¿Qué es la carboxihemoglobina?
La carboxihemoglobina es la hemoglobina unida al monóxido de carbono (CO). La hemoglobina es la proteína que transporta el oxígeno a través de la sangre en los seres humanos y en muchos otros vertebrados.
Para transportar el oxígeno, la hemoglobina debe unirse a este. Max Perutz (1914-2002), químico y premio Nobel, denominó “inmoral” al comportamiento ligador de oxígeno de la hemoglobina.
Imagine dos moléculas de hemoglobina capaces de unirse cada una a cuatro moléculas de oxígeno. Una tiene ya tres moléculas de oxígeno y la otra ninguna. Si aparece otra molécula de oxígeno, la pregunta es la siguiente: ¿se une a la “rica” que ya tiene tres, o a la “pobre” que no tiene ninguna? La probabilidad es de 100 a 1 de que se dirija a la molécula rica.
Imagine ahora otras dos moléculas de hemoglobina. Una tiene 4 moléculas de oxígeno (está saturada) y la otra solo tiene una. ¿Cuál de las moléculas es más probable que ceda el oxígeno a los tejidos, la rica o la pobre? La más pobre entregará con más facilidad el oxígeno que la rica.
El reparto del oxígeno en la molécula de hemoglobina puede verse como la parábola bíblica: “… al que tiene, a ese se le dará y al que no tiene, incluso lo que tiene se le quitará…” (Mt, 13:12). Desde el punto de vista fisiológico, este comportamiento “inmoral” de la molécula de hemoglobina está lleno de significado, puesto que contribuye al aporte de oxígeno a los tejidos.
El monóxido de carbono, sin embargo, sea cual sea el número de átomos de oxígeno unidos a una molécula de hemoglobina, “arrasa” con todos. Es decir, en presencia de abundante CO, todo el oxígeno unido a la hemoglobina es reemplazado por CO.
Características de la carboxihemoglobina
- Formación. La carboxihemoglobina se forma cuando el monóxido de carbono (CO) se une a la hemoglobina en lugar del oxígeno (O2). Esta unión es altamente reversible, lo que significa que la COHb puede liberar CO y recuperar la función normal de la hemoglobina en la captación y transporte de oxígeno cuando la persona se expone a aire limpio.
- Toxicidad. El proceso de formación de carboxihemoglobina es potencialmente peligroso, ya que reduce la capacidad de la sangre para transportar oxígeno a los tejidos del cuerpo. Cuando los niveles de COHb son elevados, puede provocar una condición llamada intoxicación por monóxido de carbono (CO), que puede ser fatal si no se trata adecuadamente.
- Afinidad por el monóxido de carbono (CO). La hemoglobina tiene una afinidad mucho mayor por el monóxido de carbono (CO) que por el oxígeno (O2). Esto significa que, en presencia de CO, la hemoglobina tiende a unirse al CO en lugar de al O2. Esta alta afinidad por el CO es lo que hace que la COHb sea un marcador útil para la exposición al monóxido de carbono.
- Coloración característica. La presencia de carboxihemoglobina en la sangre le da un color característico, que es más brillante y rojo cereza, en comparación con la sangre arterial normal, que es de color rojo brillante. Este cambio en la coloración es uno de los signos visibles de la exposición al monóxido de carbono en la sangre.
- Medición de niveles. Los niveles de carboxihemoglobina se expresan típicamente como un porcentaje de la hemoglobina total en la sangre. Por ejemplo, si alguien tiene un nivel de COHb del 5%, significa que el 5% de su hemoglobina está unida al monóxido de carbono en lugar de al oxígeno.
- Vida media en la sangre. La COHb tiene una vida media relativamente larga en la sangre. Esto significa que, incluso después de la exposición al monóxido de carbono, los niveles de COHb pueden persistir durante varias horas o incluso días, dependiendo de la gravedad de la exposición y de la cantidad de oxígeno disponible para revertir la unión del CO a la hemoglobina.
- Eliminación. La principal forma de eliminar la carboxihemoglobina del cuerpo es mediante la respiración de aire con oxígeno puro. El oxígeno ayuda a desplazar el monóxido de carbono de la hemoglobina, permitiendo que esta recupere su capacidad de transporte de oxígeno.
