DIOXIDO DE CARBONO ESTADO ACIDO - BASE

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OBJETIVOS clic clic En las clases de Electrolitos :Disociación y de Distribución se han desarrollado las características principales de los elementos con cargas eléctricas Hay un capítulo especial que se refiere al hidrogenión (H+) que a pesar de ser un electrolito se desarrolla como un capítulo aparte por su importancia en lo que se conoce como Estado Acido-base. . • Hay dos vías fundamentales de alteración de la concentración de H+ • Aumento o disminución del ácido carbónico a través del sistema ventilatorio (patología respiratoria) • Aumento o disminución de otros ácidos relacionados con la actividad metabólica celular (patología metabólica) El gas dióxido de carbono es el que genera el ácido carbónico al hidratarse. Debe conocerse su capacidad de movilización a través del principio de Fick que es válido para todos los sistemas donde se analiza concentración y masa de una sustancia y el volumen de fluido (gas o líquido) en que se incorpora. Las alteraciones ácido-base sufren compensaciones que deben comprenderse a cabalidad con la ecuación de Henderson-Hasselbach y que se amplían en la clase Diagrama de Davenport Ver las clases Variables Acido-base, Diagrama de Davenport

SISTEMA CARDIOPULMONAR DIÓXIDO DE CARBONO ( CO2 ) ESTADO ACIDO-BASE Menú general

clic SISTEMA CARDIOPULMONAR La forma tal vez mas simple y mas comúnmente usada para explicar el sistema cardiopulmonar o la relación funcional entre el sistema ventilatorio y el sistema cardiovascular, es a través del principio de Fick. Se usa en fisiología para diferentes órganos o sistemas. Este principio permite analizar y cuantificar la relación entre M • masa (M, gr o l ) • volumen (V,l) V • concentración (c, gr/l,l/l) c M = c * V V = M / c c = M / V De estas ecuaciones se puede concluir que conociendo dos de las variables se puede calcular la tercera, en una relación funcional múltiple ya que el resultado es diferente según cual sea la variable independiente del fenómeno que se analiza. Ello es así por las interrelaciones que ocurren en los fenómenos biológicos. MENU 1 de 9

El modelo monoalveolar se usa para explicar la interrelación entre el volumen de gas (V) y de sangre (Q) en el pulmón. Mas adelante se desarrollará el modelo multialveolar. En el caso del sistema ventilatorio,éste produce elingreso del oxígeno en una cantidad que se puede medir en la unidad de tiempo y se conoce como consumo de oxígeno (VO2, cc/min) . Es la masa (M) de sustancia incorporada al sistema. . . . La concentración (c)estará dada por el contenido de oxígeno en arteria al que se le debe restar el contenido de la sangre venosa. La sangre ( Q ) ingresa con una concentración de O2 a la arteria pulmonar y se debe restar de la arterial para conocer la cantidad incorporada en el pulmón. c = M / V (CaO2 – CvO2) = VO2 /Q VO2 . . . . Q Q clic clic clic clic clic clic . V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . . . Q c = M / V (CaO2 – CvO2) = VO2 /Q Conocidas estas dos variables se conocerá el volumen (V) de líquido en el que se incorporó la sustancia, en este caso el O2; el cálculo permitirá conocer el valor del volumen minuto cardíaco ( Q ) . . M = c * V VO2 = (CaO2 – CvO2) * Q . . V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . . . SISTEMA CARDIOPULMONAR Cv Ca . ( Ver Concentración y Masa en la clase Electrolitos) MENU 2 de 5

