Efecto de hormonas tiroideas y hormonas esteroideas

Efecto de hormonas tiroideas y hormonas esteroideas

Feb 4, 2022 | Unidad Temática III

Objetivo de aprendizaje

  • Muestra al alumno la exploración de tiroides y su valoración ultrasonográfica.
  • Describe la fisiología de la glándula tiroides y suprarrenal.

Resultados de aprendizaje

  • Integra los mecanismos de regulación del eje hipotálamo-hipófisis-tiroides e hipotálamo-hipófisis-suprarrenal.
  • Aplica los conocimientos aprendidos en resolver viñetas en sujetos con alteraciones en los ejes neuroendocrinos.

Glosario de términos

CA 125: Mide la cantidad de proteína CA 125 (antígeno del cáncer 125) presente en la sangre. Se puede hacer esta prueba para controlar ciertos tipos de cáncer durante el tratamiento y después de finalizarlo.

 

TC-99: El tecnecio 99m (99mTc) en forma de pertecnetato (1-2 mCi) se inyecta intravenosamente. Este ion, al igual que el ion de yoduro, es transportado activamente por el simportador de sodio y yoduro al interior del tirocito pero, a diferencia del yodo, no queda integrado en los compuestos orgánicos.

 

  1. Introducción

 

  • Eje hipotálamo-hipófisis-tiroides

 

Las hormonas tiroideas regulan la tasa a la que ocurre la fosforilación oxidativa de las células. Como resultado, establecen las tasas basales de consumo de oxígeno por el cuerpo y también de producción de calor corporal por ellos es conocida como acción termogénica de las hormonas tiroideas. La cantidad de hormonas tiroideas en sangre debe estar dentro de limites normales para que el metabolismo basal funcione a la velocidad necesaria para el aprovechamiento equilibrado de la energía.

En las etapas tempranas del desarrollo del sistema nervioso central, las hormonas tiroideas participan en la diferenciación y maduración de dicho sistema, y su ausencia condiciona un retraso en el desarrollo psicomotriz. Las hormonas tiroideas también participan en la regulación del control del crecimiento corporal, promoviendo la expresión del gen de la hormona de crecimiento. En tejidos como músculo esquelético, corazón, e hígado las hormonas tiroideas tienen efectos directos sobre la síntesis de proteínas estructurales y enzimáticas. Estas acciones se llevan a cabo a través de receptores para hormonas tiroideas que están unidos a elementos de respuesta de hormonas tiroideas en el ADN.

La unión de las hormonas tiroideas a su receptor forma un complejo llamado receptor de retinoide X, algunos de los resultados de esta unión son la activación de la transcripción, el incremento o la disminución en la producción de ARNm.

Figura 1. Eje hipotálamo-hipófisis-tiroides, se muestra la descripción de las hormonas que se involucran en la estimulación de la glándulas tiroidea y el sistema de retroalimentación negativa.

La glándula tiroidea está constituida por dos lóbulos, dichos lóbulos están constituidos por folículos, los cuales se encuentran revestidos por una capa de células epiteliales. Dentro del folículo se encuentra una sustancia proteica llamada coloide que está compuesta principalmente por tiroglobulina. El folículo tiroideo produce y secreta dos hormonas tiroideas T3 y T4, estas hormonas tienen como esqueleto dos moléculas de tirosina, las cuales están unidas por un enlace éter. La T4 tiene cuatro átomos de yodo mientras que la T3 solo tiene tres, por eso se utilizan esas abreviaturas. Las hormonas tiroideas no se secretan de esta forma normalmente, estas hormonas son producto de la escisión de tiroglobulina por medio de enzimas lisosómicas. Una vez secretadas las hormonas tiroideas al torrente sanguíneo se unen a la globulina unidora de tiroxina principalmente, aunque una pequeña cantidad de hormonas tiroideas se une a transtiretina o a la albumina. Al estar unidas las hormonas tiroideas a estas proteínas están protegidas de la inactivación metabólica y excreción renal, por consiguiente, la sobrevida de la T4 es de aproximadamente 7 días, mientras que la T3 tiene una vida media de 1 día aproximadamente.

Para la utilización de las hormonas tiroideas es necesario que la T4 se transforme en T3 que es la forma activa de estas hormonas, la proteína encargada de este proceso es la desyodasa tipo 1 que se encuentra principalmente en hígado, riñones y la propia glándula tiroides, y la desyodasa tipo 2 localizada en el músculo esquelético, sistema nervioso central, hipófisis y placenta, de esta manera las hormonas tiroideas reaccionan en receptores de hormonas tiroideas en las células objetivo. Existe una desyodasa tipo 3 que se encarga de las reacciones de degradación de las hormonas tiroideas. Cuando la concentración de T4 y T3 libres disminuye en la sangre, la hipófisis es estimulada para secretar TSH dando como resultado una mayor unión de TSH a sus receptores en las células foliculares, esta unión da como resultado la captación de yodo por las células foliculares, la yodación de las moléculas de tirosina en el precursor de tiroglobulina y en el acoplamiento de las tirosinas yodadas para formar yodotironinas. Por otro lado, la TSH al promover la síntesis de proteínas en las células parafoliculares tiroideas mantiene su tamaño y su integridad estructural. Una disminución como la hecha por una hipofisectomía produce la atrofia de la glándula, en contraste una exposición prolongada a TSH produce una hipertrofia de la glándula, generando bocio.

 

1.2 Eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal

Las hormonas esteroideas son aquellas que provienen del colesterol, dos de los órganos que se encargan principalmente de su producción son la glándula suprarrenal y las gónadas. La glándula suprarrenal está constituida por dos regiones una corteza proveniente del mesodermo y una medula que proviene del ectodermo neural. A su vez la corteza se encuentra divida histológicamente en 3 zonas, de la más externa a la más interna podemos mencionar:

  1. Zona glomerular, donde se produce principalmente el mineralocorticoide aldosterona.
  2. Zona fasciculada, que es la zona más gruesa de la corteza
  3. Zona reticular, que en conjunto con la zona fascicular se encargan de la producción de glucocorticoides como el cortisol y corticosterona.

Todas las zonas de la corteza producen dehidroepiandrosterona. La mayoría del colesterol que se utiliza para la síntesis de estas hormonas proviene de las lipoproteínas de baja densidad (LDL). La conversión de colesterol en las hormonas esteroideas finales depende de la participación de diversas enzimas para dar como resultado final la dehidroepiandrosterona, androstenediona, cortisol, corticosterona y aldosterona. Las hormonas esteroideas no se almacenan dentro de las células de la glándula suprarrenal, sino que su producción y por consiguiente su liberación deriva del estímulo de hormona adrenocorticotrópica (ACTH) a las células de la glándula. Una vez que se han liberado las hormonas esteroideas se unen a la globulina de unión de corticoides y a la albumina. Las hormonas que quedan en su forma libre son las que tienen efecto biológico.

Figura 2. Eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal. Se muestra la relación que existe en el eje, la producción de hormonas y algunos órganos diana.

 

En las gónadas femeninas se produce otra hormona esteroidea de gran importancia, el estradiol. Su producción se estimula por la hormona luteinizante al estimular a la célula de la teca, igual que las otras hormonas esteroideas, la formación de los estrógenos se lleva a cabo en la mitocondria, formando como primer precursor a la pregnenolona. Para la producción de estradiol se requiere de la participación de las células de la teca y de la granulosa. Las células de la teca convierten la pregnenolona en algunos productos finales como la testosterona y androstenediona, las cuales son transformadas por la aromatasa, enzima que se encuentra en la célula de la granulosa y que es estimulada por la hormona folículo estimulante (FSH). El estradiol es de suma importancia en diversos procesos del ciclo menstrual como en la fase proliferativa del endometrio, además de mantener el sistema de conductos del sistema reproductor femenino, la persistencia de los cilios del epitelio, la movilidad de los oviductos para la adecuada movilización de los espermatozoides para llevar a cabo una fecundación. Asimismo, el estímulo que ejerce el estradiol sobre órganos como el útero, son importantes en su mantenimiento y su trofismo, de manera que una ooforectomía influye en el tamaño y el trofismo del útero.

En las gónadas masculinas, la producción de testosterona ocurre debido a que el hipotálamo libera Hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) que estimula a las células gonadotropas para producir FSH y LH, las cuales se dirigirán al testículo unidas a globulinas trasportadoras de hormonas sexuales y ejercerán su efecto en diferentes células. La FSH en las células de Sertoli producirán inhibina que provocará una retroalimentación negativa hacia la hipófisis. La LH por otro lado provocará que las células de Leydig produzcan testosterona debido a que en estas células se encuentra presente la 17-β hidroxiesteroide deshidrogenasa, que convierte a la androstenediona en testosterona. La testosterona tiene efectos como aumento en la masa muscular, aumento en el crecimiento somático, cierre de las placas metafisarias y aumento de la espermatogénesis y la libido. Además, algunos tejidos presentan a la 5-α-reductasa que convierte a la testosterona en dihidrotestosterona que es la responsable de presentar los caracteres sexuales secundarios en los hombres.

 

2. Actividades en clase

2.1 Exploración de tiroides

Se anexa video de la exploración de la glándula tiroides.
https://drive.google.com/file/d/1DAx-kUUBcwcyJYHL7szfjNS2FWTWphAp/view?usp=sharing

 

2.2 Ultrasonido de la glándula tiroides

 

Sujetos y materiales: Alumno con el cuello descubierto, equipo de ultrasonido, gel para ultrasonido, sanitas.

 

A continuación, el docente realizará una exploración de glándula tiroidea utilizando el equipo de ultrasonido que tenemos en el laboratorio.

 Figura 3. Imagen ultrasonográfica de la glándula tiroides.

2.3 Viñetas clínicas.

Indicaciones: Lee cada una de las siguientes viñetas clínicas, subraya lo que consideres importante del caso clínico y pregunta o investiga las palabras que desconozcas.

2.2.1. Caso 1

Paciente femenina de 49 años, antecedentes heredo-familiares relevantes con abuelo materno finado por adenocarcinoma pulmonar y una hermana finada por cáncer de mama. Antecedentes personales con tabaquismo positivo desde los 17 años consumiendo 20 cigarros al día. Niega alergias, quirúrgicos y padecer enfermedades crónicas, así como consumo de algún medicamento. Acude por presentar desde hace 2 meses con astenia, temblor fino en manos, edema distal y perdida de 27 kg de manera no intencionada. A la exploración física con peso de 41 kg, talla 159 cm, FC 112 lpm, TA 90/60 mmHg y aumento de volumen cervical con tiroides palpable con aumento de tamaño 3 veces respecto a lo normal.

Se hace el diagnóstico clínico de síndrome constitucional y bocio tiroideo en estudio.

Se le solicitan los siguientes estudios: Perfil tiroideo: TSH 0.005 μUI/mL, T4T 23.5 μg/dL, T4L >7.77 μg/dL (rango normal 0.9-1.6 μg/dL), T3T 5.56μg/dL,

Laboratorios generales:  BH Hb 11.1 g/dL, glucosa 63 mg/dL, creatinina 0.49 mg/dL, Ac. Úrico 5.0 mg/dL, triglicéridos 65 mg/dL , LDL 58 mg/dL , Bilirrubina total 1.74 mg/dL , AST 24 U/L, ALT 15.5U/L, Fosfatasa Alcalina 257 U/L, albumina 3.9mg/dL, Antígeno Ca-125 1014 U/mL

Se solicitó un ultrasonido de tiroides que reportó lo siguiente: bocio difuso con aumento de la vascularidad, a la señal Doppler de manera generalizada encontrando el signo del “infierno tiroideo”, como se muestra a continuación (Figura 4):

Figura 4. Imagen ultrasonográfica con Doppler mostrando el signo de “Infierno Tiroideo”

 

Se solicitó un gamagrama tiroideo con TC-99 que reportó aumento en la captación generalizada (Figura 5):

Figura 5. Estudio de gammagrafía con Tc-99 realizado a la paciente.

 

Con estos estudios se estableció el diagnóstico de Bocio toxico difuso o Enfermedad de Graves.

Para el control inicial de esta paciente se indicó tiamazol y propanolol.

Responde a continuación:

  1. ¿Esta paciente tiene algún factor de riesgo para desarrollar enfermedad de graves?
  2. ¿Cómo interpretarías el perfil tiroideo?
  3. ¿Cómo explicarías los síntomas a partir de la enfermedad diagnosticada?
  4. ¿Por qué se le indicaron esos dos medicamentos?
  5. En la enfermedad de Graves, ¿cómo se alterará el eje hipotálamo-hipófisis-tiroides?

 2.2.2. Caso 2

Paciente femenina de 26 años. Antecedentes heredo-familiares relevantes, madre con tiroiditis de Hashimoto. Niega alergias, tabaquismo o consumo de alcohol. Refiere rinitis alérgica estacional con uso de antihistamínicos de manera ocasional. Niega padecer otras enfermedades crónicas o consumo de fármacos de manera rutinaria. Inicia con historia de 6 meses de alteraciones menstruales con ciclos de 45-60 días (previamente era regular) y su entrenador del gimnasio le ha comentado que no está aumentando masa muscular a pesar de adecuada alimentación y rutina de ejercicio. Ella niega astenia, fiebre, dolor o alguna otra sintomatología. A la exploración física se encuentra con peso 68 kg, talla 1.73, TA 100/80 mmHg, FC 59 lpm y resto de exploración sin relevantes, salvo a la palpación tiroidea con glándula tiroides disminuida de tamaño y con aumento en su consistencia, no dolorosa.

