Parte A Libro 2

De manera

simplista, puede decirse que el efecto del segundo gas es un fenómeno de "acarreo" por el gas más

concentrado en la mezcla inspirada.

En la práctica, el efecto de concentración o la técnica de sobrepresión se pueden aplicar siempre y cuando el anestésico permita su administración sin causar irritación de las vías aéreas (pungencia) o bien, no ocasione efectos cardiovasculares secundarios en el paciente (bradicardia, hipotensión, etc.).

Un aspecto interesante del efecto de concentración es el efecto de segundo gas. Si un agente como el halotano, es utilizado a una concentración baja, se asocia a un agente como el óxido nitroso a concentraciones altas, el influjo adicional de la mezcla de gases para reemplazar el óxido nitroso absorbido aumentará la concentración y la captación alveolar del halotano. De manera simplista, puede decirse que el efecto del segundo gas es un fenómeno de

"acarreo" por el gas más concentrado (óxido nitroso) en la mezcla inspirada.

Coeficientes de partición

o de distribución sangre /

tejido

Se define como la relación entre el volumen en centímetros cúbicos de gas solubilizado por cada mililitro de líquido, a la temperatura y presión del experimento. Se llama índice de partición a la razón aritmética entre los volúmenes de un gas disuelto a igual presión en volúmenes iguales de dos líquidos a determinada temperatura. El índice de partición puede encontrarse experimentalmente o bien por cálculo, si se conocen los coeficientes de Ostwald del gas para cada líquido. La relación entre la solubilidad en un tejido del organismo y la solubilidad en sangre es expresada también como índice de partición: músculo sangre, cerebro sangre, etc. Los anestésicos inhalatorios presentan un grado diferente de solubilidad en varios tejidos. La relación de este grado de solubilidad está dada por la concentración del anestésico en equilibrio en dos fases o tejidos. El cuadro 3 muestra los coeficientes de partición sangre/tejido de los anestésicos inhalatorios.

No se debe confundir el coeficiente de solubilidad aceite/gas de un anestésico con el coeficiente de solubilidad grasa/gas o grasa/sangre. La solubilidad aceite/gas se determina experimentalmente con aceite de olivo, que no es lo mismo que la grasa del tejido adiposo. 

Cuadro 3.     Coeficientes de partición sangre/tejido de los anestésicos inhalatorios

     Coeficiente de     
     partición     Sevoflurano     Desflurano     Isoflurano     Halotano

     Sangre/gas     0.60     0.42     1.41     2.40
     Cerebro/sangre     1.70     1.29     1.57     1.94
     Corazón/sangre     1.78     1.29     1.61     1.84
     Hígado/sangre     1.85     1.31     1.75     2.07
     Riñón/sangre     1.15     0.94     1.05     1.16
     Músculo/sangre     3.13     2.02     2.92     3.38
     Grasa/sangre     47.50     27.20     44.90     51.10

Bioquímica aplicada a la anestesia

En la formación actual de los

médicos, una de las materias más incomprendidas y por lo tanto, temidas, es sin duda la Bioquímica.

INTRODUCCIÓN

La concepción, que la cultura occidental

ha elaborado del mundo en que vivimos, ha cambiado muchas veces. Ha sido secudida violenta y profundamente por las revoluciones del conocimiento propuesto por seres humanos comunes y corrientes, que sólo difieren de sus congéneres en haber poseído la capacidad de poder ver y entender lo que los demás habían mirado sin haber entendido.


José Sarukhán

En la formación actual de los médicos, una de las materias más incomprendidas y por lo tanto, temidas, es sin duda la Bioquímica. En las facultades de medicina se la considera como un "filtro" (junto con la Anatomía) para que los alumnos puedan ser promovidos de grado escolar. Desgraciadamente, la mayoría de las ocasiones, el profesorado al que se le ha confiado la tarea de enseñar la bioquímica es sumamente erudito en su materia, pero poco versado en la didáctica o incluso en el enfoque que debe darse a la bioquímica que se enseña a un médico.

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Permítaseme hacer la analogía de que el conocimiento es como un prisma de "n" lados. Cuando nosotros lo vemos desde un punto de vista, podemos ver solamente "x" número de esos lados a la vez. Si giramos el prisma, veremos ese mismo conocimiento desde otro punto de vista, quizá sin cambios muy notorios, pero al fin diferente en detalles. Para algunas personas será más agradable (o útil) un ángulo de este prisma y para alguien más, lo será algún otro.

El conocimiento es uno sin lugar a dudas, pero el biólogo, el odontólogo, el ingeniero en alimentos, el químico, el parasitólogo, el nutriólogo, el farmacólogo y el médico, tendrán que abordarlo cada uno, desde su muy particular punto de vista y campo de acción. Es encomiable la labor que los profesores universitarios realizan en las aulas, sin embargo, cuando su profesión no es la medicina, ciertamente será muy difícil que puedan hablar de enfermedades, sus cuadros clínicos y su semiología, correlacionarlos con alteraciones sistémicas, orgánicas, tisulares, celulares y moleculares y mucho más difícil será hablar sobre pronóstico y tratamiento.