Durante la realización de diferentes actividades, lademanda de O2 aumenta y el VO2 puede incrementarse por aumento de la ventilación o de la circulación. En condiciones normales es un efecto combinado de ambos sistemas. En patología uno de ellos puede ser el limitante principal y no es fácil determinarlo con certeza en diferentes pruebas que se realizan. . . VO2 clic clic clic . Q . . VO2 = DavO2 * Q . El valor de Q no puede ser aumentado mas de 4 o 5 veces sobre su valor en reposo. SISTEMA CARDIOPULMONAR Se puede representar el comportamiento del sistema de una manera mas simplificada pero sumamente útil y también de uso común. Es mas simple si la concentración ( c ) igual a CaO2 – CvO2 se llama diferencia arterio venosa (DavO2). La ecuación a usar se simplifica Cv Dav Ca La ventilación puede ser aumentada mas de 15 veces sobre su valor de reposo, por lo que no se considera un factor limitante durante la realización de esfuerzo en el individuo normal. No es este el caso en presencia de patología. MENU 3 de 5

Cuando se desean analizar las modificaciones cardiovasculares ( por ejemplo, disminución del volumen minuto cardiaco), se puede modificar la ecuación anterior, colocando a Q como variable independiente. . . . . Q = VO2 / DavO2 Si se considera que Q disminuye, pero se mantiene constante el VO2se producirá un aumento de la DavO2, por disminución del CvO2. . clic clic clic . VO2 La variable que fundamentalmente se regula es el VO2 y se modifica por dos parámetros ventilatorios: la ventilación alveolar ( VA ) y la fracción alveolar de O2 ( FAO2 ). . . . Q . Q Entonces la ecuación mas apropiada es VO2 = DavO2 * Q El VO2 sufre modificaciones a través del sistema cardiovascular, por variación de Q y de la DavO2 . . . . . SISTEMA CARDIOPULMONAR Cada patología tiene un patrón diferente de compensación, tanto de la ventilación como de la circulación ante la imposición de un esfuerzo o cualquier aumento de la demanda metabólica. Dav Dav MENU 4 de 9

SISTEMA CARDIOPULMONAR Si se analiza el fenómeno hipoxemiante que se genera por el ingreso al pulmón normal de sangre venosa con muy bajos contenidos de O2 se estará frente a hipoxemias de origen cardiovascular y no específicamente generadas por un problema ventilatorio. (ver la clase Oxígeno y afinidad: hipoxia) Los gases en sangre son factores moduladores del sistema cardiovascular fundamentalmente a través de los quimiorreceptores periféricos y de la acción directa sobre los diferentes vasos sanguíneos. Como el organismo a través de diversos mecanismos mantiene la homeostasis por la modificación de diferentes variables, es fundamental el análisis de la ecuación descrita y sus variables, para explicar algunas de las modificaciones que se producen en la realización de esfuerzo o aumento de demandas metabólicas. MENU 5 de 9

En el caso del sistema ventilatorioel ingreso del oxígeno es una cantidad que se puede medir en la unidad de tiempo y se conoce como consumo de oxígeno ( VO2, cc/min ). (ver la clase Transporte de Oxígeno ). Suele calcularse el consumo de O2 ( VO2 ) para cuantificar el comportamiento del sistema cardiopulmonar. . . clic clic . . VO2 VCO2 Como factor fundamental de control de la ventilación se puede analizar la cantidad de sustancia eliminada del sistema, la que es la masa ( M ) de dióxido de carbono expresada en términos fisiológicos como eliminación de CO2 ( VCO2 ). . . Q SISTEMA CARDIOPULMONAR Habitualmente el principio de Fick se analiza para el intercambio de O2, pero su análisis es también válido para el dióxido de carbono ( CO2 ). M = c * V V = M / c c = M / V Cv Ca MENU 6 de 9

