Regulación de Gases Respiratorios y Equilibrio Ácido-Base

Cómo los animales detectan y estabilizan el oxígeno, el dióxido de carbono y el pH de sus fluidos corporales, ajustando la ventilación y el intercambio iónico para mantener la química interna dentro de límites estrictos.

Definition

La regulación de gases respiratorios es el control homeostático de las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono en los fluidos corporales mediante el ajuste de la ventilación y la perfusión, y el equilibrio ácido-base es el mantenimiento del pH de los fluidos corporales dentro de límites estrechos mediante la amortiguación y la regulación respiratoria y excretora del dióxido de carbono y el bicarbonato.

Scope

Este tema abarca la regulación de los gases sanguíneos y el estado ácido-base: los quimiorreceptores que monitorean el oxígeno, el dióxido de carbono y el pH; el control reflejo de la ventilación y, en los animales que respiran agua, de la función branquial; el sistema tampón de bicarbonato y su descripción; y la compensación de las alteraciones ácido-base por medios respiratorios y renales o branquiales. Trata cómo estos controles difieren entre los animales que respiran aire y los que respiran agua. La cobertura es comparativa y mecanicista, más que clínica.

Core questions

• ¿Cómo detectan los animales el oxígeno, el dióxido de carbono y el pH en sus fluidos corporales?
• ¿Cómo se ajusta la ventilación para mantener los gases sanguíneos dentro de límites estrechos?
• ¿Por qué el dióxido de carbono es tan fundamental para el equilibrio ácido-base?
• ¿En qué se diferencian los animales que respiran aire y los que respiran agua en la regulación del pH?

Key theories

Control quimiorreceptor de la ventilación

Los quimiorreceptores periféricos y centrales monitorean el oxígeno, el dióxido de carbono y el pH e impulsan cambios reflejos en la respiración, de modo que la ventilación aumenta cuando el dióxido de carbono o la acidez se incrementan o el oxígeno disminuye, estabilizando los gases sanguíneos.

Tampón de bicarbonato e interacción respiratoria-metabólica

El sistema dióxido de carbono-bicarbonato amortigua el pH de los fluidos corporales, y debido a que el dióxido de carbono es volátil, el pH puede regularse rápidamente mediante la ventilación y más lentamente ajustando el bicarbonato a través de los riñones o las branquias.

Mechanisms

Los quimiorreceptores detectan desviaciones en el oxígeno, el dióxido de carbono y el pH y alimentan centros reflejos que ajustan la frecuencia y profundidad de la respiración, y en los animales que respiran agua, la tasa de ventilación branquial. Debido a que el dióxido de carbono forma ácido carbónico, el cambio en la ventilación altera rápidamente el pH de los fluidos corporales: la hiperventilación disminuye el dióxido de carbono y aumenta el pH, la hipoventilación hace lo contrario. El sistema tampón de bicarbonato, regido por la relación entre el pH, el dióxido de carbono y el bicarbonato, absorbe las cargas de ácido y base, mientras que el ajuste más lento del bicarbonato por los riñones en los animales que respiran aire o por el intercambio iónico a través de las branquias en los animales que respiran agua compensa las alteraciones sostenidas. Debido a que el agua fría retiene mucho dióxido de carbono, los animales que respiran agua tienen un dióxido de carbono sanguíneo más bajo y dependen más del bicarbonato y el transporte de iones que de la ventilación para el control del pH.

Clinical relevance

La fisiología comparada de la regulación de gases y ácido-base aclara las respuestas al ejercicio, la altitud, el buceo y la hipoxia ambiental, y enmarca la interpretación de las mediciones de gases sanguíneos y pH. Esta entrada es material de referencia educativa y no proporciona orientación médica.

History

El trabajo de Haldane sobre la regulación de la respiración por el dióxido de carbono y el tratamiento cuantitativo del tampón de bicarbonato por Henderson y Hasselbalch establecieron el control de los gases sanguíneos y el pH, y el descubrimiento de los quimiorreceptores arteriales por Heymans identificó los sensores. La fisiología comparada extendió estas ideas a las estrategias contrastantes de los animales que respiran aire y los que respiran agua.

Key figures

• John Scott Haldane
• Lawrence Henderson
• Karl Hasselbalch
• Corneille Heymans

Seminal works

• westsd2012
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

¿Por qué la respiración controla el pH de la sangre tan rápidamente?

El dióxido de carbono forma ácido en la sangre, por lo que cambiar la velocidad de la respiración aumenta o disminuye rápidamente el dióxido de carbono y, por lo tanto, altera el pH en cuestión de segundos a minutos.

¿Regulan los peces el equilibrio ácido-base de la misma manera que los mamíferos?

No del todo. Debido a que el agua elimina el dióxido de carbono fácilmente, los peces dependen menos de cambiar la ventilación y más de intercambiar iones ácidos y básicos a través de sus branquias para controlar el pH.