Efectos del monóxido de carbono
Para poder estudiar los efectos del monóxido de carbono en el transporte sanguíneo de gases, primero es necesario exponer las características de la curva de la oxihemoglobina, que describe su dependencia con la presión parcial de oxígeno para “cargarse” o no de moléculas de oxígeno.
La curva de la oxihemoglobina tiene una forma sigmoidea o de “S” que varía en función de la presión parcial de oxígeno. El gráfico de la curva se desprende de los análisis que se hacen a las muestras de sangre que se utilizan para construirla.
La región más inclinada de la curva se obtiene con presiones inferiores a 60 mm Hg y a mayores presiones que esta, la curva tiende a aplanarse, como si llegase a una meseta.
Cuando se está en presencia de ciertas sustancias, la curva puede mostrar desviaciones significativas. Estas desviaciones muestran cambios que se dan en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno a la misma PO2.
Para cuantificar este fenómeno se introdujo la medida de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, conocida como el valor P50, que es el valor de presión parcial de oxígeno al cual la hemoglobina está 50% saturada. Es decir, cuando la mitad de sus grupos hemo están unidos a una molécula de oxígeno.
En condiciones estándares, que deben entenderse como pH 7.4, presión parcial de oxígeno de 40 mm Hg y temperatura de 37 °C, la P50 bajo de un hombre adulto es de 27 mm Hg o 3,6 kPa.
¿Qué factores pueden afectar a la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno?
La afinidad por el oxígeno de la hemoglobina contenida en los eritrocitos puede disminuir en presencia de 2,3 difosfoglicerato (2-3DPG), de dióxido de carbono (CO₂), de altas concentraciones de protones o por aumento de temperatura, y lo mismo sucede con el monóxido de carbono (CO).
Implicaciones funcionales
El monóxido de carbono es capaz de interferir con la función de transporte de oxígeno en la sangre arterial. Esta molécula es capaz de unirse a la hemoglobina y formar la carboxihemoglobina. Esto se debe a que tiene una afinidad por la hemoglobina unas 250 veces mayor que el O2, por lo que es capaz de desplazarlo aun cuando está unido a ella.
El organismo produce monóxido de carbono permanentemente, aunque en pequeñas cantidades. Este gas, incoloro e inodoro, se une al grupo hemo de la misma forma en que lo hace el O2, y normalmente existe alrededor de 1% de la hemoglobina en sangre como carboxihemoglobina.
Puesto que la combustión incompleta de la materia orgánica produce CO, la proporción de carboxihemoglobina en los fumadores es mucho más alta, pudiendo llegar a valores entre el 5 y el 15% de la hemoglobina total. El incremento crónico de la concentración de carboxihemoglobina es dañino para la salud.
Un aumento en la cantidad de CO que se inhale que genere más del 40% de carboxihemoglobina amenaza la vida. Cuando el sitio de unión del hierro ferroso está ocupado por un CO, no se puede pegar el O2.
La unión de CO produce la transición de la hemoglobina hacia la estructura R, de modo tal que la hemoglobina reduce aún más la capacidad de entrega de O2 en los capilares sanguíneos.
La carboxihemoglobina tiene un color rojo claro. Entonces, los pacientes envenenados con CO adoptan un color rosado, incluso en condición de coma y parálisis respiratoria. El mejor tratamiento para intentar salvar la vida de estos pacientes es hacer que inhalen oxígeno puro, incluso hiperbárico, para tratar de desplazar la unión del hierro con el CO.
Referencias
- Fox, S. I. Human Physiology 9th Edition. McGraw-Hill press.
- Murray, R. K., Granner, D. K., Mayes, P. A., & Rodwell, V. W. Harper’s illustrated biochemistry. McGraw-Hill.
- Rawn, J. D. Biochemistry. Neil Patterson Publishers (c) N. Lalioti, CP Raptopoulou, A. Terzis, A. Panagiotopoulos, SP Perlepes, E. Manessi-Zoupa, J. Chem. Soc.
- Robert M. Berne, Matthew N. Levy. Fisiología. (3er Ed.) Ediciones Harcourt, S.A.
- West, J. B. Physiological basis of medical practice. Williams & Wilkins