Conocidas estas dos variables, masa y concentración, se conocerá el volumen (V) de líquido del que el CO2 fue eliminado o excretado; en este caso corresponderá también al volumen minuto cardíaco (Q). . M = c * V VCO2 = (CvCO2– CaCO2 ) * Q clic . . . VCO2 . Q SISTEMA CARDIOPULMONAR La concentración (c)estará dada por el contenido de dióxido de carbono en la sangre venosa que ingresa por la arteria pulmonar ( CvCO2), al que se le debe restar el contenido de la sangre arterial que egresa del pulmón con cierta concentración de CO2 (CaCO2 ). Producto de la actividad metabólica normal, hay una cantidad de CO2 que es eliminada alcanzando un estado estacionario que mantiene los valores normales de las presiones parciales de CO2 intracelular ( PicCO2 ) y arterial ( PaCO2 ) . CvCO2 CaCO2 Esta regulación se cumple en toda actividad que no llega a producir metabolismo anaerobio. Se altera también por la producción aumentada de diferentes ácidos. ( ver mas adelante ). MENU 7 de 9

Cuando se desean analizar las modificaciones cardiovasculares se puede colocar Q como variable independiente, tal como se analizó para el O2. . . . VCO2 = DvaCO2 * Q Q = VCO2 / DvaCO2 . . . . Si Q disminuye y se mantienen constantesla ventilación y el VO2 se producirá un aumento de la diferencia entre el CvCO2 y el CaCO2, llamada diferencia veno-arterial de CO2 ( DvaCO2 ). clic . VCO2 . Q DvaCO2 . Q SISTEMA CARDIOPULMONAR El comportamiento normal es un ajuste de la ventilación ante cambios del volumen minuto cartdiaco. .La naturaleza exacta de este mecanismo de regulación no está totalmente definida. DvaCO2 CvCO2 CaCO2 Se ha postulado la existencia de quimiorreceptores a nivel de sangre venosa mixta (arteria pulmonar) que no han sido identificados. • Este fenómeno se ha explorado, sin llegar a conclusiones precisas modificando el ingreso pulmonar de CO2 • por el gas alveolar ( ventilación ) • por la sangre venosa mixta ( circulación ) MENU 8 de 9

. VCO2 . Q DvaCO2 Los mecanismos de compensación cuando la demanda energética es constante, aseguran que también es constante la eliminación del CO2 producido por la interacción de los sistemas respiratorio y cardiovascular por medio de complejas interrelaciones. SISTEMA CARDIOPULMONAR Si los contenidos venosos de O2 y de CO2 se alteranpor diferentes acciones, existen numerosos receptores cardiopulmonares que modifican la ventilación por las señales de variación de pH, PCO2 y PO2 . CvCO2 CaCO2 CvCO2 CaCO2 También existen regulaciones de la ventilación producidas por hormonas y otras sustancias químicas específicas que han sido modificadas por el sistema cardiovascular. MENU 9 de 9

DIOXIDO DE CARBONO DISUELTO COMBINADO ESTADO ACIDO BASE Menú general

CO2 DISUELTO • Normalmente el gas inspirado no contiene CO2. salvo durante la realización de pruebas como • la reinhalación para estudiar la respuesta del centro respiratorio • el agregado de CO2 en pruebas de peritaje para producir la ventilación máxima involuntaria del paciente • la administración por alcalosis respiratoria extrema y contractura muscular masiva El CO2 aparece en alveolo en su tránsito normal de tejido (PvCO2) a pulmón, pasando por el capilar pulmonar (PcCO2) para su eliminación al exterior. PaCO2 PvCO2 La PCO2 alveolar ( PACO2 ) es tan difícil de determinar con exactitud como la PAO2 , debido a la estructura no homogénea del pulmón. MENU 1 de 5

CO2 DISUELTO clic PCO2 Se reconoce un equivalente a la PACO2 cuando se mide la composición del gas eliminado en la fracción de fin de espiración ( end tidal en inglés ). También suele ser aceptada la PACO2 como un valor igual al hallado en sangre arterial ( PaCO2 ) debido a la gran difusibilidad y al bajo gradiente arterio-alveolar para este gas en condiciones normales. En patología esto no es válido. El CO2 disuelto depende del coeficiente de solubilidad y de la PCO2. El coeficiente de solubilidad del CO2 en plasma ( a) a 37 grados centígrados es de 0.03 cc de CO2 por cada 100 cc de plasma y por mmHg de presión parcial de CO2. CO2 disuelto = PCO2 * a CO2 disuelto = 40 mmHg * 0.03cc / 100cc * mmHg CO2 disuelto = 1.2 cc / 100cc MENU 2 de 5

