La sangre es principalmente agua
¿Qué imaginas cuando piensas en sangre? Probablemente no se imagina un vaso alto de limonada. Sin embargo, ambos líquidos están compuestos casi en su totalidad por agua. Debido a esto, la química de la sangre es muy similar a la química del agua.
¿Sabías que los gases pueden disolverse en agua como la sal? Debido a que no podemos ver moléculas como el oxígeno (O 2 ) y el dióxido de carbono (CO 2 ) cuando existen como gas, es difícil imaginarlas disolviéndose en agua y sangre. Cuando los gases se disuelven, reaccionan con las moléculas de agua (H 2 O) y afectan la química del agua. Antes de hablar más sobre el efecto del CO 2 en el agua y el sistema amortiguador de la sangre, revisemos primero la química del agua.
Agua, pH y tampones
Cuando pensamos de agua líquida, nos imaginamos un montón de H 2 moléculas de O que se mueven alrededor. La mayor parte del agua es así, pero algunas de las moléculas de H 2 O se disocian o se separan y se convierten en un ion hidrógeno (H + ), que también se llama protón , y un ion hidróxido (OH – ). La concentración de H + en la solución se mide por el pH : a medida que aumenta el H + , el pH de la solución disminuye. Cuando diferentes moléculas se disuelven en el agua, pueden afectar la cantidad de moléculas de H + y, por lo tanto, afectar el pH de la solución.
Muchos procesos del cuerpo se ven afectados por el pH, por lo que todos los organismos vivos, incluidos los humanos, han desarrollado mecanismos homeostáticos que resisten los cambios de pH. Una molécula que se une fácilmente a un protón o lo libera puede resistir los cambios de pH en su solución. Por tanto, esta molécula ayuda a amortiguar la solución. Cuando se agregan protones a una solución, la molécula tampón puede unirse al H + libre para evitar que cambie el pH.
Piense en un amortiguador como un recogepelotas en un juego de béisbol. Si alguna pelota llega a los jardines, su trabajo es recogerla. Si un jugador de béisbol o un árbitro necesita una pelota, el recogepelotas le dará una de su stock. En esta analogía, las bolas son protones. Si entran protones adicionales en la solución, la molécula amortiguadora los recuperará. Si se eliminan protones de la solución, la molécula amortiguadora cederá su protón para mantener la concentración de protones y el pH.
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La ecuación del sistema tampón de bicarbonato
Cuando el CO 2 se disuelve en agua, reacciona con una molécula de H 2 O formando ácido carbónico. La ecuación química de esta reacción reversible es
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El ácido carbónico es un ácido débil, lo que significa que puede liberar un protón y formar bicarbonato. La ecuación química de esta reacción reversible es
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Cuando se combinan estas dos ecuaciones, se obtiene la ecuación del principal sistema de amortiguación de la sangre en nuestros cuerpos.
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Esta ecuación química de apariencia simple tiene dos componentes importantes.
1) Cada una de las dos reacciones que componen la ecuación química es reversible. Esto significa que si hay mucho CO 2 , la ecuación química irá hacia la derecha, formando protones y bicarbonato. Si la concentración de protones, H + , aumenta, la ecuación química irá hacia la izquierda, formando dióxido de carbono. La dirección depende de la cantidad de CO 2 y H + en la solución. La concentración de una molécula puede afectar la formación de la otra.
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2) El CO 2 es un gas, lo que significa que el CO 2 puede entrar y salir de la sangre a través de los pulmones. La velocidad a la que el CO 2 sale de la sangre a través de los pulmones está controlada por la rapidez con la que respiramos, que es nuestra frecuencia respiratoria .
Cómo funcionan los sistemas de amortiguación de la sangre en nuestro cuerpo.
En cualquier momento, hay una gran cantidad de reacciones metabólicas que ocurren en su cuerpo. Para que esto suceda, el pH de su sangre debe estar dentro de un rango muy estrecho. Irónicamente, los productos de estas mismas reacciones metabólicas pueden alterar el pH sanguíneo. El sistema de amortiguación de la sangre junto con la frecuencia respiratoria trabajan juntos para mantener el pH de la sangre alrededor de 7,4 para que los procesos metabólicos puedan funcionar sin problemas.
Uno de los principales procesos metabólicos que pueden afectar el pH sanguíneo es la respiración aeróbica. Un producto de la respiración aeróbica es el CO 2 . En las imágenes a continuación, vemos que si hay un aumento de CO 2 liberado de los tejidos a la sangre, el pH sanguíneo disminuirá (porque aumenta el H + ). Una región de su cerebro detecta este cambio en el pH y aumentará su frecuencia respiratoria. Cada vez que exhala, libera CO 2 de la sangre. Nuevamente, a partir de la ecuación de amortiguación de la sangre, vemos que si sale más CO 2 de la sangre en los pulmones, el H + disminuye y el pH vuelve a la normalidad.
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El sistema de amortiguación de la sangre también es el culpable de desmayarse cuando hiperventila. Cuando respira demasiado rápido durante demasiado tiempo, una gran cantidad de CO 2 sale de la sangre. De la ecuación, sabemos que si el CO 2 disminuye, la ecuación irá hacia la izquierda y el H + disminuirá (es decir, el pH aumentará) a un nivel peligroso. Tu cerebro siente esto y te hace perder el conocimiento. Cuando se haya desmayado, su respiración volverá a la normalidad.
Resumen de la lección
La ecuación de amortiguación de bicarbonato es una ecuación aparentemente simple. Debido a que es reversible y el CO 2 es un gas, la ecuación puede moverse en cualquier dirección cuando el CO 2 ingresa a la sangre en los tejidos y sale de la sangre en los pulmones. La adición o liberación de CO 2 ayuda a mantener el pH de la sangre cerca de 7,4, que es necesario para todos los procesos metabólicos del cuerpo.
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