Se inicia el abordaje como una oligomenorrea en estudio, y se solicitan los siguientes estudios:

Química sanguínea: glucosa 79 mg/dl, creatinina 0.9, colesterol 220 mg/dL.

Perfil tiroideo: TSH 36 μUI/mL, T4T 5.6 μUI/mL, T4L 0.7 μUI/mL (rango normal 0.9-1.6 μUI/mL), anticuerpos anti-tiroglobulina 825 U/mL (rango normal <100 U/mL ), anticuerpos anti-TPO 534 (rango normal <15 U/mL).

Se realiza un ultrasonido tiroideo encontrándose disminución de tamaño de manera importante y ecogenicidad heterogénea compatible con datos de tiroiditis difusa (Figura 6):

Figura 6. Ultrasonido tiroideo de la paciente.

Se establece el diagnóstico de Tiroiditis crónica autoinmune o Tiroiditis de Hashimoto y se inicia tratamiento con levotiroxina calculada a 1.6 mcg/kg de peso, además se indica que se tome en ayuno.

 

Resuelve las siguientes preguntas:

  1. ¿La tiroiditis de Hashimoto que padece la madre es relevante para la enfermedad en esta paciente?
  2. ¿Cómo interpretarías este perfil tiroideo?
  3. ¿Por qué la TSH se encuentra tan elevada?
  4. ¿Qué relación tiene la tiroiditis de Hashimoto con la sintomatología de la paciente?
  5. ¿Por qué se indicó que la levotiroxina se tome en ayuno?
  6. En esta paciente ¿Qué alteraciones presentará el eje hipotálamo-hipófisis-tiroides?

 

2.2.3 Caso3. 

 

Paciente masculino de 37 años con antecedentes familiares de importancia, hipertensión esencial en madre y abuelo materno. Niega alergias, tabaquismo y antecedente de enfermedades crónicas. También niega consumo de fármacos o suplementos.

Inicia su padecimiento hace 3 meses con aumento de peso de 10 kg sin asociarlo a cambios en actividad física y alimentación. Se sumo presencia de hiperpigmentación en cuello y pliegues en codos y rodillas, y finalmente notó sensación de mareo al caminar y debilidad muscular, sobre todo al levantarse de la silla y subir escaleras. Por lo anterior acude a valoración médica donde se encuentra con peso 68 kg, Talla 162 cm, FC 82 lpm, TA 135/90 mmHg, A la exploración física se encuentra lo siguiente: cara de luna llena, hiperpigmentación de mucosas y presencia de acantosis nigricans, obesidad central, hipotrofia de extremidades y estrías violáceas en inglés.

Figura 7. Exploración física del paciente.

Se inicia el abordaje como un probable síndrome de Cushing, se solicitan los siguientes estudios: Química sanguínea: glucosa 149 mg/dl, creatinina 0.92, sodio 140 mEq/L, potasio 1.9 mEq/L (rango normal 3.5-5.5 mEq/L), hemoglobina 12.7 g/dl, cortisol urinario de 24 horas 735 mcg/24 horas (normal 50-100 mcg/24 horas).

Prueba de supresión con dosis baja de dexametasona (1mg): 9.5 mcg/dl (normal <1.8 mcg/dl), niveles de ACTH 150 mcg/ml (Figura 8).

De acuerdo con el consenso en el diagnóstico (Figura 9) y tratamiento del síndrome de Cushing se realizó el abordaje.

Figura 8. Pruebas de escrutinio, para demostrar el aumento en la producción de cortisol.

Prueba de supresión con dosis baja de dexametasona (PSDBD).

 

Figura 9. Pruebas de localización, se realizan después de confirmar la existencia de hipercoltisolismo.

Prueba de supresión con dosis alta de dexametasona (PSDAD)

Se realizó una prueba de supresión con dosis altas de dexametasona (PSDAD): basal 10mcg/dl, post supresión: 2.1 mcg/dl (supresión del 79%)

Posteriormente se realizó una resonancia magnética nuclear en donde se reportó: imagen coronal de silla turca en T1 donde se encuentra zona hipointensa izquierda a nivel hipofisiario compatible con microadenoma (Figura 10).

Figura 10. Microadenoma hipofisiario en una resonancia magnética nuclear.

 

El paciente fue diagnosticado con enfermedad de Cushing con microadenoma hipofisiario productor de ACTH y se le realizó una resección de microadenoma transesfenoidal con posterior resolución de los síntomas.

Responde las siguientes preguntas:

 

  1. ¿Cuál es la diferencia entre el síndrome de Cushing y la enfermedad de Cushing?
  2. ¿Por qué se mide el cortisol en orina de 24 horas?
  3. ¿Por qué se mide el cortisol sérico a las 8:00 en la prueba de supresión con dosis baja de dexametasona?
  4. ¿Cómo es el ciclo de liberación del cortisol en una persona sana?
  5. En la prueba de supresión con dosis alta de dexametasona, ¿Cómo se modificará el eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal tras administrar 2 mg cada 6 horas durante dos días seguidos?

2.2.4 Caso 4 

Paciente femenina de 36 años. Antecedente familiar de madre con diagnóstico de Lupus y una hermana con Enfermedad de Graves. Niega enfermedades crónicas o consumo de fármacos. Inicia su padecimiento hace 2 meses con debilidad generalizada, mialgias, náusea y sensación de mareo constante que se exacerba al cambiar abruptamente de posición. Acude a valoración por presentar hace 48 horas síncope mientras laboraba, el cual duró 10 segundos y no se acompañó de movimientos anormales o pérdida de control de esfínteres, al despertar tuvo recuperación neurológica casi inmediata.

Al interrogatorio dirigido ha notado aumento de la coloración de su piel de manera generalizada sobre todo en cuello, brazos y encías. También refiere que no ha menstruado desde hace 4 meses con prueba de embarazo negativa. A la exploración física se encuentra peso 52 kg, talla 1.64 m, TA 70/30 mmHg, FC 119 lpm, bradilalia, hiperpigmentación en encías (Figura 11) y en cuello abarcando todas las áreas fotoexpuestas. Abdomen doloroso a la palpación. Extremidades íntegras, pero con disminución de la temperatura y llenado capilar retardado 3 segundos.

Figura 11. Hiperpigmentación en paladar y encías

Clínicamente se integran los siguientes diagnósticos: Síndrome vertiginoso, Amenorrea en estudio, Hiperpigmentación en estudio.

Como parte del abordaje diagnóstico se solicitan los siguientes estudios de laboratorio:

Química sanguínea: glucosa 59 mg/dl (normal 60-99 mg/dl), creatinina 1.3, triglicéridos 133 mg/dl, colesterol 151 mg/dl, sodio 129 mEq/L (normal 135-145), potasio 6.1 mEq/L (normal 3.5-5.5) TSH 1.4 mUi/ml, cortisol 1.3 mcg/dl (normal >15 mcg/dl), ACTH 86 mcg/ml (normal 10-40 mcg/ml).

 

Se realiza una tomografía de abdomen simple y contrastada. Corte transversal a la altura de glándulas suprarrenales normal (Figura 12):

Figura 12. TAC a nivel de las glándulas suprarrenales sin evidencia de patologías.

 

Se establece el diagnóstico de insuficiencia suprarrenal primaria o Enfermedad de Addison, como tratamiento inicial se indica prednisona y fludrocortisona.

 

  1. ¿Qué hormonas se encuentran afectadas?
  2. ¿Cómo explicarías la hipotensión de esta paciente?
  3. ¿Cómo explicarías la hiponatremia de esta paciente?
  4. ¿Cuál es la causa de la hiperpigmentación de la paciente?
  5. ¿Por qué se le indicaron dos corticosteroides?

 

Referencias:

 

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Atribución 4.0 Internacional

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Regulación de los ejes neuroendocrinos

Regulación de los ejes neuroendocrinos

Feb 4, 2022 | Unidad Temática III

Objetivos de aprendizaje

  • Describe el eje hipotálamo-hipófisis-órgano, su retroalimentación, regulación y su impacto en la regulación de la producción hormonal.

 

Resultados de aprendizaje

 

  • Integra los mecanismos de regulación de los ejes neuroendocrinos en un modelo de ratas virtuales.
  • Aplica los conocimientos aprendidos para resolver preguntas sobre la regulación neuroendocrina.

 

Glosario de términos

 

Endocrino: Relacionado con el tejido que produce y libera hormonas en el torrente sanguíneo y controla las acciones de otras células y órganos. Algunos ejemplos de tejidos endocrinos son las glándulas pituitaria, tiroidea y suprarrenal.

Especificidad: Capacidad de una molécula para adherirse de manera puntual a un receptor.

Glándula endocrina: Es aquel tipo de tejido que produce hormonas.

Hipertrofia: Aumento de tamaño de las células que conforman un tejido.

Hipotrofia: Disminución de tamaño de las células que conforman un tejido.

Hipófisis: Órgano de secreción interna, situado en la excavación de la base del cráneo llamada silla turca, y que produce hormonas que influyen en el crecimiento, en el desarrollo sexual, etcétera.

Hipotálamo: Estructura que se encuentra dentro del sistema nervioso central, formando parte del diencéfalo y que se encarga de funciones reguladoras y producción de hormonas.

Hormona: Sustancia producida por una glándula que es liberada al torrente sanguíneo y se une a receptores específicos.

 

 

1. Introducción

 

El sistema endocrino y el sistema nervioso comparten la función de ser sistemas de comunicación. Sin embargo, en el sistema nervioso se utilizan neurotransmisores que típicamente se liberan directamente en el blanco a través de las sinapsis, esto permite una gran especificidad y localización de la señal; además, las señales transmitidas por el sistema nervioso tienen una duración breve. El sistema endocrino utiliza hormonas como mensajeros. Las hormonas se liberan al torrente sanguíneo en vez de liberarse directamente en el blanco, así la señal es más difusa y puede tener efectos más duraderos. Conocer para cada hormona los mecanismos de síntesis, liberación, transporte, activación de sus receptores y mecanismos de regulación es fundamental para entender cómo se mantienen las variables fisiológicas en rangos normales y cómo las alteraciones hormonales pueden producir condiciones patológicas que cursan con hipo o hiperfunción de los órganos blanco de los sistemas endocrinos.

 

1) ¿Cómo consigue el sistema endocrino lograr especificidad si las hormonas se liberan al torrente circulatorio?

 

Las hormonas se clasifican en diferentes tipos de acuerdo con su estructura química (peptídicas, esteroideas, derivadas de aminoácidos) y tienen diferentes tipos de receptores en su célula blanco (receptores de membrana, receptores citoplasmáticos o receptores nucleares).

 

2) Para cada una de las categorías de hormonas: da un ejemplo, describe cómo se sintetiza, dónde se almacena, qué tipo de receptor tiene, cuál es su mecanismo de acción, cuáles son sus órganos blancos, cuál es su efecto biológico y quién estimula su secreción.

 

El hipotálamo es considerado el regulador central de muchas hormonas y guarda una estrecha relación con la glándula hipófisis o pituitaria (llamada en muchos textos glándula maestra). Dos tipos de neuronas magnocelulares (de tamaño grande) localizadas en el núcleo paraventricular y supraóptico producen vasopresina y oxitocina. Los axones de estas neuronas terminan en la neurohipófisis donde liberan su contenido al torrente circulatorio.

 

3) ¿Cuáles son los órganos afectados por las hormonas vasopresina (también llamada hormona antidiurética) y oxitocina?

 

Por otro lado, las neuronas hipotalámicas parvocelulares (de tamaño pequeño), producen y liberan hormonas en la eminencia media (el piso del hipotálamo). Estas hormonas alcanzan la hipófisis anterior o adenohipófisis a través del sistema porta-hipofisiario. Usualmente se clasifican en: hormonas liberadoras: (CRH: hormona liberadora de corticotropina; TRH: hormona liberadora de tirotropina; GnRH: hormona liberadora de gonadotropinas y GHRH: hormona liberadora de hormona de crecimiento) y hormonas inhibidoras: (somatostatina y dopamina). En la hipófisis anterior, estas hormonas modulan la síntesis y secreción de hormonas hipofisiarias (FSH y LH o gonadotropinas, ACTH o corticotropina, TSH o tirotropina, prolactina, endorfinas, GH o somatotropina).

 

4) ¿Cuáles son las hormonas hipofisiarias que son inhibidas por la somatostatina y por la dopamina?

 

La pituitaria es una glándula que tiene como función ser un intermediario entre el sistema nervioso central y los diferentes órganos del cuerpo, este fin lo logra por medio de la liberación de hormonas al torrente circulatorio, que eventualmente alcanzan sus órganos diana y ejercen sus efectos. En resumen, los ejes hipotálamo-pituitaria-glándula consisten en 1) células hipotalámicas parvocelulares que liberan hormonas liberadoras al sistema porta, 2) las hormonas liberadoras se transportan a la pituitaria donde promueven la liberación de hormonas “tropinas” al torrente circulatorio, 3) las hormonas de la pituitaria alcanzan su órgano blanco y promueven la liberación de hormonas producidas por el órgano blanco.

