PO2=40 mmHg) es del 75%.

  12. Coeficiente de utilización de la Hb: • Es la fracción de Hb que cede su O2 a los tejidos cuando la sangre pasa por los capilares tisulares. • En condiciones de reposo, es de aproximadamente el 25%, es decir que de 20 ml de O2, la Hb cede a los tejidos solamente 5 ml de O2por cada 100 ml de sangre. • Durante el ejercicio intenso los requerimientos tisulares de O2 aumentan y en consecuencia, el coeficiente de utilización aumenta hasta un 75%(15 ml de O2), aumentando hasta 3 veces la oferta de O2.

  13. Apliquemos estos conceptos para responder las siguientes preguntas: • Un paciente anémico tiene una concentración de Hb de 10g/100 ml de sangre, con pulmones normales y una PO2 arterial de 95 mmHg. ¿ Cuál será su capacidad de O2? Rta : 13,4 ml de O2, por cada 100 ml de sangre • En el mismo paciente, teniendo en cuenta dicha capacidad y que el % de saturación de la Hb es del 97%, ¿Cuál será el volumen de O2 que es transportado en combinación con la Hb por cada 100 ml de sangre? Rta : 12,99 ml de O2

  14. Analicemos: Con respecto a las siguientes afirmaciones: A- La Hb es una proteína con propiedades alostéricas. B- La reacción de un hem con el oxígeno afecta la estructura que rodea a los hemos restantes. • La primera es falsa y la segunda es verdadera. • Ambas afirmaciones son falsas. • Ambas afirmaciones son correctas y están relacionadas. • Ambas afirmaciones son verdaderas y no presentan relación. Rta:c En relación a las propiedades de la Hb: • Durante el ejercicio intenso aumentan los requerimientos tisulares de oxígeno y por lo tanto aumenta el coeficiente de utilización de la Hb. • El coeficiente de utilización de la Hb también aumenta al pasar por los capilares pulmonares. • El porcentaje de saturación de la Hb en sangre venosa en condiciones de reposo es mas de un 90 % menor que en sangre arterial. • La afinidad de la desoxihemoglobina por el O2 es alta, de manera que a bajas PO2 alveolares esta molécula se satura totalmente. Rta: a

  15. Ahora estás en condiciones de analizar la curva de disociación de la Hb… Esta curva nos permite estudiar muchas de las propiedades de la Hb. Te recomendamos leer cuidadosamente la siguiente figura para una mejor comprensión de los puntos que detallamos a continuación…

  16. CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HB

  17. Usemos la curva para seguir la ruta del O2 desde los pulmones a los tejidos… • La curva expresa la relación que existe entre la PO2(eje horizontal) yel % de saturación de la Hb(eje vertical). A una PO2 normal en sangre arterial (95 mmHg) el % de saturación de la Hb es del 97%. • Cuando la PO2 aumenta por encima de 100 mmHg, la Hb no puede combinarse con mayor cantidad de O2. Esto ocurriría cuando la PO2 alveolar asciende sobre su nivel normal de 104 mmHg, como ocurre al estar en zonas de aire comprimido, por ejemplo en la profundidad del mar o cámaras presurizadas.

  18. A una PO2 entre 100 y 70 mmHg se producen pocos cambios en la cantidad de O2 captado por la Hb. Esto se grafica como la zona plana de la curva. Aquí, el descenso de la PO2 disminuye la saturación de O2 sólo un 5% aproximadamente. Esto nos permite escalar una montaña, volar un aeroplano o vivir a grandes alturas (donde la PO2 alveolar y arterial son menores) sin que resulte alterada significativamente la cantidad de O2 que es transportado por la sangre. Con una PO2 entre 40 y 10 mmHg la curvase vuelve descendente, favoreciendo así la liberación de O2 de la Hb en los tejidos. Esta PO2 es la que hallamos en tejidos que poseen un alto y activo metabolismo.

  19. Lo más llamativo es que : La curva presenta una forma sigmoidea(en forma deS), aún cuando los dos ejes (% de sat. Y PO2) sean escalas uniformes (gráfico cartesiano). ¿Por qué sucede ésto? Esto se debe a que la afinidad de la Hb por el O2no es la misma en todo el rango de PO2. Se puede ver que para PO2 bajas, la afinidad es baja, y cuando la PO2 se eleva, la afinidad es mayor.

  20. ¿Qué ventajas fisiológicas piensas que tiene esta situación? La parte superior de la curva, casiplana, ayuda a la difusión del O2 a través de la barrera hemato-gaseosa en los pulmones y de esta manera, aumenta la carga de O2 por la sangre. Una ventaja adicional, es que las pequeñas disminuciones de la PO2 del gas alveolar apenas afectan el contenido de O2 de la sangre arterial y en consecuencia, la cantidad de O2 disponible para los tejidos. La parte inferiormásempinada, significa que los tejidos periféricos pueden extraer gran cantidad de O2 con sólo una pequeña disminución de la PO2 tisular.

