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Mundo Entrenamiento

Transporte de gases durante el ejercicio

23 marzo, 2021

Analizamos en profundidad el transporte de gases y cómo se movilizan en los espacios alveolo según las necesidades energéticas.

Transporte de gases
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Durante el ejercicio el organismo debe someterse a una serie de adaptaciones que permitan satisfacer las necesidades de oxigeno, a mayor intensidad o ritmo de trabajo los niveles de oxígeno se saturan más rápido, lo cual requiere de una eficiente relación ventilatoria, de intercambio y transporte de gases para mantener la homeostasis en el organismo.

En el siguiente artículo, hablaremos en detenimiento sobre el transporte de gases, de como se movilizan y difuminan en los espacios alveolo capilares el oxígeno y el dióxido de carbono según las necesidades energéticas.

Explicaremos en detalle la importancia de la presión, difusión, variabilidad de los procesos ventilatorios y de intercambio gaseoso, comparando el estado de reposo con la actividad o ejercicio físico.

La llama consume el aire y es alimentada por la leña. El aire es la única condición para el crecimiento de los árboles.

La leña, cooperando a consumir el aire, mediante el fuego, lucha contra sí misma y contra su propia fuente; y, sin embargo, el oxígeno del aire subsiste y los árboles no cesan de reverdecer…

Georg Wilhelm Friedrich Hegel (1837),

Transporte de oxígeno en el organismo

En el transporte de gases en condiciones normales, el 97% a 98% del oxigeno no es transportado directamente de los pulmones hacia los demás tejidos del organismo en combinación a la proteína hemoglobina, el restante 2% a 3% es transportado disuelto en agua del plasma y las células.

La unión del oxigeno a la hemoglobina (Hb) depende principalmente de la presión del oxígeno en la sangre, y de la afinidad de la Hb por este gas.

Porcentaje de saturación de hemoglobina en relación con la presión de Oxígeno.
Imagen 1 – Porcentaje de saturación de hemoglobina en relación con la presión de Oxígeno. El aumento de la presión parcial de O2 en sangre, aumenta la cantidad de Hb unida a dicho gas.

Dentro de los procesos de transporte de gases, la presión parcial de oxígeno (PO2), da lugar a la curva de disociación de la Hb, expresando en definitiva el grado de saturación de esta proteína a diferentes valores de PO2.

La sangre que abandona los capilares pulmonares tiene una PO2 de 100mmHg, en donde la curva de saturación de Hb por el oxígeno es de aproximadamente el 97%. (1)

Por otro parte, dentro del transporte de gases referido a las venas, la sangre transcurre hacia los pulmones con una PO2 de 40mmHg, teniendo un porcentaje de saturación de Hb del 75%.

La diferencia en el contenido de Oxígeno entre la sangre arterial y venosa en reposo es de aproximadamente 4  5 ml de oxígeno, alcanzando durante el ejercicio físico unos 15 a 18ml de Oxígeno.

Con esta cifras de saturación de Hb, se puede concluir que en el transporte de gases, en condiciones normales se movilizan 5ml de oxígeno por cada 100ml de sangre durante cada ciclo. (2)

Transporte de gases, la importancia del oxígeno en el ejercicio físico

Durante el ejercicio, la concentración de Hb de la sangre aumenta entre un 5 a un 10%, esto se justifica por el hecho  de que se pierden líquidos desde la sangre hasta los músculos activos, dando como resultado una hemoconcentración (menor volumen intravascular).

presión de gases
Imagen 2 – Presión de los gases en el alveolo.

Si el ejercicio se realiza en un ambiente caluroso, la sudoración aumenta y esto lógicamente afecta al transporte de gases, aumentando la deshidratación y con ello el grado de hemoconcentración.

Durante el ejercicio intenso, las células musculares consumen más oxígeno, por lo que en la sangre venosa la PO2 disminuye a cifras cercanas a 15mmHg.

Modificación del porcentaje de Hb con el ejercicio físico.
Imagen 3 – Modificación del porcentaje de Hb con el ejercicio físico.

A esta presión, únicamente unos 4,4ml de oxígeno se combinan con la Hb de cada 100ml de sangre circulante o incluso más. La fracción de Hb que cede su oxígeno cuando pasa por los capilares de los tejidos se denomina coeficiente de utilización.

En estado de reposo este coeficiente es de 0,25, es decir, el 25% de la Hb. En ejercicios de alta intensidad se pueden liberar del 75 al 85% del O2 de la Hb, alcanzando un coeficiente del 0,75 o más.

El ejercicio físico genera diversos factores que desplazan la curva de disociación de Hb hacía la derecha, entre los que se destacan el descenso del pH, aumento de la presión de CO2 y la temperatura propia de realizar ejercicio físico intenso. (3)

Si el ejercicio se realiza en un ambiente caluroso, la sudoración aumenta y esto lógicamente afecta al transporte de gases, aumentando la deshidratación y con ello el grado de hemoconcentración.