 

Estos ejes hipotálamo-pituitaria-glándula están controlados por medio de sistemas de retroalimentación negativa; es decir, las concentraciones aumentadas de una hormona producen una disminución en su producción. Estos efectos de retroalimentación negativa ocurren al menos a nivel del mismo órgano periférico, a nivel de la pituitaria y a nivel del hipotálamo. Es importante notar que estos sistemas son solo uno de los mecanismos de control endócrino, otras variables pueden tener un efecto importante en la regulación de la secreción hormonal (ritmos circadianos, estado metabólico, estrés, temperatura, etc.).

 

5) Da un ejemplo coloquial de retroalimentación negativa.

 

6) ¿Cómo defines la retroalimentación positiva? ¿Qué hormona puede tener para su liberación un mecanismo de retroalimentación positiva?

 

Cuando alguno de estos puntos de control (hipotálamo, pituitaria o glándula) se afecta, es esperable observar cambios en las concentraciones de hormonas circulantes y en la función de los órganos blanco. En términos generales: si hay un aumento de las hormonas circulantes, los órganos diana se hipertrofian; si hay una disminución de las hormonas circulantes, los órganos diana se hipotrofian.

 

7) ¿Qué es hipertrofia e hipotrofia?

 

Por ejemplo: El eje hipotálamo-pituitaria-adrenal (HPA) tiene como último paso la liberación de cortisol por la corteza suprarrenal, el efecto biológico del cortisol es favorecer el catabolismo (degradar proteínas y grasas para poder usarlas como fuente de energía) y promover un estado antiinflamatorio (suprime la respuesta inmune e inflamatoria). En condiciones normales, la activación de este eje ante un estresor permite hacer frente a un estresor de una manera más apta. Sin embargo, cuando hay un estrés severo y crónico, se observa atrofia muscular y de los órganos del sistema inmune.

 

8) Describe los efectos del exceso y carencia de hormonas tiroideas, cortisol y LH en machos adultos.

 

9) ¿Qué síndromes son típicos ejemplos de hipercortisolismo y de hipocortisolismo?

 

10) ¿Por qué los efectos del hipotiroidismo son diferentes en la edad adulta que en el desarrollo?

 

  1. Actividades en clase

Material y métodos

 

  • Tabla para registrar el peso de diferentes órganos.
  • Datos de autopsias (Anexo 1).
  • Computadora con programa para hacer estadística básica (Excel, LibreOffice, Prism).

 

Experimento

 

Se usaron ratas Wistar macho de 90 días obtenidas del bioterio de la Facultad, que se mantuvieron con un ciclo de luz/oscuridad de 12h/12h, a temperatura y humedad constante. Las ratas vivieron en grupos de 3 ratas por caja y tuvieron comida y agua ad libitum hasta el día del experimento. A los 75 días se realizó, bajo anestesia general, una orquiectomía en 42 ratas, mientras que en 42 animales controles solo se realizó la manipulación quirúrgica sin realizar la resección de los testículos (Figura 1). Posteriormente a la cirugía, se dio un periodo de recuperación de 15 días.

 

  • ¿Por qué se realizó una cirugía en los animales controles?
  • ¿Qué factores se controlaron en este experimento? ¿Qué hubieras añadido o cambiado?

 

Al día 90, se sacrificaron 6 ratas control y 6 ratas castradas, y se pesaron diferentes órganos (pituitaria, tiroides, adrenales, timo, testículos, próstata, vesículas seminales). Abajo se muestran dos tablas con los resultados obtenidos, en miligramos para los órganos y en gramos para el peso de las ratas.

 Figura 1. Se muestra una rata Wistar macho de cada grupo (controles y castradas), así como las glándulas que posteriormente fueron pesadas.
Control intacto
  Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
Rata 1 12.9 250 475 40 500 425 3200 340
Rata 2 13 230 490 36 510 430 3100 330
Rata 3 15 260 470 39 490 436 3250 310
Rata 4 12 253 485 45 486 410 3400 250
Rata 5 12.5 245 473 42 510 400 3500 295
Rata 6 14 263 460 38 507 450 3000 350

 

Control castrado
  Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
Rata 1 12.9 250 480 40 450 387 0 270
Rata 2 14 280 495 47 445 390 0 275
Rata 3 14 240 465 34 432 360 0 300
Rata 4 13 250 450 44 459 383 0 270
Rata 5 11 251 469 46 453 398 0 260
Rata 6 14 243 486 35 460 400 0 365

 

El mismo día, en 36 ratas se colocaron bombas de liberación continua de las siguientes hormonas: (TRH, TSH, ACTH, Cortisol, Testosterona, LH). La dosis administrada fue la suficiente para incrementar los niveles plasmáticos aproximadamente 10 veces. Las bombas de liberación continua administran una dosis constante del fármaco durante 30 días. En 36 ratas se colocaron bombas que solo liberan solución salina. Cada grupo consistió en 6 ratas. A los 120 días, se registró el peso corporal y se sacrificó a los animales por una sobredosis de pentobarbital. Se realizó una autopsia, colectándose y pesándose los siguientes órganos: pituitaria, tiroides, adrenales, timo, testículos, próstata, vesículas seminales.

 

  • Con base en tus conocimientos de fisiología, completa la siguiente tabla de acuerdo con el peso que esperas encontrar en caso de la administración de cada una de estas hormonas en los animales castrados e intactos (no castrados). Coloca “+” o “-” si predices un aumento o disminución del peso, respectivamente, y “sc” si no esperas cambios.

 

  TRH TSH ACTH Cortisol Testosterona LH
  Intacto Castrado Intacto Castrado Intacto Castrado Intacto Castrado Intacto Castrado Intacto Castrado
Pituitaria                        
Tiroides                        
Adrenales                        
Timo                        
Testículos                        
Próstata                        
V. seminales                        
Peso                        

 

El nuevo estudiante de maestría al que se le dejó encargado realizar el procedimiento (después de haberle enseñado a hacerlo con las ratas control castradas e intactas), realizó el procedimiento de acuerdo con lo indicado, enlistó los pesos de cada grupo, pero olvidó marcar a qué grupo (hormona administrada) pertenecía cada lista. Las listas recabadas se encuentran en el Anexo 1.

 

Con base a la tabla que completaste y los datos de las autopsias realiza las siguientes actividades:

  1. Organiza los datos.
  2. Realiza las pruebas estadísticas básicas para obtener el promedio y la desviación estándar.
  3. Elabora un histograma para observar la distribución y elegir la mejor prueba estadística.
  4. Grafica tus resultados y exponlos en la clase, interpretando qué hormona se aplicó y cuál es el mecanismo por el que dicha hormona genera los cambios observados.
  5. Discute qué otras variables fisiológicas o concentraciones hormonales esperas que se modifiquen, y cuáles síntomas presentaría una persona que tuviera dicho trastorno.
  6. Realiza un reporte de esta práctica.

     

    Referencias

    1. Actividad basada en: Odenweller, C. M., Hsu, C. T., Sipe, E., Layshock, J. P., Varyani, S., Rosian, R. L., y DiCarlo, S. E. (1997). Laboratory exercise using “virtual rats” to teach endocrine physiology.  Advances in Physiology Education, 18(1), S24-40.
    2. Rhoades, R. A., y Bell, D. R. (2018). Fisiología médica. Fundamentos de Medicina Clínica. 5a edición. China: Wolters Kluwer.
    3. Hall, J. E. (2016). Guyton y Hall. Tratado de fisiología médica. 13ª edición. Barcelona, España: Elsevier.
    4. Melmed, S., Polonsky, K. S., Larsen, P. R. y Kronenberg, H. M. (2017). Williams. Tratado de endocrinología.  13ª edición. Barcelona, España: Elsevier.

     

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    Anexo 1. Autopsias

    Autopsias tratamiento hormonal 1.

    El peso de los órganos se expresa en mg y el de la rata en g.

     

    Hormona 1 (intacto)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 10.1 245 250 100 490 430 3000 200
    Rata 2 11 260 200 120 480 420 3100 195
    Rata 3 13 255 285 105 475 410 2950 210
    Rata 4 9 247 350 97 500 435 2900 198
    Rata 5 10 230 190 104 483 450 3200 215
    Rata 6 9 248 220 90 495 418 2800 200

     

    Hormona 1 (castrado)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 10.1 250 250 95 410 380 0 195
    Rata 2 11 245 200 110 430 390 0 180
    Rata 3 9 240 200 114 405 386 0 220
    Rata 4 8 255 300 87 400 400 0 205
    Rata 5 12 280 290 94 450 375 0 195
    Rata 6 10 230 265 98 400 370 0 190

     

    Autopsias tratamiento hormonal 2

     

    Hormona 2 (intacto)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 9.8 250 480 40 900 800 5700 345
    Rata 2 9.5 247 450 35 1000 1000 6400 330
    Rata 3 10.4 260 530 44 800 750 6200 370
    Rata 4 8 280 507 30 1100 1050 6500 350
    Rata 5 12 229 492 42 500 450 3100 330
    Rata 6 8.6 230 490 39 980 920 6000 340

     

    Hormona 2 (castrado)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 13 250 480 42 412 375 0 275
    Rata 2 12 256 470 38 400 390 0 280
    Rata 3 11 246 490 45 395 410 0 290
    Rata 4 12.5 250 495 40 410 380 0 285
    Rata 5 13.2 260 480 36 450 400 0 300
    Rata 6 10.9 245 478 37 500 387 0 310

     

    Autopsias tratamiento hormonal 3

    Hormona 3 (intacto)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 10.2 252 470 38 1400 900 2400 510
    Rata 2 11 240 490 42 1500 1000 2000 500
    Rata 3 9 260 480 45 1600 1200 1900 510
    Rata 4 9.3 255 530 33 1300 1500 1600 490
    Rata 5 8.5 245 450 40 1550 2000 1300 485
    Rata 6 8 250 435 39 1250 1200 2000 500

     

    Hormona 3 (castrado)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 10.1 250 470 41 1200 600 0 460
    Rata 2 11 247 490 42 1400 1300 0 500
    Rata 3 10 267 510 37 1500 1000 0 470
    Rata 4 8.3 240 500 35 1400 1500 0 520
    Rata 5 9 250 459 45 1300 1700 0 460
    Rata 6 8 253 465 41 1350 950 0 450

     

    Autopsias tratamiento hormonal 4

    Hormona 4 (intacto)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 25 490 462 39 490 400 3150 160
    Rata 2 30 530 450 42 500 450 3200 150
    Rata 3 27 520 460 35 490 390 3300 150
    Rata 4 24 450 475 45 500 340 3500 170
    Rata 5 23 490 450 40 450 350 3100 155
    Rata 6 26 495 458 39 460 465 3000 165

     

    Hormona 4 (castrado)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 25.7 495 60 38 500 375 0 144
    Rata 2 27 500 450 35 500 450 0 150
    Rata 3 28 480 440 30 430 340 0 150
    Rata 4 25 495 490 50 460 400 0 160
    Rata 5 22 505 460 43 460 380 0 165
    Rata 6 23 530 465 45 410 360 0 140

     

    Autopsias tratamiento hormonal 5

    Hormona 5 (intacto)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 9.8 245 150 30 475 410 3200 150
    Rata 2 10 250 120 25 480 390 3100 140
    Rata 3 9 260 130 45 450 400 3300 160
    Rata 4 8 230 130 20 500 430 3100 150
    Rata 5 10 240 190 22 480 415 3100 155
    Rata 6 11 250 150 35 460 410 2900 162

     

    Hormona 5 (castrado)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 9.7 247 140 29 440 380 0 135
    Rata 2 12 250 145 30 450 390 0 140
    Rata 3 8 260 110 32 430 385 0 161
    Rata 4 8 237 160 33 490 400 0 139
    Rata 5 9 240 170 29 430 400 0 130
    Rata 6 10 250 120 25 450 370 0 140

     

    Autopsias tratamiento hormonal 6

    Hormona 6 (intacto)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 8 500 455 37 480 405 2790 152
    Rata 2 7 520 500 40 500 402 3000 160
    Rata 3 9 550 459 42 510 450 2500 155
    Rata 4 10 500 440 35 500 378 2900 160
    Rata 5 8 470 450 40 493 400 3500 160
    Rata 6 7 500 440 38 500 390 3600 150

     

    Hormona 6 (castrado)
      Pituitaria Tiroides Timo Adrenales V. seminal Próstata Testículos Peso
    Rata 1 8 505 461 37 445 375 0 145
    Rata 2 7 510 460 35 470 360 0 150
    Rata 3 9 495 450 39 460 400 0 140
    Rata 4 8 530 464 42 500 360 0 155
    Rata 5 10 495 470 44 400 350 0 150
    Rata 6 7 500 457 33 490 310 0 145

     

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    Regulación ácido-base. Control respiratorio y renal del pH.

    Regulación ácido-base. Control respiratorio y renal del pH.

    Ene 21, 2022 | Unidad Temática II

    Objetivo de aprendizaje

    • Describe y ejemplifica los mecanismos de regulación del pH a corto plazo y a largo plazo, mediados por el control de la respiración y el riñón.