  21. Así como la afinidad de la Hb no es la misma en todo el rango de PO2, los 4 sitios de la Hb que se pueden unir con O2, NO tienen la misma afinidad con dicho gas. Esto se debe a un fenómeno, conocido con el nombre de cooperatividad, el cual indica que cada grupo hemno actúa en forma independiente. Cuando el O2 ocupa el primer sitio, aumenta la afinidad de los otros en forma sucesiva. Por lo tanto, podemos afirmar que: “Una molécula de Hb con 4 grupos hem no es lo mismo que 4 moléculas de Hb con un grupo hem cada una”

  22. Hora de pensar: De las características de la curva se deduce que: • La afinidad de la Hb es la misma en todo el rango de PO2, esto permite la vida a grandes alturas. • Los tejidos con metabolismo aumentado facilitan la liberación de oxígeno por parte de la Hb. • Entre una PO2 de 100 y 70 mmHg, la zona plana de la curva, disminuye la saturación de oxigeno de la Hb en un 50%. • A bajas presiones parciales de O2 la Hb tiende a mantener su estado deoxihemoglobina. Rta:b La ventaja fisiológica de la forma sigmoidea de la curva es que: • La parte descendente de la curva permite la extracción por parte de los tejidos de una pequeña cantidad de oxígeno ante una gran disminución de la PO2 tisular. • La curva, en realidad, no presenta ventajas fisiológicas ya que la afinidad de la Hb no se ve afectada por variaciones de la PO2. • La parte superior (plana), significa que con considerables disminuciones de la PO2 alveolar se afecta mínimamente el contenido de O2 de la sangre arterial. • La zona plana representa la difusión de oxígeno en los capilares tisulares. Rta:c

  23. Podemos afirmar que la curva de disociación oxígeno- hemoglobina es: Una curva sigmoidea en la cual ante importantes aumentos de la PO2 ,por encima de 100 mmHg, la Hb puede combinarse con mayor cantidad de O2. Una curva hiperbólica, que expresa la relación que existe entre la PO2 y el % de saturación de la Hb. Una curva sigmoidea, en la cual se observan grandes cambios en la cantidad de O2 unido a la Hb a muy bajos valores de PO2. Una curva hiperbólica que facilita la liberación de oxígeno a los tejidos aún a altas PO2 Rta: c

  24. P50 P50=27 mmHg

  25. La p50 es un indicador del estado de la curva. Es la PO2a la cualla Hb está saturada al 50% con O2. Su valor en condiciones normalesde reposo es de 27 mmHg. Su aplicación práctica consiste en que mientras mayor sea su valor, menor será la afinidad de la Hb por el O2, y mientras menor sea dicho valor, mayor será la afinidad de la Hb.

  26. ¿ Entendimos ? Conocer el valor de P50 es útil porque: • Indica si hay una cantidad de hemoglobina normal. • Relaciona el porcentaje de saturación de la Hb - O2 con respecto a la PCO2. • Las variaciones de su valor indican variaciones en la afinidad de la Hb por el oxígeno. • El aumento de su valor es un índice de que los tejidos están recibiendo menos O2. Rta:c

  27. Señale la respuestaincorrecta: En situación de reposo la Hb se satura al 50% con O2 a una PO2 de aproximadamente 27 mmHg. La Hb de la sangre arterial está saturada en un 97% a una PO2 de 100 mmHg. La unión del O2 al hem convierte el Fe ferroso a férrico. A una PO2 de 40 mmHg (sangre venosa) el % de saturación de la Hb es de alrededor del 75%. Rta: c

  28. ¿Que significa un desplazamiento de la curva? Podemos hablar de: • Desplazamiento de la curva a la derecha. • Desplazamiento de la curva a la izquierda. • Cuando decimos que existe un desplazamiento a la derecha, significa que la afinidad de la Hb por el O2 ha disminuido y ,en consecuencia, la Hb cede más O2.

  29. En el caso de que el desplazamiento sea a la izquierda, la afinidad ha aumentado, ya que a una misma PO2 la saturación de la Hb es mayor y por lo tanto en ésta situación se libera menos O2. Entonces: las Propiedades ideales de la Hb como Transportador de O2 se basan en que su afinidad aumenta cuando tiene que tomar O2, como ocurre al pasar por los pulmones, y que ésta disminuye cuando tiene que cederlo, como cuando circula por los tejidos.