Factores que influyen sobre la curva de disociación y el transporte de gases al realizar ejercicio

El pH en los pulmones suele ser elevado, por lo que la Hb al pasar por este territorio tiene una mayor afinidad por el oxígeno, facilitando así casi una total saturación.

En cambio, en los demás tejidos el pH es menor, lo que provoca un descenso de la afinidad y una mayor adhesión de O2 desde la Hb hacia los tejidos.

Al realizar ejercicio físico, el pH tisular disminuye aun más, lo cual disminuye l facilidad afinidad  en el transporte de gases y la oxigenación de los tejidos metabólicamente activos. 

Otro factor que altera la curva de disociación de la Hb hacia la derecha es el aumento del 2,3 difosfoglicerato (2,3 DPG), compuesto que se produce en los hematíes durante las reacciones metabólicas carentes de O2.

Este producto reduce la afinidad de la Hb por el oxígeno, y esto podría teóricamente incrementar la disponibilidad del oxigeno por los tejidos. (4)

La presencia de 2,3 DPG podría facilitar el transporte de gases a los músculos que están siendo activados, principalmente de carácter intenso.

Las mujeres parecen tener niveles más altos de 2,3 DPG en los hematíes, esta diferencia podría compensar los menores niveles de Hb encontrados normalmente en la mujer.

En condiciones normales de reposo, el 3% del total de oxígeno de la sangre se transporta en solución ( 0,29ml de O2 por 100ml de sangre). (5, 6)

A pesar de ser tan pequeña la cantidad de O2 en disolución, esta cumple importantes funciones en el transporte de gases.

En primer lugar, establece la PO2 del plasma, además de ayudar a regular la ventilación pulmonar y determinar la saturación de O2 por la Hb en los pulmones y su liberación posterior en los tejidos.

Durante el ejercicio, la concentración de Hb de la sangre aumenta entre un 5 a un 10%, esto se justifica por el hecho  de que se pierden líquidos desde la sangre hasta los músculos activos,

Mioglobina y su aporte en el transporte de gases

La mioglobina representa la reserva muscular de oxigeno. Esta proteína globular presente en las células musculares cardiacas y esqueléticas es capaz de combinarse reversiblemente con el O2 aunque cada molécula de mioglobina solo posee un átomo de hierro.

Además sirve como reservorio de oxígeno para la célula muscular, esta facilita la transferencia y transporte de gases desde la sarcolema a las mitocondrias, especialmente en el inicio del ejercicio y cuando este eleva su intensidad, provocando un descenso del PO2 celular.

Durante el reposo y realización de ejercicio, la mioglobina mantiene una elevada saturación de oxígeno, de esta forma la mayor cesión del oxígeno se produce cuando la PO2 tisular es inferior a los 5mmHg.

Influencia del dióxido de carbono (CO2) en el transporte de gases

En reposo, el transporte de CO2 desde los tejidos a los pulmones es de aproximadamente 4ml de CO2 por cada 100ml de sangre. Este transporte de gases ocurre a través de 3 mecanismos.

  1. Disuelto.
  2. En forma de ion de bicarbonato.
  3. En combinación con la Hb y otras proteínas plasmáticas.

En síntesis, en cualquier caso la cantidad de CO2 combinado con la sangre en todas sus formas depende parcialmente de la PO2.

Dentro del transporte de gases, el de CO2 en estado disuelto  corresponde al 5 -7% de todo el transportado.

La cantidad de CO2 disuelto en sangre arterial y venosa depende de su solubilidad y presión parcial, este tipo de transporte de CO2 es sumamente importante en los mecanismos de regulación cardiorrespiratoria. (7, 8)

El transporte de CO2 mediante el ion de bicarbonato corresponde a 70% de todo el CO2 transportado.

El CO2 viaja por la sangre en forma de acido carbónico al reaccionar con agua, estando esta reacción catalizada por la enzima anhidrasa carbónica. Esta enzima esta ausente en el plasma, pero existe en grandes concentraciones en el interior de los hematíes.

El bicarbonato formado en los glóbulos rojos se disocia inmediatamente en hidrogeno y HCO3, de los cuales el hidrogeno se combina con la Hb contenida en las células y el HCO3 difunde hacia el plasma intercambiándose en la célula con el CL para mantener el equilibrio iónico en el interior de la célula.

Transporte de dióxido de carbono en la sangre.
Imagen 4 – Transporte de dióxido de carbono en la sangre.

El transporte de CO2 mediante el ion de bicarbonato corresponde a 70% de todo el CO2 transportado.