    Resultado de aprendizaje

    • Analiza los mecanismos que regulan el pH en el organismo, en la resolución de un problema.

    Glosario de términos

    Ácido: Sustancia química capaz de ceder protones (H+) a otra sustancia química.

    Amortiguador: Son sustancias que resisten los cambios del pH y responden de inmediato a los desequilibrios del estado ácido base.

    Anión: Ion con carga eléctrica negativa,​ es decir, que ha ganado más electrones.

    Base: Sustancia química capaz de captar protones (H+) de otra sustancia química.

    Catión: Ion con carga eléctrica positiva, es decir, que ha perdido electrones.

    Ecuación de Henderson-Hasselbach: Se utiliza para calcular el pH de una solución buffer o tampón, a partir del pKa (la constante de disociación del ácido) y de las concentraciones de equilibrio del ácido o base, del ácido o la base conjugada.

    Ion: Átomo o molécula que tiene una carga eléctrica positiva o negativa.

    pH: una medida que indica la acidez o la alcalinidad del agua. Se define como la concentración de iones de hidrógeno en el agua. La escala del pH es logarítmica con valores de 0 a 14.

    Protón: Son las partículas con carga positiva que se encuentran dentro del núcleo de un átomo, para el caso de este tema, protones serán H+.

    1. Introducción

     

    El mantenimiento del pH del medio interno, dentro de unos límites estrechos, es de vital importancia para los seres vivos. Es una de las constantes que el organismo trata de mantener con más tenacidad, por ser fundamental en la actividad enzimática y otras funciones vitales.

     

    Diariamente el metabolismo intermedio va a generar una gran cantidad de ácidos, pese a lo cual, la concentración de hidrogeniones [H+] libres en los distintos compartimentos corporales va a permanecer fija dentro de unos límites estrechos.

     

    Ello es debido a la acción de los amortiguadores fisiológicos que van a actuar de forma inmediata impidiendo grandes cambios en la concentración de hidrogeniones, y a los mecanismos de regulación pulmonar y renal, que son en última instancia los responsables del mantenimiento del pH.

     

    1.1 Protón

     

    Núcleo electropositivo del átomo de hidrógeno ordinario. Partícula elemental y estable. Cuando se disuelve el hidrógeno en agua se ioniza en H+ y un electrón. Los núcleos de todos los elementos contienen un número de protones señalado por el número atómico del elemento.

     

    1.2 Ácido y base

     

    Siguiendo la definición de Bronsted, un ácido es aquella sustancia capaz de ceder iones H+ y una base es aquella capaz de captar iones H+. Existen dos clases de ácidos importantes en fisiología: Ácido carbónico (H2CO3) y Ácidos no Carbónicos. Hacer esta distinción es importante debido a las diferentes tasas de producción y rutas de eliminación de estos ácidos. Los ácidos y bases se pueden clasificar en fuertes y débiles. Son ácidos y bases fuertes aquellos para los que, en concentraciones ordinarias, prácticamente todas sus moléculas están disociadas. Los ácidos y bases débiles tienen constantes de ionización pequeñas, de forma que cuando se disuelven con concentraciones ordinarias de agua gran parte de sus moléculas se mantienen sin disociar.

     

    1.3 Acidez de una solución

     

    Depende de su concentración en H+ con independencia de la sustancia disociada que lo libera

     

    1.4 Constante de disociación

     

    La constante de disociación ácida K se puede definir como una relación entre las concentraciones de ácido disociado y sin disociar.

     

    Kc= ([A] • [B]) / [AB]

     

    En los ácidos fuertes K adquiere mayor valor, dado que las concentraciones de A y B serán altas y la concentración AB (ácido sin disociar) será baja. Si el valor de K para un ácido es bajo, esto significa que es un ácido débil, se disocia escasamente, por lo tanto, las concentraciones de A y B serán bajas, y la concentración de AB será elevada.

     

    Por lo tanto, podemos decir que la constante de disociación ácida K, es una medida cuantitativa de la fuerza de un ácido.

     

    Una sustancia disociable en solución libera electrolitos, alcanza siempre un nivel en el que se estabiliza una fracción disociada y otra sin disociar. En ese momento la velocidad de disociación y la de reconstrucción son idénticas.

     

    1.5 Ley de acción de masas

     

    La ley de acción de masas postula que la velocidad de una reacción es proporcional al producto de las concentraciones de sus reactantes. Conforme se va agotando la sustancia disminuye la velocidad de disociación hasta igualar a la reconstrucción.

     

    Por ejemplo: el agua puede disociarse en hidrógeno e hidroxilo:

     

    H2O H+ + OH–

     

    1.6 pH

     

    Logaritmo inverso de la concentración de hidrogeniones, expresa la cantidad de H+ de una solución. Expresar cifras tan bajas de concentración (nanogramos) es incómodo por lo que la obtención de su logaritmo negativo proporciona cifras de más fácil comprensión y por tanto más fácil manejo.

     

     

    Tabla 1. Relación entre el pH arterial y la concentración de H+

     

    1.7 Anión Gap

     

    Para mantener la electroneutralidad, las cargas positivas (cationes) deben igualar a las cargas negativas (aniones); si no ocurre así, aparece un anión gap cuyo valor normal es de 8 a 16 mEq/l y que se calcula con la siguiente ecuación:

     

    Anión Gap = Na+ – (Cl– + HCO3–)

     

    Tendemos a la acidosis: el metabolismo diario genera 13000-15000 mmol/d de CO2 que podría generar 13.000 mEq de H+ cada día y otros ácidos aportados, por ejemplo, por la dieta (aporta ácidos orgánicos, aminoácidos azufrados, residuos fosfato y sulfato) que aportan unos 70 mEq de H+ también cada día. En condiciones normales la concentración de H+ del líquido extracelular es baja (de unos 40 nEq/l). A pesar de ello, pequeñas fluctuaciones de esta van a tener repercusiones importantes sobre determinados procesos vitales. Por ello, existen unos límites relativamente estrechos entre los cuales la concentración de H+ es compatible con la vida. Dichos valores oscilan entre 16 y 160 nEq/l, lo que equivale a un valor de pH de 7.80 a 6.80 (Tabla 1).

     

    El principal producto ácido del metabolismo celular es el dióxido de carbono (CO2) que viene a representar un 98% de la carga ácida total. Aunque no se trate de un ácido, pues el CO2 no contiene H+, se trata de un ácido potencial ya que su hidratación mediante una reacción reversible catalizada por la anhidrasa carbónica (A.C.) va a generar ácido carbónico.

     

    CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3 –

     

    Al ser un gas, el CO2 va a ser eliminado prácticamente en su totalidad por los pulmones sin que se produzca una retención neta de ácido, por lo que se denomina ácido volátil. Por otra parte, el metabolismo va a generar una serie de ácidos no volátiles, también denominados ácidos fijos que representan de un 1-2% de la carga ácida y cuya principal fuente es el catabolismo oxidativo de los aminoácidos sulfurados de las proteínas. Estos ácidos fijos no pueden ser eliminados por el pulmón siendo el riñón el principal órgano responsable en la eliminación de estos.

     

    1.8 Alteración del pH

     

    Las desviaciones de la normalidad del pH pueden ser hacia la acidosis o hacia la alcalosis. Tanto una como otra pueden depender de variaciones del bicarbonato o de la presión parcial de CO2. En el primer caso el trastorno se califica metabólico y en el segundo respiratorio. Por otra parte, la anormalidad puede estar compensada o descompensada, lo primero cuando los sistemas controladores del pH no afectados por la causa del trastorno consiguen que se mantenga el pH dentro de límites normales y lo segundo cuando no lo logran por haber sido desbordados.

     

     

    Las consecuencias de la alteración del equilibrio ácido-base son la alteración de la distribución de los iones en los espacios intra y extracelular, lo que modifica la actividad de numerosas enzimas, se producen cambios estructurales en las macromoléculas y alteraciones en equilibrios químicos. Si los trastornos son graves comprometen la vida.

     

    Es tan importante el mantenimiento del pH que hay varios sistemas de compensación que funcionan de forma alternativa, de forma que la disfunción de alguno de ellos debe ser compensada por otro; unos son de actuación inmediata y otros lenta pero definitiva.

     

    Existen unos sistemas de compensación inmediatos que se denomina amortiguación y que se produce en segundos; posteriormente entra en funcionamiento el sistema de compensación pulmonar cuya acción se produce en horas y finalmente se produce la compensación renal que puede tardar varios días en corregir la sobrecarga.

    1.9 Amortiguadores

    También denominados sistemas tampón o “buffer” (almohadilla o muelle). Representan la primera línea de defensa ante los cambios desfavorables de pH gracias a la capacidad que tienen para captar o liberar protones de modo inmediato en respuesta a las variaciones de pH que se produzcan.

     

    Fig. 1. Distribución de los sistemas “Buffer”

     

    Un sistema tampón es una solución de un ácido débil y su base conjugada:

    H (ácido) ↔ H+ + A– (base)

    El valor de pH en el cual el ácido se encuentra disociado en un 50% se conoce como pK. El pK representa el valor de pH en el que un sistema tampón puede alcanzar su máxima capacidad amortiguadora. Por tanto, cada sistema buffer tendrá un valor de pK característico. Cuando ingresan radicales ácidos en el medio interno se combinan con el catión de la sal y la consecuencia es la disminución de ésta y el aumento del ácido, pero como éste último es débil, (lo que significa que está poco disociado) el resultado final es que un ácido fuerte que aportaría muchos hidrogeniones se transforma en uno débil y apenas varía el pH.

     

    1.9.1. Amortiguador proteína

     

    Las proteínas intracelulares con sus grupos ionizables con diferentes valores de pK contribuyen de forma importante en el mantenimiento del pH, mediante el intercambio de H+ con iones unidos a proteínas que se desplazan al medio extracelular para mantener la neutralidad eléctrica.

     

    Especial mención merece el sistema amortiguador hemoglobina, es un tampón fisiológico muy eficiente debido tanto al cambio de pK que experimenta al pasar de la forma oxidada a la reducida, como a la gran abundancia de esta proteína en la sangre (15% del volumen total sanguíneo) y al hecho de que actúa dentro de los hematíes:

     

    HbH+ ↔ Hb– + H+

     

    Las propiedades amortiguadoras de la hemoglobina desempeñan un papel fundamental en el transporte sanguíneo del CO2 tisular hasta su eliminación pulmonar. En el interior del hematíe, por acción de la Anhidrasa Carbónica, el CO2 se va a convertir en ácido carbónico que se disocia dando un H+ que rápidamente será tamponado por la hemoglobina, y bicarbonato que saldrá del hematíe en intercambio con iones cloro.

     

    1.9.2. Amortiguador fosfato

     

    Ejerce su acción fundamentalmente a nivel intracelular, ya que es aquí donde existe una mayor concentración de fosfatos y el pH es más próximo a su pK (6.8). Interviene junto a las proteínas celulares de manera importante en la amortiguación de los ácidos fijos:

     

    PO4 H2 ↔PO4 H– + H+

     

    1.9.2. Amortiguación ósea

     

    El hueso interviene en la amortiguación de la carga ácida captando los H+ en exceso o liberando carbonato a la sangre por disolución del hueso mineral. El papel más importante del hueso en la amortiguación ocurre en situaciones de acidosis crónica tales como en los casos de insuficiencia renal crónica en la que la parathormona juega un papel fundamental. Este sistema de amortiguación también va a intervenir en presencia de una carga básica a través del depósito de carbonato en el hueso.

     

    1.9.3. Amortiguador carbónico/bicarbonato

     

    Poco potente desde el punto de vista químico, (pK =6.1). Es el tampón más importante en la homeostasis del pH porque:

     

    • Está presente en todos los medios tanto intracelulares como extracelulares. En el medio extracelular la concentración de bicarbonato es elevada (24 mEq).
    • Es un sistema abierto: la concentración de cada uno de los dos elementos que lo componen son regulables: el CO2 a nivel pulmonar y el bicarbonato a nivel renal.
    • La suma de las concentraciones del ácido y de la base no es constante, lo cual aumenta muchísimo su capacidad amortiguadora. La relación existente entre el ácido y la base nos viene dada por la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

     

    pH = pK + Log [HCO3–] / [H2 CO3]

    o

    pH = pK+ Log [ HCO3–] / [ PaCO2]

     

    Cualquier cambio de pH se va a traducir como una alteración de la relación carbónico/bicarbonato, puesto que el pH prácticamente solo va a depender de dicha relación y no de los valores absolutos de las concentraciones de ambos. Por tanto, si la relación carbónico/bicarbonato se eleva por encima de 20/1 estaremos ante una situación de alcalosis y si la relación es inferior a dicho valor se tratará de una acidosis. Es importante tener en cuenta que todos los sistemas “buffer” están interrelacionados y que se amortiguan unos a otros, de modo que todos los amortiguadores de un mismo compartimento van a variar conjuntamente ante un cambio en el pH. Esto nos va a permitir conocer los cambios de cada sistema si conocemos los que ha experimentado uno de ellos. En la clínica el sistema que se mide para la valoración del estado ácido-base es el sistema carbónico/bicarbonato.