  30. FACTORES QUE DESPLAZAN LA CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HB • Concentración de iones hidrógeno (H+), que determinan el Ph • PCO2 • Temperatura • Concentración de 2,3difosfoglicerato • Caso especial: CO

  31. Analicemos los distintos factores… Concentración de H+ y pH: Un aumento de la concentración de H+ (es decir una disminución del pH), al disminuir la afinidad de la Hb por el O2, aumenta la liberación del mismo y desplaza la curva hacia la derecha. Ésto ocurre en los tejidos, donde el pH es ligeramente más ácido que a nivel pulmonar, debido a la mayor PCO2.

  32. PCO2: El CO2 que se produce en los tejidos pasa al agua intersticial y al agua plasmática. Allí se hidrata dando ácido carbónico, de acuerdo a la reacción: CO2+ H2OCO3H2HCO3-+ H+ El efecto del CO2 sobre la afinidad de la Hb se debe al aumento de la concentración de H+.

  33. Aumento de la liberación de O2 a los tejidos cuando ↑ PCO2 y la [H+]: EFECTO BOHR El desplazamiento de la curva en respuesta a el aumento del CO2 y los hidrogeniones sanguíneos (ej. ejercicio) tiene el efecto de facilitar la liberación de O2 de la sangre a los tejidos. Denominamos a ésto efecto Bohr, y podemos explicarlo de la siguiente manera: Cuando la sangre pasa a través de los capilares pulmonares, el CO2 difunde desde la sangre a los alvéolos, esto reduce la PCO2 de la sangre y disminuye la concentración de iones H+ por la disminución del H2CO3.

  34. (continuación) El descenso de la concentración de H+ facilita la saturación de la hemoglobina con O2, Cuando la sangre alcanza los capilares tisulares, se produce el efecto contrario, el aumento de CO2 facilita la cesión del O2 por parte de la Hb y se libera más O2 a los tejidos. Para comprender mejor, observa la siguiente figura que ilustra ambos procesos:

  35. Pulmones Tejidos http://people.eku.edu/ritchisong/301notes6.htm http://people.eku.edu/ritchisong/301notes6.htm http://people.eku.edu/ritchisong/301notes6.htm

  36. Temperatura: A una determinada PO2, un aumento de la temperatura aumenta la disociación, debilitando la unión entre la Hb y el O2, disminuye así la afinidad por el mismo y desplaza la curva hacia la derecha. En condiciones de hipotermia, se produce el efecto contrario, aumenta la afinidad por el O2 y desplaza la curva hacia la izquierda. El efecto del cambio de temperatura es significativo, un incremento de 10º C casi duplica la P50 de la Hb.

  37. 2,3 difosfoglicerato (2,3 DPG): Es un anión que se encuentra en alta concentración en los eritrocitos. Altera la afinidad de la Hb por el O2 mediante dos mecanismos: • Se une a las cadenas ß de la desoxihb pero no a las de oxihb. • Disminuye el ph intracelular ya que presenta 5 grupos ácidos. Un aumento en la concentración de 2,3 DPGdesplaza la curva a la derecha, haciendo que se libere más O2. Esto ocurre luego de una hora de ejercicio, en condiciones de anemia, en las alturas y en situaciones de hipoxia crónica.

  38. La Curva durante el Ejercicio En el ejercicio, varios factores desplazan la curva hacia la derecha. Los músculos que se ejercitan liberan grandes cantidades de CO2,. A ello se suma el aumento de ácido láctico,y ambos efectos aumentan la concentración de hidrogeniones en la sangre capilar tisular. Además, la temperatura del músculo con frecuencia se eleva 2 o 3 ºC. En el ejercicio físico también se produce un aumento del 2,3 DPG como vimos anteriormente. Todos estos factores actúan juntos para desplazar la curva hacia la derecha, permitiendo una mayor liberación de O2 a los músculos.

  39. Repasemos… La afinidad de la Hb disminuye, la curva se corre a la derecha y la P50 aumenta cuando: ↑ [H+] y ↓ Ph ↑ PCO2 ↑ Temperatura ↑ [2,3 DPG]

  40. Factores que desplazan la Curva hacia la Derecha

  41. (continuación) La afinidad Hb – O2 aumenta , la curva se corre a la izquierda y la P50 disminuye cuando: ↓ [H+] y ↑ Ph ↓ PCO2 ↓ Temperatura ↓ [2,3 DPG]

  42. Factores que desplazan la curva hacia la izquierda

  43. Caso especial: CO El monóxido de carbono interfiere con la función de transporte de O2 de la sangre por combinación con la Hb para formar carboxihb (COHb). El CO tiene aproximadamente 250 veces más afinidad por la Hb que el O2. La mayor afinidad significa que las personas expuestas en forma inadvertida a pequeñas concentraciones de CO en el aire, como por ejemplo, durante un incendio, pueden tener una gran proporción de su Hb como COHb y por lo tanto no disponible para transporte de O2. El COdesvía la curva de disociación de O2 hacia la izquierda. La administración de O2 al 100% induce la lenta disociación del gas.