Transporte de gases, relación de la Hb y el C02 en la homeostasis y el estado estable

Hay que destacar que la Hb es mejor sistema tamponador que la Hb asociada al O2, por lo que cuando el oxígeno se disocia de la Hb y pasa el plasma, la amortiguación de H+ mejora sustancialmente.

Además, el pH acido de la sangre desplaza la curva de disociación de Hb hacia la derecha, favoreciendo no solo la liberación del O2 para su captación en los tejidos blanco, sino tambien la capacidad tampón de la Hb.

Cuando la sangre llega a los pulmones, donde la PCO2 es baja, los iones de hidrogeno y CO3H se vuelven a unir para formar ácido carbónico, que a posterior se volverá a disociar para formar agua y CO2.

Entonces el CO2 entrará en el alveolo y se respirará por la ventilación pulmonar, es decir saldrá por la respiración.

El CO2 reacciona con la Hb, denominándose al complejo carbominohemoglobina.

En los glóbulos rojos el CO2 reacciona con la porción proteica (globulina) de la molécula de Hb, y no con el grupo hemo no con el hierro, como es el caso del oxígeno.

Esto significa, que la Hb puede combinarse simultáneamente con O2 y CO2. El CO2 tambien se combina con otras proteínas plasmáticas en pequeña cantidad.

La desoxigenación de la sangre, que curre en el territorio muscular en ejercicio, aumenta la capacidad de combinación de la Hb con el CO2.

Por esto, en los pulmones, donde la PCO2 es baja y la PO2 elevada, el CO2 es fácilmente cedido a los alveolos y con ello eliminado por la ventilación pulmonar.

La relación entre la PCO2 y el contenido total de CO2 de la sangre es denominada curva de disociación de co2. 

Imagen 5 - Curva de disociación de dióxido de Carbono
Imagen 5 – Curva de disociación de dióxido de Carbono

Conclusión sobre transporte de gases durante el ejercicio

El transporte de gases es un proceso fisiológico fundamental que permite mediante mecanismos de adaptación, favorecer a las demandas previas del ejercicio.

Durante la realización de ejercicio, los músculos que trabajan necesitan más oxígeno, entonces, los vasos sanguíneos redistribuyen el flujo de sangre hacia las zonas que necesitan más.

La sangre es capaz de transportar más oxígeno y las células tienen la capacidad de extraer el oxígeno de la sangre con más facilidad.

Durante la realización de ejercicio, los músculos que trabajan necesitan más oxígeno, entonces, los vasos sanguíneos redistribuyen el flujo de sangre hacia las zonas que necesitan más.

La Hemoglobina por su parte es una proteína transportadora esencial en dicho equilibrio,  ya que, de ella va a depender el correcto trasporte de oxígeno hacia los tejidos en apoyo a la presión parcial del gas.

Por otro lado, el dióxido de carbono es un desecho que también debe transportarse hacia los pulmones para ser desechado, esta relación de gases es sin dudas uno de los procesos fisiológicos más importantes de cara a mantener el rendimiento en un ejercicio, sin entorpecer la demanda y utilización de metabolitos.

El transporte de gases es un proceso fisiológico fundamental que permite mediante mecanismos de adaptación, favorecer a las demandas previas del ejercicio.

Referencia Bibliográfica

  1. Peñuela, A. O. et al (2005). Hemoglobina: una molécula modelo para el investigador. Facultad de Medicina, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. 36(3), 1657-9534. (enlace)
  2. Cristancho, E. E., Serrato, M., Böning, D. (2019). MSimplified method for determination of the Oxygen Dissociation Curve (ODC). Facultad de Ciencias Departamento de Biología Sede Bogotá. 24(2):354-360. (enlace)
  3. Klein, J. P., Forster, H. V., Stewart, R. D., Wu, A. (1980). Hemoglobin affinity for oxygen during short-term exhaustive exercise. Journal of applied Physiology Respiratory, Environmental and Exercise Physiology. 48(2):236-42. (enlace)
  4. Dempsey, J.  et al. (1997) Muscular exercise, 2,3-DPG and oxyhemoglobin affinity. Int Journal Physiology, 30 (1): 34-9.(enlace)
  5. Lijnen, P., Hespel, P., Van Oppens, S., Fiocchi, R., Goossens, W., Vanden Eynde, E., Amery, A. (1986). Erythrocyte 2,3 diphosphoglycerate and serum enzyme concentrations in trained and sedentary men. Medicine and Science Sports Exercise. 18(2):174-9.(enlace)
  6. McArdle, W. D., Katch, F. I., Katch, V. L.(2001). Exercise Physiology (5.a ed).
  7. Richardson, R. S. (1998). Oxygen transport: air to muscle cell. Medicine Science Sports Exercise. 30(1):53-9.(enlace)
  8. Wilmore, J. H., Costill, D. L. (2004). Physiology of sport and exercise (3.a ed). Ed. Human Kinetics, 2004


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