CO2 DISUELTO clic clic CO2 + H20 H2CO3 Se trata de una reacción reversible ya que es eliminado al exterior como gas dióxido de carbono. H2CO3 CO2 + H20 Se hace evidente la relación entre la presión parcial del gas y la cantidad que se disuelve, dependiendo además de la temperatura. La importancia funcional del CO2 disuelto es su capacidad para ser eliminado directamente por el tejido o por el pulmón preservando el equilibrio ácido base en el organismo. La fracción hidratada de CO2, existente como ácido carbónico, participa en la regulación ventilatoria y se modifica con ella. CO2 CO2 H2O H2O H2CO3 H2CO3 + + (Lea Constante de disociación en la clase Electrolitos: disociación) MENU 3 de 5

CO2 DISUELTO H2CO3 CO2 H2O + COMBIACIÓN clic clic - HCO3 - HCO3 La disminución de la PCO2 produce alcalosis. H2CO3 HCO3- + H+ + + H + H El aumento de la PCO2 produce acidosis H2CO3 HCO3- + H+ El H2CO3 es una molécula que se disocia liberando................... hidrogeniones y bicarbonato y modificando el pH. DISOCIACIÓN + Cuando se disocia una molécula de ácido carbónico se produce 1 ión bicarbonato 1 ión hidrógeno El aumento de bicarbonato se identifica como alcalosis y el aumento de hidrogenión como acidosis. Hay un aspecto cuantitativo muy importante que es necesario comprender y se desarrolla en la próxima pantalla MENU 4 de 5

CO2 7 DISUELTO 29% 100% 24 40 clic clic 40 El HCO3-producto del aumento de la PCO2 y de la disociación del H2CO3 se incorpora a un pool de 24 mEq/l . La modificación en el sentido alcalino es poco destacado con aumentos de 7 mEq/l ( 7/24 = 0.29 o 29 %) para incrementos de PCO2 de 40 a 80 mmHg El hidrogenión que aparece como elemento de la disociación del ácido carbónico se incorpora a un pool de 40 nM / l o 0,00004 mEq / l. Pasa de 40 a 80 nM / l con el incremento de la PCO2 de 40 a 80 mmHg y el cambio producido es muy significativo (100% ). El pH se reduce de 7.4 a 7.1 unidades Por esta razón PCO2 PCO2 acidosis alcalosis MENU 5 de 5

CO2 COMBINADO clic clic • El dióxido de carbono se transporta en los fluidos corporales como: • gas disuelto (CO2 ) • hidratado como ácido carbónico ( H2CO3 ) • bicarbonato (HCO3-) de sodio y otros iones • compuesto carbamino unido a la hemoglobina (CO2Hb ) y proteínas CO2total = CO2 + H2CO3 + HCO3- + CO2Hb CO2 disuelto CO2 total El CO2 total en su mayoría está compues to por bicarbo nato. a * PCO2 PCO2 PCO2 El CO2 disuelto tiene un crecimiento lineal tal como se deduce de la ecuación con que se calcula . La fracción unida a las proteínas ( CO2Hb ) es de baja concentración llegando a 10% del total. MENU 1 de 2

CO2 COMBINADO clic • Desde el punto de vista de su control y de su regulación hay dos fracciones que componen elbicarbonato plasmático (HCO3-) • El proveniente de la disociación del ácido carbónico y por lo tanto de las variaciones de PCO2 a través de laventilación. • El modificado por la excreción y reabsorción a través delriñón . Por supuesto hay posibilidades que se incorpore bicarbonato directamente al organismo a través de la ingesta o por administración endovenosa. También puede modificarse por diálisis renal o peritoneal. MENU 2 de 2