  44. Otra vez llegó el momento de pensar… ¿Por qué es peligroso inhalar CO, aún en pequeñas cantidades?. Porque: • Aumenta la afinidad de la Hb por el CO2. • Se difunde a los tejidos impidiendo la entrada de oxígeno a los mismos. • Tiene una afinidad 250 veces superior por la Hb que el oxígeno impidiendo que esta transporte O2 • Desvía la curva hacia la derecha aumentando el valor de la p50. Rta:c La disociación del CO de la Hb: • Requiere 8 a 12 hs a concentraciones de oxígeno normales y se acelera con la administración de O2 al 100%. • Es tan rápida como su asociación. • Se modifica con la administración de O2 . • Ninguna es correcta. Rta:a

  45. Marque la opción falsa: El 2,3 DPG es un anión intraeritrocitario que ↓ la afinidad de la Hb por el O2 desplazando la curva hacia la derecha. En condiciones de hipotermia, la P50 será menor expresando una mayor afinidad de la Hb por el O2. El efecto Bohr explica que la mayor afinidad de la Hb por el O2 se debe a un aumento del 2,3 DPG en condiciones de hipoxia. El descenso del pH en los capilares tisulares produce mayor liberación de O2 a este nivel. Rta: c Durante el ejercicio físico: Se observa un desplazamiento de la curva de disociación hacia la derecha. Se liberan grandes cantidades de CO2 que junto al aumento de la temperatura favorece la mayor liberación de O2 de la Hb. Se produce un aumento de la P50 y por consiguiente una menor afinidad de la Hb por por el O2. Todas las afirmaciones son correctas. Rta: d

  46. Desplazamientos de la curva de disociación O2- Hb: No se presentan en condiciones fisiológicas. Hacia la derecha indican que la Hb aumenta su afinidad por el oxígeno. Hacia la izquierda indican que la afinidad O2 – Hb ha disminuido Hacia la izquierda darán una P50 menor a 27 mm Hg. Rta:d Acerca de la P50, se puede afirmar que: La P50 es la PCO2 a la cual se produce la saturación del 50% de la Hb con CO2. Un aumento de la P50 se observa ante elevadas concentraciones de CO2, explicando así la mayor liberación de O2 a los tejidos. El ↑ PCO2, ↑ de la temperatura o ↑ de la [2,3 DPG] disminuyen el valor de la P50 con respecto a su valor normal (27 mmHg). La P50 es el valor en que la Hb está saturada al 97% a una PO2 de 50 mmHg. Rta:b

  47. Para finalizar, comparemos a la HB con otras proteínas MIOGLOBINA. Es una hemoproteína muscular estructural y funcionalmente muy similar a la Hb. Se halla constituida por una cadena polipeptídica que contiene un grupo hem con un átomo de Fe en estado ferroso, el cual le permite cumplir su función: almacenar y transportar O2. La mayor concentración se halla en músculo esquelético y cardíaco. A diferencia de la Hb, la unión del O2no es cooperativa. Esto se hace evidente si observamos en la siguiente figura, la curva de disociación del O2 para ambas proteínas…

  48. La saturación (eje y) es la fracción de centros de unión de O2 ocupados y puede oscilar desde 0 (todos los centros están vacíos) hasta 1 (todos están ocupados) y PO2(x) es la presión parcial de O2. La curva es hiperbólica, su saturación cambia rápidamente con los cambios de PO2 y su P50 es muy baja (4 mmHg). En los tejidos, la mioglobina capta O2 de la Hb y lo cede a las mitocondrias. Además, para cualquier PO2 dada, la saturación de la mioglobina es siempre mayor que la de la Hb, deduciéndose que tiene mayor afinidad por el O2.

  49. HEMOGLOBINA FETAL La Hb F (fetal) es la Hb más importante hasta la madurez fetal y en un recién nacido a término constituye el mayor porcentaje de su Hb Posteriormente, va siendo remplazada por la Hb A. Está constituida por 2 cadenas α y 2 cadenas γ. La Hb Fetal tiene ciertas características que la hacen diferente a la del adulto: • Tiene mayor afinidad por el O2 que la Hb materna. • Además, en condiciones normales la Hb fetal tiene una curva de disociación desviada hacia la izquierda con respecto a la del adulto, como podemos observar en la siguiente figura…

  50. Desplazamientos de la curva http://people.eku.edu/ritchisong/301notes6.htm

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