     

    1.10. Sistemas de compensación

     

    Ninguno de los sistemas de amortiguación de pH que acabamos de ver es capaz de eliminar del organismo los hidrogeniones en exceso ya que van a intervenir de forma inmediata minimizando, pero no impidiendo cambios en el pH, por lo que es necesario inducir posteriores respuestas compensatorias pulmonar y renal.

     

    1.10.1. Compensación respiratoria

     

    La respiración elimina CO2, que como hemos visto equivale a eliminar un ácido, el carbónico. La acidosis, lo mismo por un aumento de CO2, que, por ácidos fijos, es un estímulo para la ventilación. La respuesta ventilatoria ante los cambios de pH es rápida. Está mediada por los quimiorreceptores de los corpúsculos carotídeos y aórticos y del centro respiratorio bulbar. El descenso de pH estimula a los quimiorreceptores provocando una hiperventilación, aumentando la eliminación de CO2 y disminuyendo la pCO2 arterial. La acción de los pulmones para compensar trastornos no dependientes de anormalidades de la función respiratoria se inicia, como la de los tampones, inmediatamente, pero tarda varias horas en alcanzar la eficacia plena. También es limitada, porque la ventilación sólo puede aumentar y, sobre todo, disminuir hasta cierto punto, por lo que precisa la ayuda del riñón para la compensación completa.

     

    El aumento de pH inhibe los quimiorreceptores provocando un descenso rápido de la ventilación, una reducción de la eliminación de CO2, y por tanto una elevación de la pCO2 arterial. Es menos eficaz porque se acompaña de una disminución de la pO2 que estimula el centro respiratorio.

     

    1.10.2. Compensación renal

     

    El riñón es el principal órgano implicado en la regulación del equilibrio ácido-base por dos motivos fundamentales:

     

    • Es la principal vía de eliminación de la carga ácida metabólica normal y de los metabolitos ácidos patológicos.
    • Es el órgano responsable de mantener la concentración plasmática de bicarbonato en un valor constante, gracias a su capacidad para reabsorber y generar bicarbonato de modo variable en función del pH de las células tubulares renales.

     Por tanto, en una situación de acidosis se producirá un aumento en la excreción de ácidos y se reabsorberá más bicarbonato, mientras que en una situación de alcalosis ocurrirá lo contrario, es decir, se retendrá más ácido y se eliminará más bicarbonato. Por este motivo, el pH urinario va a experimentar cambios, pudiendo oscilar entre 4.5 y 8.2.

     

    1.10.2.1 Reabsorción renal de bicarbonato

    Los riñones reabsorben la mayor parte de los mEq de HCO3– que filtran diariamente. El bicarbonato es filtrado continuamente hacia la luz del túbulo renal (generalmente asociado a iones Na+) de modo que en el filtrado glomerular intacto la concentración de bicarbonato es prácticamente igual a la del plasma, de ahí la importancia del proceso de reabsorción de este.

     

    Los iones bicarbonato filtrados se reabsorben por la interacción con iones hidrógeno en los túbulos. El efecto neto es una reabsorción de bicarbonato. Los iones bicarbonato que realmente pasan al líquido extracelular no son los mismos que se filtraron a los túbulos. Los iones bicarbonato se «titulan» en los túbulos frente a los iones H+. En condiciones normales, las cantidades de estos dos iones que penetran en los túbulos son casi iguales y se combinan entre ellos para formar CO2 y H2O. Cuando existe un exceso de iones bicarbonato respecto a la de iones H+en la orina -alcalosis metabólica- el bicarbonato no se reabsorbe y se excreta en la orina. En la acidosis, por el contrario, existe un exceso de iones H+ con respecto a la de iones bicarbonato, lo que hace que la reabsorción de bicarbonato sea completa.

     

    1.10.2.2. Producción renal de Bicarbonato

     

    Si a pesar del proceso de reabsorción la concentración de bicarbonato plasmático permanece por debajo del valor normal, en las células tubulares se va a sintetizar bicarbonato. Esto sucede fundamentalmente en el túbulo contorneado distal a partir del CO2

    procedente de la sangre o del propio metabolismo de la célula tubular por acción de la anhidrasa carbónica. El H2CO3 así generado se disocia en bicarbonato, que se reabsorbe hacia la sangre, y un hidrogenión, que es eliminado. En este caso los hidrogeniones sí van a acidificar la orina, de ahí la gran importancia de los amortiguadores urinarios.

     

    Aproximadamente un tercio de los H+secretados van a ser titulados sobre fosfato y el resto sobre amoníaco, siendo por tanto mínima la cantidad de ácido libre que se elimina por la orina.

     

    La producción renal de amoníaco representa aproximadamente un 60% en la eliminación de H+asociada a ácidos no volátiles. Este se va a producir principalmente por desaminación de la glutamina en las células del túbulo renal y difunde fácilmente a través de la membrana hacia la luz del túbulo donde, se combina con H+formando iones amonio, un ácido muy débil que es eliminado por la orina.

     

    Llamamos acidez titulable de la orina a la que se puede medir, lo cual no indica el total de H+secretados, ya que los iones amonio, por su debilidad, prácticamente no contribuyen a la acidez titulable, y los H+amortiguados con bicarbonato se van a eliminar formando parte de una molécula de agua. Por este motivo la acidez titulable corresponde casi en su totalidad a los hidrogeniones que se encuentran como fosfato.

     

    ¡Recuerda!

     

    A pesar de la gran cantidad de hidrogeniones que se generan diariamente en el metabolismo humano, el pH (que representa el logaritmo inverso de la concentración de hidrogeniones) se mantiene constante. Los iones medibles séricos se representan por el anión gap definido como la diferencia entre la concentración de sodio y las de cloro y bicarbonato, cuyo valor normal se sitúa entre 8 y 16 mEq/L y cuyo aumenta indica un incremento en la concentración de cationes que no han sido medidos directamente. El principal ácido del organismo es el CO2, ácido volátil que se elimina por los pulmones y que representa el 98%, mientras que el 2% restante (ácidos fijos) se deben eliminar por los riñones.

     

    Ante los cambios de pH el organismo reacciona de forma que intenta compensarlo por medio de tres sistemas:

     

    1. Los amortiguadores o tampones, formados por ácidos débiles y su base conjugada (hemoglobina, fosfato, el carbonato óseo y el carbónico/carbonato);
    2. El sistema de compensación pulmonar, que mediante la mayor o menor eliminación de CO2 debido a la estimulación o inhibición de los quimiorreceptores por la pCO2 sérica; y
    3. La compensación renal, mediante la reabsorción de HCO3– y la producción renal de amoníaco. Se denomina acidez titulable de la orina a aquella que se puede medir en la orina y que corresponde prácticamente en su totalidad a la que se halla en forma de fosfato, dado que la cantidad eliminada en forma de amonio y de hidrogeniones amortiguados con bicarbonato es mínima

     

    2. Actividad en la sesión: diagramas de flujo

      2.1. Instrucciones: Llena los recuadros vacíos del siguiente diagrama sobre trastornos acidobásicos simples (para ello, puedes utilizar las opciones que se muestran a la derecha). A continuación, compara tus resultados con los de tus compañeros y discútelos en clase.

       

       

      Responde las siguientes preguntas:

      En el fenómeno de compensación renal y respiratoria:

      1. ¿Cómo esperarías encontrar los valores de PCO2, cuando el HCO3– está alterado?
      2. ¿Cómo esperarías encontrar los valores de HCO3– cuando la PCO2 está alterada? Justifica tus respuestas.

      Basándote en tus respuestas previas, completa el siguiente diagrama, que muestra la compensación respiratoria y renal de los trastornos acidobásicos simples. Las respuestas se encuentran a la derecha, pero están desorganizadas.

       

      Completa el siguiente diagrama, que muestra el mecanismo compensatorio respiratorio frente a un aumento en la concentración plasmática de hidrogeniones (acidosis). En este ejemplo, los hidrogeniones provienen del aumento de cuerpos cetónicos (ácidos) en la cetoacidosis diabética. Debes indicar si un cierto parámetro aumenta o disminuye (colocar flechas hacia arriba y/o abajo), así como identificar los quimiorreceptores (centrales y periféricos) de acuerdo al parámetro que censan.

      Finalmente, contesta las siguientes preguntas:

      1. ¿Qué ocurriría con la PCO2 si aumenta la frecuencia ventilatoria con una importante disminución de la profundidad de las ventilaciones? Explica cómo se relaciona esto con el espacio muerto.
      2. Explica la respuesta renal a mediano plazo que ocurrirá luego de esta situación aguda.

       

      2.2 Viñeta clínica 1

       

      Ricardo se encuentra en una fiesta, mezcla alcohol con unas  pastillas ofrecidas durante el evento, después de ingerirlas cae inconsciente y es llevado a urgencias. Los datos de laboratorio indican intoxicación por barbitúricos, sus valores de gasometría arterial son pH 7.21, HCO3– 20 mmol/l, PaCO2 55 mmHg, PaO2 80 mmHg, satO2 70%

      1. ¿Qué trastorno ácido base está cursando Ricardo?

      a) Acidosis respiratoria

      b) Acidosis metabólica

      c) Alcalosis metabólica

      d) Alcalosis respiratoria

      2. Explique la relación que guarda la concentración de CO2 y el pH.

      3. ¿Por qué aumentó la concentración de CO2 en Ricardo?

      4. Explique las diferencias entre un sistema abierto y uno cerrado en la regulación ácido-base.

       

      2.3 Viñeta clínica 2.

       

      I. Andrea, de 68 años, fumadora crónica y diagnosticada con diabetes mellitus tipo 2, acude al servicio de urgencias por tener desde hace 4 días poliuria, polidipsia y polifagia, acompañado por deterioro del estado general y dolor abdominal intenso y difuso. Se decide hospitalizar para toma de muestras. La gasometría arterial reportó los siguientes valores:

      pH: 7.25, pCO2: 12.9 mmHg, pO2 100 mmHg, SatO2: 98%, HCO3-: 5.6 mmol/L.

       

      1. ¿Qué trastornos ácido-base se pueden diagnosticar en Andrea?

      a) Acidosis metabólica y alcalosis respiratoria

      b) Alcalosis metabólica y acidosis respiratoria

      c) Acidosis respiratoria y alcalosis metabólica

      d) Alcalosis respiratoria y alcalosis metabólica

       

      1. Explica la razón por la cual está disminuida la pCO2 en Andrea.

       

      1. ¿Qué receptores se están activando en Andrea para que la pCO2 llegue a esos valores?

       

      4. Explorando a Andrea, ¿Cómo esperarías encontrar su frecuencia respiratoria?

      a) Sin modificaciones

      b) Aumentada

      c) Disminuida

       

      Referencias:

       

      1. El texto del marco teórico se basa en la información recuperada de: Fundación para la Formación e Investigación Sanitarias de la Región de Murcia. Sección Volviendo a la básico. Tema 7. Fundamentos del equilibrio ácido-base. Disponible en línea en: http://www.ffis.es/volviendoalobasico/ 2definiciones_y_conceptos_generales.html
      2. Hall, J. E. (2016). Guyton y Hall. Tratado de fisiología médica. 13ª edición. Barcelona, España: Elsevier.
      3. Silverthorn, D. U. (2019). Fisiología humana: un enfoque integrado. 8ª edición. Ciudad de México, México: Editorial Médica Panamericana.

       

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      Mecanismos de concentración y dilución urinaria. Regulación de la osmolaridad.

      Mecanismos de concentración y dilución urinaria. Regulación de la osmolaridad.

      Ene 21, 2022 | Unidad Temática II

      Objetivo de Aprendizaje

      Describe y ejemplifica los mecanismos de regulación de la osmolaridad mediados por la nefrona.

      Resultados de Aprendizaje

       

      Integra los saberes de la formación de orina concentrada y diluida en la resolución de un problema clínico.

       

      Glosario de términos

       

      Excreción: Es el producto final de eliminación resultado de los procesos de filtración, reabsorción y secreción.

      Filtración: Paso de sustancias de la sangre hacia el espacio urinario a través de la barrera de filtración glomerular.

      Hormona antidiurética (ADH): Es la hormona que interactúa con la nefrona para disminuir la formación de orina. También es conocida como arginina vasopresina (AVP), o argipresina, ya que tiene un efecto vasoconstrictor.

      Nefrona: Unidad anatómica y funcional que conforma al riñón.

      Nicturia: Micción nocturna frecuente.

      Pujo miccional: Sensación de insatisfacción al vaciar la vejiga.

      Reabsorción: Paso de sustancias de los túbulos renales hacia los vasos capilares que los rodean.

      Secreción: Paso de sustancias de los vasos capilares (capilares peritubulares) que rodean los túbulos hacia los túbulos renales.

      Tenesmo vesical: Sensación persistente de ganas de orinar tras haber finalizado la micción.

      1. Introducción

       

      La nefrona es la unidad funcional del riñón y tiene la función de filtrar, reabsorber y secretar sustancias, teniendo como producto final la orina. Existen dos tipos de nefronas: las corticales y las yuxtamedulares (figura 1). Las nefronas corticales son más abundantes y tienen túbulos que apenas penetran en la médula, mientras que las nefronas yuxtamedulares sí tienen túbulos que penetran hasta la profundidad de la médula.