Cuando entendemos la Bioquímica, podemos entender lo que sucede a nivel de las moléculas que conforman a los organelos celulares, lo que a su vez repercute en la función celular, tisular, orgánica y sistémica del hombre. Entendemos también el lugar donde actúan los medicamentos y los venenos así como los mecanismos locales y sistémicos de control y autorregulación orgánica, los mecanismos de transmisión de las enfermedades y su prevención.

Contrariamente a lo que se pudiera pensar, la Bioquímica no es una ciencia muy reciente, sino que nació en el siglo pasado en la Universidad de Tübingen, en una pequeña ciudad del mismo nombre, situada en el sur de Alemania, cercana a Stuttgart. Aquí nació la cátedra denominada Química Fisiológica, impartida por Félix Von Hoppe-Seyler quien, aparentemente, acuñó la palabra Biochemie en l866. Sin embargo, es hasta 1903 con Neuberg, que la Bioquímica se considera como ciencia independiente de la química orgánica.

Desde entonces, muchas han sido las definiciones que se han hecho para tratar de describir a esta vasta ciencia. Para los fines que persigue esta obra, trataremos de ser eclécticos con las definiciones ya hechas sobre la Bioquímica:

Es una ciencia que estudia los constituyentes químicos de los seres vivos, su

conformación espacial, los procesos biológicos a nivel molecular, es decir, las funciones, transformaciones y eventos que controlan a la materia viva, utilizando técnicas y principios químicos, físicos y biológicos.

Partiendo de lo anterior, podemos afirmar que la Bioquímica es la ciencia que estudia a la materia cósmica que ha cobrado vida (como lo dijera Carl Sagan), por ello, es tan importante que todos los interesados en alguna de las Ciencias Biológicas y Químicas estén en contacto con ella.

Apartemos de nuestra mente aquel mito de que la Bioquímica es sólo para algunos elegidos -!Nada más erróneo que ésto!- . La Bioquímica es el enlace de muchas Ciencias Médicas, tanto las Básicas como las Clínicas. Es entender lo que sucede cuando corremos, cuando observamos, cuando tocamos, cuando degustamos, cuando amamos, en fin, todas las funciones que esta creación irrepetible del universo llamada hombre puede realizar.

LAS BIOMOLÉCULAS

Al hombre se le puede disculpar que experimente cierto orgullo por haber escalado, aunque no con su esfuerzo, la cúspide de la jerarquía orgánica..... a pesar de todo ello, digo, el hombre aún lleva impresa en su estructura corpórea la huella indeleble de su humilde origen.

Charles Darwin

Exite una ley conocida como de la CONSERVACION DE LAS MASAS o de Lavoisier, que dice: la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma. En algún momento en nuestra preparación académica hemos escuchado sobre la evolución del pensamiento humano respecto a las "substancias" que forman lo que nos rodea. Desde los pensamientos antiguos que decían que todo estaba formado por cuatro elementos fundamentales (tierra, agua, aire y fuego) hasta las teorías y leyes químicas actuales, acuñadas por Proust, Dalton, Böhr, Schöedinger y tantos otros.

Para los fines que buscamos en esta obra, baste recordar y tener en cuenta los siguientes conceptos:

Materia. En términos coloquiales, podemos decir que es toda aquella substancia que podemos percibir con nuestros sentidos.

Energía. Podemos decir que es la fuerza que se genera o se desprende de alguna transformación de la materia. En términos físicos se conoce como la capacidad que tiene un cuerpo de producir trabajo.

Es una ciencia que estudia los

constituyentes químicos de los seres vivos, su conformación espacial, los procesos biológicos a nivel molecular, es decir, las funciones,

transformaciones y eventos que controlan a la materia viva, utilizando técnicas y principios químicos, físicos y biológicos.

Parte A Libro 2

Molécula. Son compuestos formados por la unión de dos o más átomos, los cuales adquieren

características propias, que dependen del tipo y número de átomos que están conformándolas.

Átomo. Proviene de dos vocablos griegos que son: a (sin) y tomé (corte) y significa indivisible.

Es la mínima parte en la cual se puede fragmentar a la materia y conservar sus características propias.

Molécula. Son compuestos formados por la unión de dos o más átomos, los cuales adquieren características propias, que dependen del tipo y número de átomos que están conformándolas.

Ion. Átomo que lleva una carga eléctrica, debido a la pérdida o ganancia de algún electrón.

Radical. Cuando las moléculas reaccionan, producen fragmentos que se agrupan luego de manera diferente, para forman otras moléculas distintas. Estos fragmentos pueden estar constituidos por un átomo único, o por un grupo de ellos, el cual recibe el nombre de radical, resto o residuo.

A raíz del avance de la ciencia y la tecnología, el ser humano se dió cuenta de que existen moléculas que conforman a los seres vivos. Estas moléculas tienen comportamiento químico y físico similar a las demás, sin embargo poseen características muy especiales. A este conjunto de complejas moléculas se les ha denominado BIOMOLÉCULAS.