ESTADO ACIDO BASE ECUACION DE HENDERSON- HASSELBACH ACIDOSIS ALCALOSIS Menú general

7.7 7.4 7.0 clic clic Para comenzar un análisis muy simple de las patologías ácido-base conviene recordar algunos aspectos de la ecuación de Henderson – Hasselbach. PCO2 pH =pK+ log HCO3- /a* PCO2 HCO3- El valor de pK para plasma a 37 grados centígrados es de 6.1: es la constante que establece la proporcionalidad entre el pH y el logaritmo del cociente entre el bicarbonato y la presión parcial de CO2. Analizando la relación entre HCO3- yPCO2pueden entenderse los cambios que se producen en el pH . Pero ello no es suficiente para entender los procesos clínicos ya que es necesario conocer la historia del paciente y la evolución de la patología . El análisis de las tres variables no es realmente un proceso complicado, pero sí lo es el poder hacer un diagnóstico diferencial de su relación. La condición de normalidad se describe por los valores 7.4 = 6.1+ log24 / a * 40 Debe enfatizarse que en forma aislada ni un pH de 7.4, ni un HCO3- de 24 mEq/l, ni una PCO2 de 40 mmHg son indicadores de normalidad en el estado ácido-base. MENU 1 de 4

7.7 7.4 7.0 7.7 7.4 7.0 clic clic 7.7 HCO3 PCO2 7.4 7.0 HCO3- PCO2 La condición de normalidad ácido-base necesita de la identificación de tres variables PCO2 HCO3- 7.4 = 6.1 + log 24 / a * 40 Un pH ácido puede originarse en dos cambios: • Disminución del bicarbonato Acidosis metabólica • Aumento de la PCO2 Acidosis respiratoria MENU 2 de 4

7.7 7.7 7.7 7.4 7.4 7.4 7.0 7.0 7.0 PCO2 HCO3- clic clic PCO2 HCO3- La condición de normalidad ácido-base necesita de la identificación de tres variables PCO2 HCO3- 7.4 = 6.1 + log 24 / a * 40 Un pH alcalino puede originarse en dos cambios: • Aumento del bicarbonato alcalosis metabólica • Disminución de la PCO2 alcalosis respiratoria MENU 3 de 4

Los cambios mencionados en las pantallas anteriores pueden ser : • Agudos o de escaso tiempo de evolución • Crónicos o de largos períodos de evolución • Primarios o causa originaria de la modificación ácido-base • Compensatorios o que responden a mecanismos de regulación ácido-base normales RESUMEN MENU 4 de 4

CONCLUSIONES clic Se propone en estas clases considerar un sistema cardiopulmonar que se describe con el Principio de Fick. La relación entre masa y concentración de una sustancia que se incorpora a un cierto volumen de fluido es un concepto universal válido para todos los sistemas biológicos. A veces es difícil de identificar por la diferencia en terminología, que se halla en las presentación es fisiológicas y clínicas El gas dióxido de carbono ha sido presentado como el elemento fundamental en las alteraciones ácido-base, ya que al hidratarse forma el ácido carbónico y es el único gas que se elimina directamente al exterior, a través de los pulmones. El resto de los ácidos, llamados metabólicos, se eliminan a través del riñón. • La ecuación de Henderson- Hasselbach establece la relación de tres variables, absolutamente necesarias para identificar alteraciones ácido-base • La presión parcial de dióxido de carbono ( PCO2) • La concentración de bicarbonato (HCO3 -) • El pH o la concentración de hidrogeniones . Con esta ecuación se caracterizan patologías puras, mixtas, compensadas 7.4 = 6.1 + log 24 / a * 40 Lea las clases, Electrolitos:disociación, Variables Acido-base, Diagrama de Davenport FIN

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