       

      Para entender la fisiología e histología renal es requerido entender los siguientes conceptos:

      • Filtración: Paso de sustancias de la sangre hacia el espacio urinario a través de la barrera de filtración glomerular.
      • Reabsorción: Paso de sustancias de los túbulos renales hacia los vasos capilares que los rodean.
      • Secreción: Paso de sustancias de los vasos capilares (capilares peritubulares) que rodean los túbulos hacia los túbulos renales.
      • Excreción: Es el producto final de eliminación resultado de los procesos de filtración, reabsorción y secreción.

       

      La filtración o ultrafiltrado de la sangre se lleva a cabo en la barrera de filtración glomerular, la cual está formada por diferentes componentes situados en el corpúsculo renal:

       

      • Endotelio capilar glomerular: son capilares que presentan fenestraciones de un diámetro mayor de 70-90 mm, más abundantes y de contornos más irregulares que las fenestraciones de otros capilares. El diafragma en estos capilares está ausente.
      • Membrana basal glomerular: llamada lámina basal gruesa, es una membrana basal que se forma a partir de la fusión de la membrana basal de los podocitos y la membrana basal de las células endoteliales glomerulares. Presenta un alto contenido de colágena tipo IV.
      • Capa visceral de la cápsula de Bowman: contiene las células epiteliales viscerales o podocitos. Estas células emiten prolongaciones alrededor de los capilares glomérulares; las primeras prolongaciones se llaman prolongaciones primarias y de ellas salen prolongaciones secundarias, también conocidas como pedicelos. Los espacios entre las prolongaciones se denominan ranuras o hendiduras de filtración, con aproximadamente 25 mm de ancho, y permiten el ultrafiltrado de la sangre.

       

      El verdadero filtro está en las láminas raras debido a su alto contenido en glucosaminoglicanos polianiónicos, que restringen el movimiento de partículas y moléculas con carga negativa) a través de la membrana basal glomerular. Por esta razón, de manera normal, el riñón no permite el paso de proteínas en la orina, por lo que su presencia en esta se traduce en una alteración de la composición de la membrana basal glomerular.

       

      Filtración glomerular

      El primer paso para la formación de orina es la filtración glomerular. De aproximadamente 180 l de líquido filtrado al día, la mayor parte se absorbe, dejando únicamente 1 l para su excreción; esta alta tasa de filtración glomerular depende de la alta tasa de flujo sanguíneo renal y las propiedades especiales de las membranas de los capilares glomerulares.

       

      Composición del filtrado glomerular y sus diferencias con el plasma

       

      Como la mayoría de los capilares, los capilares glomerulares son relativamente impermeables a proteínas, por lo que el líquido filtrado, llamado filtrado glomerular, carece prácticamente de estas, así como de elementos celulares, incluidos los eritrocitos.

       

      Las concentraciones de otros constituyentes del filtrado glomerular, como la mayoría de las sales y moléculas orgánicas son similares a las concentraciones en el plasma; sin embargo, algunas sustancias con peso molecular bajo, como el calcio y los ácidos grasos, que no se filtran libremente porque están unidas parcialmente a las proteínas plasmáticas tienen, en el filtrado glomerular, concentraciones diferentes a las observadas en el plasma.

      La filtración glomerular está determinada por: 1) el equilibrio entre las fuerzas hidrostáticas y coloidosmóticas que actúa a través de la membrana capilar (figura 2), y 2) el coeficiente de filtración capilar (), el producto de la permeabilidad por el área de superficie del filtro de los capilares. Los capilares glomerulares tienen una presión hidrostática glomerular alta (60 mmHg) y una gran filtración capilar. En el adulto promedio la filtración glomerular es de 125 ml/min o 180 l/día. La fracción del flujo plasmático renal que se filtra (la fracción de filtración) es de aproximadamente 0.2, lo que significa que alrededor del 20% del plasma que fluye a través del riñón se filtra a través de los capilares glomerulares. El riego sanguíneo de los dos riñones es normalmente alrededor del 22% del gasto cardiaco lo que equivale aproximadamente a 1,100 ml/min.

       

      La FG está determinada por: 1) la suma de las fuerzas hidrostática y coloidosmótica a través de la membrana glomerular, que da lugar a la presión neta de filtración, y 2) el coeficiente de filtración.

       

      Coeficiente de filtración

       

      El coeficiente de filtración ) es una medida del producto de la conductividad hidráulica y el área superficial de los capilares glomerulares; no puede medirse directamente, pero se calcula experimentalmente con la siguiente fórmula:

       

      filtración glomerular (FG) / presión de filtración neta

       

      Dado que la FG total en los dos riñones es de unos 125 ml/min y la presión de filtración neta 10 mmHg, el  normal se calcula en unos 12.5 ml/min/mmHg de presión de filtración. Cuando el  se expresa por 100 g de peso renal, tiene un promedio de alrededor 4.2 ml/min/mmHg, un valor unas 400 veces mayor que el de la mayoría de los otros sistemas capilares  del cuerpo. Este  alto de los capilares glomerulares contribuye a la filtración rápida de líquido.

       

      Aunque el aumento del eleva la FG y la reducción del , la reduce, los cambios en  probablemente no constituyen un mecanismo importante de la regulación normal de la FG. Pero algunas enfermedades reducen el al reducir el número de capilares glomerulares funcionales (reduciendo así el área superficial para la filtración) o aumentando el espesor de la membrana capilar glomerular y reduciendo su conductividad hidráulica. Por ejemplo, la hipertensión mal controlada y la diabetes mellitus reducen gradualmente el al aumentar el espesor de la membrana basal capilar glomerular, dañando los capilares de forma tan grave que se pierde la función capilar.

      Mecanismos de concentración y dilución urinaria

       

      Los riñones ajustan su diuresis para compensar las ingestas de agua anormalmente bajas o altas, o las pérdidas anormalmente altas por otras rutas. Las hormonas involucradas en la coordinación de estas funciones incluyen la angiotensina II, aldosterona, el péptido natriurético auricular (PNA) y la hormona antidiurética (ADH), también llamada vasopresina. Los riñones necesitan excretar unos 600 miliosmoles/día, independientemente del volumen de agua excretada, lo cual puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

       

      Osmoles excretados/día = UOsm ⋅ V

       

      donde UOsm es la osmolaridad de la orina y V es la diuresis al día.

       

      Cuando la ingesta de agua es especialmente alta, el riñón humano puede generar orina con una osmolalidad tan baja como 40 miliosmoles (mOsm), diluyendo la orina unas 7.5 veces con respecto al plasma. Como los riñones deben seguir secretando 600 mOsm de solutos, el volumen de orina en una diuresis acuosa extrema se elevaría hasta los 15 l/día.

       

      Por otra parte, cuando es preciso conservar agua (p. ej., cuando está restringida la ingesta de agua o cuando las pérdidas son excesivas), el riñón es capaz de generar orina con una osmolaridad alta de hasta 1 200 mOsm, concentrando la orina alrededor de 4 veces con respecto al plasma sanguíneo. Como los riñones deben seguir secretando 600 mOsm de solutos, el volumen de orina en una diuresis acuosa extrema se disminuye hasta los 0.5 l/día.

       

      Cuando la osmolaridad de los líquidos corporales aumenta por encima de lo normal, el lóbulo posterior de la hipófisis secreta más ADH, que aumenta la permeabilidad al agua de los túbulos distales y de los conductos colectores, aumentando la reabsorción de agua. En cambio, una disminución de la osmolaridad del líquido extracelular disminuye la secreción de ADH, lo que disminuye la permeabilidad al agua y conduce a la excreción de mayores cantidades de orina diluida. De este modo, la presencia o falta de ADH determina, en gran parte, que el riñón excrete una orina diluida o concentrada (figura 3).

      La figura 4 muestra los componentes básicos del sistema de retroalimentación osmorreceptor-ADH para el control de la concentración de sodio y la osmolaridad del líquido extracelular. Asimismo, puede observarse que la liberación de ADH está controlada también por reflejos cardiovasculares que responden a reducciones de la presión arterial y el volumen sanguíneo, originados en barorreceptores arteriales (en el cayado aórtico y el seno carotídeo) y receptores de baja presión (en las aurículas y las arterias pulmonares), respectivamente.

      1. Actividad en la sesión: aprendizaje basado en casos

       

      • Viñeta clínica #1

       

      Se presenta a su consultorio un paciente masculino de 50 años con molestias al orinar. Refiere haber iniciado hace un mes de manera progresiva con pujo miccional y dificultad para iniciar la micción, así como episodios de nicturia. Actualmente presenta tenesmo vesical (deseo de orinar), disminución de la fuerza del chorro, así como su calibre. A la exploración física presenta globo vesical en hipogastrio, tenso a la palpación. Se realiza tacto rectal evidenciando la próstata con aumento de tamaño, simétrica al tacto. Se realiza ultrasonido vesical y renal donde se evidencia un aumento en el volumen urinario residual, así como hidronefrosis (dilatación del sistema colector renal). Se integra un diagnóstico de retención aguda de orina secundario a hiperplasia prostática benigna.

       

      Responda lo siguiente y justifique su respuesta.

       

      1. ¿Qué cambios esperarías en la filtración glomerular (FG)?

      a. Aumento de la FG

      b.Disminución de la FG

      c. No presenta cambios por los mecanismos de compensación

      2. Mediante un esquema muestre los cambios en la presión de filtración neta. ¿Qué relación tiene con la FG?

      3. ¿Cuál sería la respuesta esperada por parte de la mácula densa?

      a. Aumentar la resistencia aferente

      b. Aumentar la resistencia eferente

      c. Aumentar el área superficial en los capilares glomerulares

      4. La respuesta simpática en el sujeto, ¿qué efecto tendría en la FG?

      a. Aumentar la resistencia aferente

      b. Aumentar la resistencia eferente

      c. Aumenta el área superficial en los capilares glomerulares

       

      • Viñeta clínica #2

       

      María, de 19 años, pertenece al equipo femenil de atletismo de su escuela. Durante su entrenamiento, tras haber recorrido 10 km, presenta visión borrosa y cae inconsciente al piso.

       

      1. ¿Qué células son las principales liberadoras de renina en el cuerpo humano?

      a. Mácula densa

      b. Células yuxtaglomerulares de la arteriola aferente

      c. Células yuxtaglomerulares arteriola eferente

      2. ¿Cuál es el sitio principal de acción de la aldosterona?

      a. Túbulo colector

      b. Túbulo proximal

      c. Asa de Henle porción fina

      d. Asa de Henle porción gruesa

      3. María presenta resistencia a la aldosterona endógena, ¿cómo esperaría encontrar los electrolitos séricos?

      a. Potasio <3.5 mEq/l, Sodio <135 mEq/l

      b. Potasio >4.5 mEq/l, Sodio >145 mEq/l

      c. Potasio >4.5 mEq/l, Sodio <135 mEq/l

      d. Potasio <3.5 mEq/l, Sodio >145 mEq/l

       

      Viñeta clínica #3

       

      Julián, biólogo marino, se encuentra estudiando la vida de la tortuga golfina, durante su expedición su bote es embestido por una ballena y pierde su reserva de agua, por lo que debe beber agua de mar.

      ¿Qué osmolaridad plasmática presentaría Julian?

      a. <280 mosm/l

      b. >295 mosm/l

       

      2. ¿Dónde se sintetiza principalmente la vasopresina?

      a. Núcleo paraventricular

      b. Tracto solitario

      c. Núcleo supraóptico

      3. Describa mediante un esquema las vías que actúan durante un estímulo de sed.

      4. Explique la respuesta renal ante una hidratación hipertónica (agua de mar).

      5. Basado en tus conclusiones previas, ¿qué cambios esperarías encontrar en el volumen y la osmolaridad de los compartimientos líquidos de Julián? Contesta en relación a la figura 5 y justifica tu respuesta.

      6. Si Julián hubiese tomado grandes cantidades de agua simple en vez de agua de mar, ¿qué cambios esperarías encontrar? Contesta en relación a la figura 5 y justifica tu respuesta.

       

      • Viñeta clínica #4

       

      Femenino de 80 años con diagnóstico de síndrome depresivo mayor de 6 meses de evolución. Es traída a urgencias por sus familiares al presentar náuseas y alucinaciones. A la exploración física se encuentra desorientada en tiempo y lugar. Se realiza química sanguínea y electrolitos séricos con los siguientes valores: Na+ 120 mmol/l, K+ 3.9 mmol/l, Cl- 90 mmol/l, Glucosa 88 mg/dl, BUN (nitrógeno ureico en sangre) 20 mg/dl, Na+ urinario 20 mmol/l y osmolaridad urinaria 370 mg/dl.

       

      1. Calcule la osmolaridad plasmática.
      2. Observa los escenarios que plantea la figura 5 y contesta: ¿cuál sería el efecto de administrar una solución isotónica?
      3. Explique el mecanismo de control entre la hormona antidiurética y la osmolaridad urinaria.
      4. ¿Cuál sería el efecto de la suplementación de urea en la paciente?
      5. ¿Qué porción(es) del sistema colector muestra mayor actividad ante el aumento de ADH? Explica el mecanismo.
      6. Ante un paciente con resistencia a ADH ¿cómo esperarías encontrar la osmolaridad urinaria?

