La curva de disociación de un pigmento respiratorio

Sangre desoxigenada, a la izquierda, frente a sangre oxigenada, derecha.

El oxígeno se combina con la molécula del pigmento respiratorio uniéndose a sus átomos metálicos. En las hemoglobinas, por ejemplo, hay cuatro grupos hemo y en cada uno de ellos, un átomo de hierro, con cada uno de los cuales puede combinarse una molécula de oxígeno, aunque esas proporciones son diferentes en otros pigmentos. El grado de oxigenación del pigmento es una función de la tensión parcial del oxígeno (tO2) en la sangre, hemolinfa o medio respiratorio de que se trate.

La tensión parcial de un gas disuelto en un medio líquido es, por definición, la presión parcial que tiene ese gas en la fase atmosférica con la que ese líquido se encuentra en equilibrio. Eso no quiere decir que para poder referirnos a una determinada tensión parcial el líquido en el que se encuentra disuelto el gas haya de estar en equilibrio con una fase atmosférica, sino que su tensión parcial es la presión parcial que tendría el gas en una atmósfera con la que hipotéticamente se encontrase en equilibrio. Y aunque, para una presión parcial determinada, la concentración de un gas disuelto puede variar en función de la temperatura y de la presencia y concentración de otros solutos, en condiciones fisiológicas normales la tensión parcial de un gas es proporcional a su concentración. Por lo tanto, el grado de oxigenación de un pigmento respiratorio es una función de la concentración de oxígeno disuelto en la sangre. Analizaremos ahora la naturaleza de la dependencia entre el grado de oxigenación del pigmento (magnitud que expresaremos como porcentaje de saturación) y la tensión parcial de oxígeno en el medio circulatorio. En lo sucesivo solo nos referiremos a la hemoglobina (Hb).

La concentración de hemoglobina combinada con el oxígeno [HbO2] es proporcional al producto de la concentración de hemoglobina no combinada [Hb] y de la concentración de oxígeno [O2], de manera que [HbO2] = K [Hb] [O2], siendo K un coeficiente denominado constante de equilibrio.

El porcentaje de saturación (y) es la fracción porcentual de hemoglobina combinada con respecto a la hemoglobina total (la suma de la combinada y la no combinada); o sea,

y = 100 · [HbO2]/{[Hb] + [HbO2]},

por lo que

y = 100 · K [Hb] [O2]/{[Hb] + K [Hb] [O2]};

de donde

y = 100 · K [O2]/{1 + K [O2]},

y dado que como antes se ha dicho, tO2 es proporcional a [O2], tenemos que

y = 100 · K tO2/(1+tO2).

Curva teórica de disociación de la hemoglobina

Esa expresión define la denominada curva de disociación (o de saturación) del pigmento; es una función hiperbólica con un valor asintótico de 100. La ecuación nos dice que (1) a bajas tensiones parciales de oxígeno la probabilidad de que una molécula del gas se combine con una molécula de hemoglobina es muy alta, porque la mayor parte de los átomos metálicos de los grupos hemo se encuentran disponibles para ello, pero que (2) conforme aumenta la tensión parcial y las moléculas de hemoglobina van combinándose con las de oxígeno, cada vez quedan menos átomos metálicos disponibles, por lo que es necesario que haya cada vez más moléculas de oxígeno en disolución (mayor tO2) para que siga aumentando la fracción del pigmento combinado. Al tratarse de una curva asintótica, nunca se alcanza el 100%, o sea, nunca se satura el pigmento en su totalidad.

El valor de K refleja la propensión que tiene el pigmento a combinarse con el oxígeno. Cuanto más alto es ese valor con mayor facilidad se combinan ambos y más difícil resulta para el oxígeno desprenderse del pigmento. Por eso, un pigmento cuya curva de disociación tiene un valor alto de K, capta oxígeno con facilidad y lo cede difícilmente. Gráficamente estaría representado por una curva hiperbólica que se aproxima rápidamente al valor de 100.

En pigmentos reales, sin embargo, las cosas son algo más complejas. En multitud de ocasiones se ha comprobado experimentalmente que la curva de disociación, más que hiperbólica, es sigmoidea; o sea, tiene forma de s. Y matemáticamente viene expresada por la denominada ecuación de Hill:

y = 100 x K tO2n/(1+tO2n),

que es similar a la anterior, pero en la que el término independiente (tO2) viene afectado por una potencia, n, que es el coeficiente de sigmoidicidad. Cuando n vale 1, tenemos la curva de disociación anterior. Y si toma valores superiores se trata de curvas sigmoideas; o sea, curvas con una primera fase de elevación relativamente lenta pero creciente para valores bajos de tO2, una segunda de elevación más rápida, y la tercera de aproximación asintótica al valor de 100.

Curvas de disociación de la mioglobiba (hiperbólica) y de la hemoglobina (sigmoidea, con forma de “s”)

La sigmoidicidad se produce como consecuencia de la existencia de fenómenos de cooperatividad. Al unirse una molécula de O2 a la molécula de hemoglobina, se altera levemente la conformación de esta y facilita, como consecuencia, las subsiguientes combinaciones. Eso explica que a muy bajos valores de tO2 la curva ascienda lentamente, porque la molécula de O2 que se une a la hemoglobina con mayor dificultad es la primera, pero una vez combinada esta, las siguientes lo hacen con facilidad creciente, razón por la cual la curva pasa a elevarse rápidamente a tensiones parciales de oxígeno intermedias, hasta aproximarse a los valores cercanos a 100, en los que el crecimiento es necesariamente lento y decreciente. La potencia n refleja la intensidad de las interacciones que dan lugar a la cooperatividad, de manera que cuanto mayor es, más intensa es esa cooperatividad y la curva de disociación es más sigmoidea.

Una noción clave en el estudio de los pigmentos respiratorios es la de “afinidad” del pigmento por el oxígeno. Nos hemos referido a esta noción de pasada antes, sin nombrarla. La afinidad de un pigmento refleja la intensidad con la que se combina con el oxígeno o, expresado en otros términos, la propensión o facilidad para combinarse. Un pigmento de alta afinidad se combina con el O2 con facilidad y se desprende con dificultad. O sea, capta oxígeno muy fácilmente y le cuesta cederlo. Por ello, a bajas tensiones parciales de oxígeno gran parte del pigmento se encuentra combinado en un gran porcentaje; lo contrario ocurre con un pigmento de baja afinidad. No hay un parámetro que mida directamente esa característica, aunque suele utilizarse el denominado p50, como indicador. El p50 es el valor de tensión parcial de oxígeno al que el pigmento ha alcanzado el 50% de su valor de saturación.

Quien haya llegado hasta aquí quizás piense que lo lógico es que un buen pigmento respiratorio tenga una gran afinidad por el O2. En la próxima anotación podrá comprobar que esa idea es incorrecta.

Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

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