Todo Inicia Aquí: Metabolismo de Oxígeno

Dra. Gabriela Monge Hernández

@ga211185

Residente de Medicina de Emergencias

Revisado por el Dr. Wilfredo Gómez Herrera, Especialista en Medicina de Emergencias

Aproximación al Metabolismo del Oxígeno

Imagine que son las 2 a.m. de un día feriado, usted es el médico a cargo del Servicio de Emergencias (SEM) de un hospital central, el siguiente paciente por atender es un masculino de 53 años, conocido portador de asma con mal apego al tratamiento; la historia es de 4 días de rinorrea hialina, tos, sibilancias y disnea. No presenta fiebre. A la exploración física el señor satura 70% aire ambiente, luce inquieto, en posición de trípode, habla en frases cortas y con utilización de musculatura accesoria. Se ausculta un tórax silente. En este momento, como clínico  se activan las alarmas y es evidente que el problema tiene que ver con un aumento en el trabajo respiratorio (multicausal) y la inadecuada oxigenación de los tejidos.

A su cerebro cansado por la guardia regresan sin mucha claridad las clases de fisiología y fisiopatología donde explicaban estos temas, la respiración celular, el transporte, entrega y utilización del oxígeno, así como los múltiples procesos patológicos. Sin duda contenidos complejos para memorizar; es por esto que, en el presente escrito, se hace una revisión corta y concisa de las bases del metabolismo del oxígeno que puede ser  un recordatorio de un tema fundamental ante situaciones críticas.

El  oxígeno es un elemento químico de número atómico 8 y símbolo O. En su forma molecular más frecuente, O2, es un gas temperatura ambiente. Representa aproximadamente el 20,9% en volumen de la composición de la atmósfera terrestre y radica su importancia en que es protagonista en el proceso de la respiración de seres simples y complejos. La utilización eficiente del oxígeno en la respiración humana requiere de una serie de eventos que comienzan con la participación del sistema respiratorio (la ventilación y la captación de O2 por el pulmón) y posteriormente del sistema cardiovascular en el transporte de O2 a través del gasto cardiaco, la distribución hacia la microvasculatura, la difusión del O2 desde los capilares hacia las células y finalmente, la captación del mismo por el sistema celular especializado.

El inicio de este proceso complejo de oxigenación tiene lugar en las vías respiratorias, primero superiores (nariz, laringe, etc.) posterior en las inferiores (árbol bronquial, pulmones) y es acá en el alveolo pulmonar donde se encuentra al responsable de gran parte del éxito del intercambio gaseoso: la unidad respiratoria[1] (también denominada “lobulillo respiratorio”). Hay aproximadamente 300 millones en ambos pulmones, y cada uno tiene un diámetro medio de aproximadamente 0,2 mm. El lobulillo respiratorio está compuesto por múltiples capas, una de líquido que tapiza el alvéolo y que contiene surfactante, lo que reduce la tensión superficial del líquido alveolar, otra el epitelio alveolar, luego una membrana basal epitelial, además un espacio intersticial delgado entre el epitelio alveolar y la membrana capilar, una membrana basal capilar que en muchos casos se fusiona con la membrana basal del epitelio alveolar y finalmente la membrana del endotelio capilar.

A pesar del elevado número de capas, el grosor global de la membrana respiratoria en algunas zonas es tan pequeño como 0,2 pm. Es en esta estructura donde continua la movilización del oxígeno a la circulación pulmonar y tiene lugar la difusión neta del gas. Para este difundir a través de la membrana alveolar hacia los capilares pulmonares intervienen varios factores resumidos en la ley de Fick[2]:  La cantidad de gas que atraviesa una membrana de tejido es directamente proporcional a la superficie de la membrana, al coeficiente de difusión del gas y a la diferencia de presión  parcial del gas entre los dos lados, e inversamente proporcional al espesor de la membrana.

Una vez que el oxígeno ha difundido desde los alvéolos hacia la sangre pulmonar, es transportado hacia los capilares de los tejidos periféricos combinado casi totalmente con la hemoglobina. La presencia de hemoglobina en los eritrocitos permite que la sangre transporte de 30 a 100 veces más oxígeno de lo que podría transportar en forma de oxígeno disuelto en el agua de la sangre. En condiciones normales aproximadamente el 97% del oxígeno que se transporta desde los pulmones a los tejidos se encuentra en combinación química con la hemoglobina, el 3% restante se transporta en estado disuelto en el agua del plasma y de las células sanguíneas. La sangre de una persona adulta saludable [3] contiene aproximadamente 15 g de hemoglobina por cada 100 ml de sangre, y cada gramo de hemoglobina se puede unir a un máximo de 1,34 ml de oxígeno lo que resulta generalmente en entregas capaces de satisfacer necesidades metabólicas. Existen situaciones que desplazan la curva de disociación de hemoglobina, cuando la sangre se hace ligeramente ácida, con una disminución del pH desde el valor normal de 7,4 hasta 7,2, la curva de disociación oxígeno-hemoglobina se desplaza, en promedio, aproximadamente un 15% hacia la derecha. Por el contrario, un aumento del pH desde el valor normal de 7,4 hasta 7,6 desplaza la curva en una cantidad similar hacia la izquierda. Además de las modificaciones del pH, se sabe que otros factores desplazan la curva. Tres de ellos, que desplazan la curva hacia la derecha, son:

  1. El aumento de la concentración de dióxido de carbono.
  2. El aumento de la temperatura sanguínea.
  3. El aumento de la concentración de 2,3-bisfosfoglicerato (BFG), que es un compuesto de fosfato metabólicamente importante que está presente en la sangre en concentraciones diferentes en distintas condiciones metabólicas.

Es ahora imprescindible para continuar desarrollando la temática del metabolismo del oxígeno exponer las fórmulas matemáticas que ayudaran al clínico a conocer el contenido, el consumo y el suministro de oxigeno en un paciente determinado. Se pueden ver en la siguiente imagen tomada de Guyton, Arthur y Elsevier J. Tratado de Fisiología Médica. E Hall. 12ª Ed, 2008.

Presión Parcial de Oxígeno Inspirado: PIO2 = FiO2(PB-PH2O)

Contenido Arterial de Oxígeno: CaO2 = (%Sat x Hb x 1.34) + (PO2 x 0,003 mL/dL)

Consumo de Oxígeno: VO2 = GC x (CaO2-CvO2)

Suministro de Oxígeno: DO2 = GC x CaO2

Posteriormente a que el oxígeno es trasportado por el sistema circulatorio y cedido a los tejidos tiene lugar el fin último de la respiración, que sería la utilización mitocondrial para procesos de alta energía en los distintos tejidos corporales. A este proceso metabólico se le denomina respiración celular[4] y se produce en cuatro fases, fundamentalmente las 3 primeras son dependientes de oxígeno y llevadas a cabo en la mitocondria y la última tiene lugar a nivel citoplasmático, así como se aprecia en la siguiente imagen:

Tomado Guyton, Arthur y Elsevier, John Tratado de Fisiología Médica. E. Hall. 12ª, 2008.

La respiración en general tiene como producto por cada molécula de glucosa y oxigeno degradado seis moléculas de dióxido de carbono,seis de agua y el ATP (energía biológicamente útil, siendo así su fórmula:

C4H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + Energía

Resulta importante mencionar que de los procesos antes descritos la fosforilación oxidativa es el mecanismo más eficiente para la producción de energía y se constituye como la fuente principal de consumo de O2 del cuerpo. Así, por medio del metabolismo de oxigeno mitocondrial, el proceso de oxigenación tisular es llevado a cabo de forma eficiente por las células de cada tejido especializado permitiendo el mantenimiento de las condiciones metabólicas óptimas.

En síntesis, el proceso metabólico-fisiológico del gas oxígeno, desde su captura, difusión, transporte y utilización celular es de suma importancia, se conoce que la funcionalidad y la integridad de las estructuras corporales dependen de la capacidad de cada célula para generar energía, mediante la disponibilidad del sustrato y el oxígeno para el metabolismo aeróbico. Y que, todo esto ocurre a través de complejos mecanismos, mismos que el clínico debe conocer exhaustivamente para procurar la optimización de estos en el paciente que por situaciones patológicas o diversas noxas no sea capaz de mantener por cuenta propia.

Para un abordaje más completo se invita al lector a ampliar este tema en la siguiente bibliografía referencia:

  • Bendixen, H y Cols. Respiratory Care, Editorial Mosby, pagina 5, 2007.
  • Domínguez Cherit, Guillermo; Posadas Calleja, Juan Gabriel; Ugarte Torres, Alejandra. El transporte y la utilización tisular de oxígeno de la atmósfera a la mitocondria. Vol. 65(2): 60-67, 2006.
  • Guyton, Arthur y Elsevier, John Tratado de Fisiología Médica. E. Hall. 12ª, pagina 489, 2008.

Bibliografía

  • Ganong, W.F. Fisiología Médica. 15ª Edición. El manual moderno. México,2010.
  • Murray, Robert K.; David A. Bender; harper. Bioquímica ilustrada (28ª ED), 2013

[1] Guyton, Arthur y Elsevier, John Tratado de Fisiología Médica. E. Hall. 12ª, pagina 489, 2008.
[2]  Bendixen, H y Cols. Respiratory Care, Editorial Mosby, pagina 5, 2007.

[3] Bendixen, H y Cols. Respiratory Care, Editorial Mosby, pagina 5, 2007.
[4] Domínguez Cherit, Guillermo; Posadas Calleja, Juan Gabriel; Ugarte Torres, Alejandra. El transporte y la utilización tisular de oxígeno de la atmósfera a la mitocondria. Vol. 65(2): 60-67, 2006.

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Una Respuesta

  1. Luis Vargas marzo 11, 2018 Responder

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