       

      Referencias:

      1. Hall, J. E. (2016). Guyton y Hall. Tratado de fisiología médica. 13ª edición. España: Elsevier.
      2. Barret, K. E, Barman, S. M., Boitano, S., y Brooks, H. L. (2016). Fisiología Médica. 25ª edición. México: Mcgraw-Hill.
      3. Koeppen, B. M., y Stanton, B. A. (2018). Berne & Levy. Fisiología. 7ª edición. España: Elsevier.

       

       

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      Transporte de O2 y CO2

      Transporte de O2 y CO2

      Ene 14, 2022 | Unidad Temática II

      Objetivo de aprendizaje

       

      • Explica detalladamente el transporte de oxígeno y dióxido de carbono y ejemplifica los factores que la modifican en sus curvas de disociación.

       

      Resultados de aprendizaje

       

      • El estudiante integra los conocimientos sobre la difusión y el transporte de O2 y CO2 en los sistemas cardiovascular y respiratorio, a través de la utilización de viñetas clínicas.
      • Analiza el Efecto de Bohr y Haldane.

       

      Glosario de términos

      Alvéolos: Concavidad semiesférica situada al final de los bronquios, en la que se realiza el intercambio de oxígeno con la sangre.

      Hemoglobina (Hb): Proteína del interior de los glóbulos rojos que transporta oxígeno desde los pulmones a los tejidos y órganos del cuerpo. Aunque también existen distintos tipos de hemoglobina, por ejemplo:

      HbA (adulto), HbF (fetal), HbS (anemia drepanocitica), HbC (anemia hemolítica), HbH y HgbM.

      Carbaminohemoglobina = Hb+ CO2

      Carboxihemoglobin= Hb + CO

      Metahemoglobina = Hb + Fe3+

      Sulfohemoglobina = Hb + S

      pO2: Presión parcial de O2.

      pCO2: Presión parcial de CO2.

       

      1. Introducción

       

      Una vez que el oxígeno (O2) ha difundido desde los alvéolos hacia la sangre pulmonar, es transportado hacia los capilares de los tejidos periféricos combinado casi totalmente con la hemoglobina (Hb), de esta manera la sangre transporta de 30 a 100 veces más O2 de lo que podría transportar en forma de O2 disuelto en el agua de la sangre.

      En las células de los tejidos corporales, el O2 reacciona con varios nutrientes para formar grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2). Este dióxido ingresa a los capilares tisulares y es transportado de nuevo hacia los pulmones. El CO2, al igual que el O2 también se combina en la sangre con otras sustancias que aumentan de 15 a 20 meses el transporte del CO2.

      Después de que la sangre fluya hacia los pulmones, el CO2difunde desde la sangre hacia los alvéolos, porque la presión de CO2 (pCO2) en la sangre capilar pulmonar es mayor que en los alvéolos, de esta manera el transporte de O2 y de CO2 en la sangre depende tanto de la difusión como el flujo de sangre.

       

      1.1 Transporte hacia la sangre Arterial.

      Aproximadamente el 98% de la sangre que entra en la aurícula izquierda desde los pulmones acaba de atravesar los capilares alveolares, oxigenándose hasta tener una presión de O2 (pO2) de aproximadamente 104 mmHg.

      Un 2% de la sangre que ha pasado desde la aorta a través de la circulación bronquial, que vasculariza principalmente los tejidos profundos de los pulmones y no está expuesta al aire pulmonar; a este flujo sanguíneo se le denomina “flujo de derivación”, lo que significa que la sangre se deriva y no atraviesa las zonas de intercambio gaseoso. Cuando sale de los pulmones, la pO2 de la sangre que pasa por la derivación es aproximadamente la de la sangre venosa sistémica normal, de aproximadamente 40 mmHg. Cuando se combina la sangre del flujo de derivación con la sangre más oxigenada de los capilares alveolares, la pO2 disminuye hasta aproximadamente 95 mmHg, esta pO2 es la de la sangre que se bombea a todos los tejidos.

      Estos cambios de la Po2 sanguínea en diferentes puntos del sistema circulatorio se muestran en la figura 1.

       

      Figura 1. Cambios en la pO2 a lo largo del sistema cardiovascular.

      1.2 Transporte de oxígeno

      La molécula de O2 se combina de forma laxa y reversible con la porción hemo de la hemoglobina. Cuando la presión parcial de O2 es elevada, como ocurre en los capilares pulmonares, se favorece la unión de O2 a la hemoglobina y la liberación de dióxido de carbono (efecto Haldane). Por el contrario, cuando la concentración de dióxido de carbono es alta, como en los tejidos periféricos, se une CO2 a la hemoglobina y la afinidad por el O2 disminuye, haciendo que éste se libere (efecto Bohr).

       

      La primera molécula de O2 que interacciona con la desoxihemoglobina se une débilmente, sin embargo, esta unión conduce a unos cambios conformacionales que modifican las unidades adyacentes haciendo más fácil la unión de las moléculas de O2 adicionales.

       

      El O2 se transporta principalmente unido a la Hb (97%), el resto lo hace disuelto en el agua del plasma y de las células. Cada gramo de Hb puede liberar como máximo 1.34 mililitros de O2. Por tanto, la Hb de 100 mililitros de sangre se puede combinar con 20 mililitros de O2 cuando la Hb está saturada al 100%.

       

      Se conoce como curva de disociación de la hemoglobina (Figura 2) a la curva sigmoidea en forma de “S” que surge al representar el porcentaje de saturación de O2 de la Hb en función de la presión parcial de O2. La curva muestra un aumento progresivo del porcentaje de Hb con O2 a medida que aumenta la pO2 sanguínea.

       

      Se define como p50 a la presión parcial de O2 necesaria para conseguir una saturación de la Hb del 50% y su valor suele rondar los 27 mm de Hg. Cuanto más alta sea la p50, menor es la afinidad de la Hb por el O2 (se necesita una pO2 más alta para saturar la Hb al 50%).

       

      Existen factores que, manteniendo la forma sigmoidea, desplazan la curva de disociación de la Hb hacia una u otra dirección. Cuando la afinidad de la Hb por el O2 disminuye la curva se desplaza hacia la derecha y la p50 aumenta. Cuando la afinidad aumenta, la curva se desplaza hacia la izquierda y la p50 disminuye.

       

      Figura 2. . Curva de disociación de la hemoglobina.

       

      Los factores que desplazan la curva a la derecha son:

      1. Acidosis: Cuando la sangre se vuelve ligeramente ácida (pH 7,2) la curva se desplaza hacia la derecha en aproximadamente un 15%.

       

      1. Aumento de 2,3-difosfoglicerato (DPG). El DPG es un polianión producido en la cadena metabólica de la glucólisis, es escaso en la mayoría de las células al inhibir su exceso la enzima que lo genera, pero en el eritrocito abunda porque se une a la hemoglobina impidiendo la inhibición de su enzima. El DPG regula la afinidad de unión de la Hb al O2 con relación a la pO2 en los pulmones. Si un adulto sano se traslada rápidamente desde el nivel del mar a un lugar de elevada altitud donde la pO2 es menor, la liberación de O2 a los tejidos se reduce. Después de unas horas la concentración de DPG en sangre aumenta, disminuyendo la afinidad de la Hb por el O2 y liberando la cantidad habitual de O2 a los tejidos. La situación se invierte cuando la persona vuelve al nivel del mar.

       

      1. Efecto Bohr: ocurre en los capilares tisulares cuando el aumento de la concentración de CO2 origina la liberación de protones. Estos protones se unen a la globina haciendo que se aumente la liberación de O2, disminuyendo la afinidad.

       

      1. Otros: aumento de temperatura (fiebre) y sulfohemoglobina.

       

      Los factores que desplazan la curva hacia la izquierda son:

      • Alcalosis: cuando la sangre se alcaliniza (pH 7,6) la curva se desplaza a la izquierda, en un porcentaje similar al de la acidosis.

       

      • Hb fetal: la Hb fetal se une al DPG con menos afinidad que la hemoglobina del adulto y por tanto la HbF fija más oxígeno. De esta manera se facilita la cesión de oxígeno desde la circulación materna a la fetal.

       

      • Efecto Haldane: ocurre en los capilares pulmonares cuando la elevada concentración de O2 hace que se reduzca la afinidad de la Hb por el CO2. Esto desplaza la curva a la izquierda aumentando la afinidad por el O2 hasta 500 veces más.

       

      • Otros: monóxido de carbono (carboxihemoglobina), metahemoglobina.

       

      El término cianosis hace referencia a la coloración azulada de la piel y de las mucosas, debido a una mayor cantidad de desoxihemoglobina en los vasos sanguíneos de pequeño calibre. Se distinguen dos tipos de cianosis: central y periférica. En la central existe desaturación de la sangre arterial o un derivado anómalo de la hemoglobina y están afectadas tanto las mucosas como la piel. La cianosis periférica se debe a disminución de la velocidad del flujo de la sangre en una zona determinada y a la extracción anormalmente alta del oxígeno de la sangre arterial que tiene una saturación normal. Se trata del resultado de vasoconstricción y de disminución del flujo arterial periférico. A menudo en estas enfermedades las mucosas de la cavidad bucal parecen no tener cianosis. La distinción clínica entre las sinapsis centrales y periféricas no siempre es sencilla y en algunas enfermedades como un shock cardiogénico con edema pulmonar, puede existir una mezcla de ambas clases.

       

      1.3 Transporte de dióxido de carbono

       

      El CO2 transportado en la sangre de tres maneras: disuelto en el plasma, en forma de bicarbonato y combinado con proteínas como compuestos carbonílicos.

       

      El CO2 disuelto al igual que el oxígeno obedece la Ley de Henry, pero el CO2 es unas 20 veces más soluble que el O2. Como resultado el CO2 disuelto ejerce un papel significativo en el transporte de este gas, ya que cerca del 10% del CO2 que pasa al pulmón desde la sangre se halla en su forma disuelta.

       

      El bicarbonato se forma en la sangre mediante la secuencia siguiente:

       

      CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3–

       

      Los compuestos carbonílicos se forman al combinarse en CO2 con los grupos amino terminales de las proteínas sanguíneas. La proteína más importante es la globina de la Hemoglobina y se forma carbaminohemoglobina. Esta reacción se produce rápidamente sin acción enzimática y la Hb reducida fija más CO2 en la forma de carbaminohemoglobina que la HbO2. También en este caso la descarga de O2 en los capilares periféricos facilita la captación de CO2 mientras que la oxigenación tiene el efecto contrario.

       

      Se observa que la curva de disociación del CO2 (Figura 3) es mucho más lineal que la curva de disociación del O2, y también que cuanto menor sea la saturación de la Hb por el O2, mayor será la concentración de CO2 para una PCO2 dada. Este efecto Haldane puede explicarse por la mayor capacidad de la hemoglobina reducida para captar los iones H + que se producen cuando el ácido carbónico se disocia y por la mayor facilidad con la que la Hb reducida forma carbaminohemoglobina.

       

      La curva de disociación del CO2 tiene mayor pendiente que la del O2. Esto explica la gran diferencia entre la PO2 arterial y la PO2 venosa mixta (en general unos 60 mm Hg) y la pequeña diferencia para la pCO2 (alrededor de 5 mm Hg).

      Figura 3

       

      1. Actividad en clase:

      Instrucciones: discutir con los alumnos el siguiente caso clínico. A continuación, pueden responderse las preguntas relacionadas con el caso de manera individual, en equipos o todo el grupo guiados por el profesor. Pueden consultarse las respuestas correctas del cuestionario en el ANEXO 1. Asimismo, se sugiere a los profesores revisar los problemas clave de aprendizaje y las notas didácticas adicionales por pregunta que se incluyen en el ANEXO 2.

       

      2.1 Carlos se desmayó

      Parte I. Cuando Carlos regresó a su apartamento a las 5 de la tarde, encendió su viejo calentador de queroseno. Había sido un día frío a finales de primavera y su apartamento del tercer piso estaba frío. Después de pasar una hora preparando la cena, comió mientras veía las noticias de la noche. Notó que su visión se volvió progresivamente borrosa. Cuando se levantó para ir a la cocina se sintió mareado e inestable. Al llegar a la cocina se desorientó mucho y se desmayó. Lo siguiente que recuerda fue despertarse en la unidad de cuidados intensivos del hospital. Sus amigos pasaron cerca de las 7 de la tarde y encontraron a Carlos inconsciente en el piso de la cocina. En ambulancia lo llevaron inconsciente al hospital.

      Una muestra de sangre arterial extraída cuando llegó por primera vez al hospital muestra los siguientes valores:

      N2 O2 CO2 CO
      573 mmHg 95 mmHg 40 mmHg 0.4 mmHg

       

      Pregunta 1. ¿Las mediciones de qué gas(es) en sangre muestran anomalías en la presión o presiones parciales?

      1. N2, O2 y CO.
      2. CO y CO2.
      3. Solo CO.
      4. N2 y CO.
      5. O2 y CO.

       

      Parte II. Una medición de la sangre de Carlos revela que la Hb está saturada al 50% con CO (50% HbCO). En la figura 1 se muestra la curva de saturación de oxígeno-Hb en sangre de Carlos (50% HbCO) y en condiciones normales (2% HbCO). La unión del CO2 a la Hb es normal en ambos casos.

       

      Figura 1. La curva de saturación de oxígeno-hemoglobina (Hb) en sangre de Carlos (50% HbCO) y en condiciones normales (2% HbCO).

       

      Pregunta 2. ¿Cuál es el porcentaje aproximado de saturación de Hb por O2 en sangre arterial normal?

      1. 100%.
      2. 97%.
      3. 75%.
      4. 50%.
      5. 35%.

       

      Pregunta 3. ¿Cuál es la cantidad máxima de O2 (ml/100 ml de sangre) que se puede transportar en la sangre arterial de Carlos?

      1. 2 ml/100 ml.
      2. 5 ml/100 ml.
      3. 10 ml/100 ml.
      4. 15 ml/100 ml.
      5. 20 ml/100 ml.

       

      Pregunta 4. CO potencia el efecto Bohr. Esto significa que el CO provocará un cambio más pronunciado de la curva de saturación de Hb-oxígeno a la:

      a) Derecha

      b) Izquierda

       

      Pregunta 5. Si la PO2 en los tejidos corporales es de 20 mmHg, ¿cuál es la mejor estimación de la cantidad de O2 (ml/100 ml) que se puede liberar de la sangre de Carlos cuando circula en sus capilares sistémicos?

      1. <1 ml/100 ml.
      2. 1 ml/100 ml.
      3. 2,5 ml/100 ml.
      4. 5 ml/100 ml.
      5. 10 ml/100 ml.

       

      Pregunta 6. En la sangre de Carlos, la presión parcial de CO en la sangre es mucho más baja que la PO2, pero el porcentaje de saturación de Hb por cada gas es igual. Este resultado indica que la afinidad de la Hb por el CO es, aproximadamente, ¿cuántas veces mayor en comparación con el O 2?

      a) 38

      b) 100

      c) 238

      d) 708

      e) 1,783

       

      Pregunta 7. ¿Esperaría que el trastorno de Carlos se acompañe de hiperventilación mediada por quimiorreceptores?

      1. Sí, porque el porcentaje de saturación de oxígeno de Hb en su sangre se reduce.
      2. Sí, porque el CO actúa como un neurotransmisor del sistema nervioso central y los quimiorreceptores centrales se encuentran en el cerebro.
      3. Sí, porque los quimiorreceptores periféricos de los cuerpos carotídeo y aórtico detectan una presión parcial elevada de CO.
      4. No, porque la PO2 en su sangre es normal.
      5. No, porque el CO no puede difundirse a través de la barrera hematoencefálica.

       

      Pregunta 8. Fundamentalmente, la condición de Carlos es un problema de:

      1. Ventilación pulmonar.
      2. Difusión a través de la membrana respiratoria entre el espacio aéreo alveolar y los capilares alveolares.
      3. Transporte de gases entre los capilares alveolares y los lechos capilares en otros tejidos.
      4. Intercambio de gases disueltos entre la sangre y el líquido intersticial en los tejidos periféricos.
      5. Absorción de oxígeno y liberación de CO 2 por las células en los tejidos periféricos.

      Pregunta 9. Con respecto a la fisiología de la respiración externa, el trastorno de Carlos es muy análogo a:

      1. Hipoventilación inducida por barbitúricos.
      2. Vértigo.
      3. Anemia hemorrágica aguda.

       

      Pregunta 10. ¿Cuál de los siguientes NO es un componente apropiado de un plan de tratamiento agresivo para el trastorno de Carlos?

      1. Administración de una mezcla de gases respirables con alto porcentaje de oxígeno.
      2. Alcalinización de la sangre (aumento del pH).
      3. Reemplazo parcial de sangre con sangre completa normal y compatible.
      4. Administración de una mezcla de gases respirables con niveles elevados de CO2.

       

      2.2 ¡El neonato se ve azul!

       

      Recién nacido a término sin complicaciones durante el parto, APGAR 8/9, sin datos de dificultad respiratoria. Durante la exploración secundaria el explorador se percata de la presencia de lechos ungueales de tinte cianótico, así como lengua y labios. Pese a la cianosis en lechos ungueales no hay signos de dificultad respiratoria. Presenta saturación O2 de 74%. Se inicia oxigenoterapia complementaria con puntas nasales mejorando la saturación de oxígeno, así como la cianosis de lechos ungueales. Se realiza biometría hemática con parámetros normales y radiografía de tórax sin alteraciones; el ecocardiograma presenta flujos sin alteraciones. Se realiza evaluación de hemoglobina revelando una mutación estructural con afección de la afinidad de oxígeno (hemoglobina Kansas), por lo que presenta menor afinidad por el oxígeno.

      Pregunta 1. ¿Cuál de las siguientes curvas puede pertenecer al caso presentado?

      1. A

      2. B

      3. C

       

      Pregunta 2. ¿Cuál es la pO2 para alcanzar una saturación del 50%?

       

      Pregunta 3. Explique la relación entre la presencia de cianosis y la menor afinidad de oxígeno por la hemoglobina.

       

      Pregunta 4. Enliste las variantes que desplazan la curva hacia la izquierda.

       

      Referencias:

       

      La actividad está basada en el trabajo de: Cliff W. H. (2006). Case-based learning of blood oxygen transport. Advances in physiology education, 30(4), 224–229. DOI: 10.1152/advan.00003.2006

      Hall, J. E. (2016). Guyton y Hall. Tratado de fisiología médica. Madrid, España: Elservier.

       

      ANEXO 1.

      Respuestas de las preguntas

       

      Pregunta 1. c) Solo CO.

      Pregunta 2. b) 97%.

      Pregunta 3. c)10 ml/100 ml.

      Pregunta 4. a) Derecha.

      Pregunta 5. c) 2,5 ml/100 ml.

      Pregunta 6. c) 238.

      Pregunta 7. d) No, porque la PO2 en su sangre es normal.

      Pregunta 8. c) Transporte de gases entre los capilares alveolares y los lechos capilares en otros tejidos.

      Pregunta 9. d) Anemia hemorrágica aguda.

      Pregunta 10. b) Alcalinización de la sangre (aumento del pH).

       

      ANEXO 2.

      Problemas clave de aprendizaje y las notas didácticas adicionales

       

      Pregunta 1

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben conocer las presiones parciales arteriales normales de los principales gases en sangre como punto de comparación. Los estudiantes deben darse cuenta de que normalmente se encuentran pequeñas cantidades de CO en la sangre, pero a presiones parciales considerablemente inferiores al valor informado para el paciente.

       

      Pregunta 2

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben identificar la PO2 normal de la sangre. El estudiante debe poder usar la gráfica para derivar el porcentaje de saturación en función de la presión parcial. La pregunta 2 brinda una oportunidad para que el instructor pregunte a los estudiantes sobre su comprensión de lo que representa la curva de disociación oxígeno-Hb y cómo se generó.

       

      NOTAS DIDÁCTICAS ADICIONALES

      Los instructores deben señalar que el eje que muestra el porcentaje de saturación de oxígeno representa el porcentaje del total de sitios de unión de Hb potencialmente disponibles para el oxígeno que en realidad están ocupados por oxígeno. El CO no reduce los sitios de unión totales, pero no los hace disponibles para la unión de oxígeno.

       

      Pregunta 3

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben saber que el valor de ml/100 ml es la medida de la capacidad de transporte de oxígeno de la Hb en sangre. Los estudiantes deben poder usar el gráfico para derivar el valor de ml/100 ml de sangre arterial envenenada con CO en función de su PO2. La pregunta 3 brinda una oportunidad para que el instructor evalúe las concepciones de los estudiantes sobre cómo el CO provocó una reducción en la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre.

       

      Pregunta 4

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben saber cómo se altera la forma de la curva de saturación de oxígeno-Hb por cambios en la concentración de iones de hidrógeno. La pregunta 4 brinda una oportunidad para que el instructor evalúe la comprensión del alumno de cómo los cambios en la forma de la curva influyen en la absorción y entrega de oxígeno.

       

      NOTAS DIDÁCTICAS ADICIONALES

      Los instructores pueden querer abordar el hecho de que el CO mejora el efecto de Bohr del ácido fijo y que la dirección y extensión del cambio depende de si la sangre está en los pulmones o en los tejidos.

       

       

      Pregunta 5

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben reconocer que la cantidad de oxígeno que llega a los tejidos es la diferencia entre la cantidad de sangre que ingresa por las arterias y la cantidad que sale después de que la sangre se equilibra con los tejidos en los capilares. La pregunta 5 brinda al instructor la oportunidad de evaluar si los estudiantes comprenden que la curva de disociación oxígeno-Hb puede usarse para determinar diferencias en el contenido de oxígeno de la sangre que se encuentra en diferentes lugares del cuerpo.

       

      NOTAS DIDÁCTICAS ADICIONALES

      Es probable que la PO2 en los tejidos corporales se reduzca mucho más que 20 mmHg durante la intoxicación por CO, ya que la PO2 tisular no es fija, sino que es una variable dependiente de la extracción de oxígeno tisular. Los instructores deben abordar la cuestión de si se espera que el consumo de oxígeno en los tejidos de una persona intoxicada por CO se reduzca en la medida que implica la respuesta a la pregunta.

       

      Los instructores pueden alterar la pregunta planteando una PO2 tisular significativamente más baja o pueden pedir a los estudiantes que determinen la PO2 en los fluidos tisulares de un individuo envenenado con CO en la condición en la que el consumo de oxígeno tisular ha permanecido normal.

       

      Pregunta 6

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben darse cuenta de que el CO compite con el oxígeno por unirse a la Hb. Los estudiantes deben comprender que la afinidad es una medida de la tendencia de una molécula (ligando) a unirse a su objetivo (receptor) y que puede expresarse como el porcentaje de ocupación del objetivo a una concentración conocida del ligando. Los estudiantes deben saber que el porcentaje de saturación es una medida del porcentaje de ocupación y que PO2 es una medida de la concentración de ligando. Los estudiantes deben darse cuenta de que cuando dos ligandos en competencia muestran un porcentaje de ocupación equivalente, entonces la relación de las concentraciones (o presiones parciales) de los dos ligandos diferentes refleja la relación inversa de sus afinidades relativas. El instructor tiene la oportunidad de evaluar el grado de comprensión de los estudiantes sobre el transporte de oxígeno por la sangre como un proceso de unión específica y reversible a la Hb.

       

      Pregunta 7

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes deben comprender que el sistema de control respiratorio regula la ventilación monitoreando selectivamente la PO2 en la sangre arterial. La pregunta 7 brinda una oportunidad para que el instructor evalúe cómo los estudiantes comprenden la relación fisiológica entre la monitorización del oxígeno en sangre y el suministro de oxígeno desde los pulmones a los tejidos.

       

      NOTAS DIDÁCTICAS ADICIONALES

      Los instructores pueden querer incluir la dimensión adicional que surge de la acidosis metabólica inducida por la falta de oxígeno prolongada y pedirles a los estudiantes que expliquen su impacto en la regulación de la ventilación en un individuo intoxicado por CO.

       

      Pregunta 8

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes necesitan conocer los pasos individuales y la secuencia de eventos en el transporte de oxígeno desde los pulmones a las células. La pregunta 8 brinda la oportunidad de evaluar hasta qué punto los estudiantes comprenden cómo y dónde funciona la Hb en la respiración externa.

       

      NOTAS DIDÁCTICAS ADICIONALES

      El problema del transporte inadecuado de oxígeno se extiende más allá del paso específico de la respiración externa afectada por la intoxicación por CO. El instructor puede querer desafiar a los estudiantes a que expliquen las consecuencias secundarias del envenenamiento por CO en cada uno de los eventos subsiguientes en la respiración externa.

       

      Pregunta 9

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes necesitan información sobre cómo cada trastorno altera la química del oxígeno de la sangre. La pregunta 9 brinda otra oportunidad para que los estudiantes demuestren que comprenden cómo funciona la Hb en la respiración externa al identificar el trastorno fisiopatológico cuyo efecto se corresponde mejor con la acción inhibidora del CO sobre la Hb en la sangre.

       

      NOTAS DIDÁCTICAS ADICIONALES

      Emparejar por analogía requiere un razonamiento cuidadoso. Es posible que los instructores quieran pedirles a los estudiantes que expliquen hasta qué punto la intoxicación por CO es o no análoga a cada uno de los trastornos descritos.

       

      Pregunta 10

      PROBLEMAS CLAVE DE APRENDIZAJE

      Los estudiantes necesitan conocer el efecto de la concentración sobre la inhibición competitiva, el efecto de los cambios de pH sobre la absorción y liberación de oxígeno por la Hb, el efecto de la dilución sobre la acción de una molécula inhibidora y el efecto de una presión sanguínea parcial elevada de CO. 2 sobre las tasas de ventilación y excreción de sustancias volátiles del cuerpo. Esta pregunta multifacética brinda a los estudiantes la oportunidad de rastrear las relaciones de causa y efecto que conducen a los cambios en la respiración externa inducidos por cada uno de estos tratamientos. Este análisis permite a los estudiantes determinar si cada tratamiento mejoraría o no la capacidad de la sangre para suministrar oxígeno a los tejidos al contrarrestar el efecto del envenenamiento por CO.

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