Para su estudio, podemos agrupar a las biomoléculas que comparten características químicas y bioquímicas entre sí. Habitualmente en los cursos de Bioquímica Médica que se imparten en las universidades, se estudia a las biomoléculas de la siguiente manera:

a) El agua y los iones.

b) Los aminoácidos y las proteínas.

c) Las vitaminas y coenzimas.

d) Los carbohidratos.

e) Los lípidos.

f) Los ácidos nucleicos.

g) Los oligoelementos.

Esbozaremos ahora en forma muy concisa las características más útiles para nosotros de cada uno de los grupos antes mencionados.

El agua y los iones

Las teorías sobre el origen de la vida que actualmente aceptamos, indican que la vida se originó en un medio acuoso. El agua cubre aproximadamente tres cuartas partes de la superficie terrestre. Por si fuera poco, el componente molecular más abundante en el ser humano es el agua. Dependiendo de su edad, sexo, complexión, actividad física, y lugar donde vive, el porcentaje puede ser desde 45% hasta 75% de su masa corporal total y alrededor de 68-73% de su peso magro (sin grasa).

La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. La distancia entre el oxígeno y los átomos de hidrógeno es de aproximadamente de 0.0965 nanómetros, con un ángulo de aproximadamente 104.5. Lo anterior hace que la molécula del agua tenga una forma parecida a un tetraedro irregular, cuyo centro es el átomo de oxígeno. Los hidrógenos están dirigidos hacia dos de los vértices del tetraedro, dejando los electrones no compartidos en los dos vértices restantes. Esta distribución espacial hace que tenga una región relativamente positiva y otra relativamente negativa, lo cual la convierte en un dipolo eléctrico (Fig. 8).

El dipolo eléctrico formado en la molécula del agua, hace que la energía electrostática del par no compartido de electrones y el núcleo de hidrógeno de otra molécula de agua interactúen, formando lo que conocemos como Puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son relativamente débiles, ya que se requieren aproximadamente 4.5 Kcal/mol para romperlos, en comparación con las 110 Kcal/mol requeridas para romper el enlace H-O.

Debido a esta estructura tridimensional, el agua se convierte en un poderoso disolvente: de compuestos iónicos, compuestos no iónicos (de tipo polar), sales cristalizadas y moléculas anfipáticas. Otra propiedad es la alta conductividad térmica, lo cual le permite regular rápidamente la temperatura corporal en todos los compartimentos del organismo, haciendo que exista casi la misma temperatura en todos ellos.

Cuando al agua se incorporan otro tipo de moléculas o iones, se modifican sus

Debido a esta estructura

tridimensional, el agua se convierte en un poderoso disolvente: de compuestos iónicos, compuestos no iónicos (de tipo polar), sales cristalizadas y

moléculas anfipáticas.

Figura. 8. Esquema de la molécula del agua

Podemos observar el átomo de oxígeno al centro y los dos átomos de hidrógeno en dos de las esquinas del tetraedro que mencionamos. A la izquierda una representación esquemática. A la derecha una representación diagramática.

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

propiedades. Esto se conoce como propiedades coligativas (en general es el cambio que un soluto produce a su disolvente). Las siguientes son las propiedades coligativas del agua.

1. Alto punto de congelación, lo que significa descenso en el punto de congelación.

2. Alta tensión superficial, lo que facilita que todas las substancias disueltas en ella sean capilarmente activas, lo que facilita el intercambio de éstas entre los tejidos del organismo, y produce así la presión osmótica.

3. Alto calor específico, lo que significa que se requiere de mucha energía para elevar su temperatura, y por lo tanto no ebulle fácilmente ni tiene vaporización rápida.

4. Alto calor latente de vaporización; como lo mencionamos en el punto anterior, la vaporización se ve disminuida, ya que la temperatura a la cual se inicia la vaporización debe ser mayor.

Disociación del agua: Concepto de pH

El agua tiende a disociarse en dos iones: OH- y H+. A la probabilidad de que ésto ocurra se le conoce como potencial de hidrógeno o pH. La posibilidad (potencial) de que ésto esté ocurriendo en un momento determinado es muy baja si lo tratamos de medir en forma convencional. En 1909, Sorensen realizó el estudio de la disociación del agua. Realizó cálculos a base de logaritmos, con los cuales se elaboró la escala del pH. Así pues, la escala del pH está basada en la disociación potencial del agua. Esta escala va del 0 al 14, siendo el punto neutro el 7; los valores inferiores al punto neutro se conocen como ácidos, y a los que se encuentran por arriba de éste se les conoce como bases o álcalis.

El pH se define matemáticamente como: el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno (hidrogeniones), es decir:

pH = -log (H+) ó pH = 1/log (H+)

Es muy importante hacer hincapié en que el pH es una propiedad de las soluciones, y nosotros medimos la cantidad de iones hidrógeno libres en esa solución. Si en la solución se encuentran substancias o compuestos que cedan o acepten iones hidrógeno, el pH de la solución cambiará de acuerdo a la concentración de éstas.

Brönsted y Lowry definen a estos compuestos de la siguiente manera:

Acido. Substancia o compuesto que en solución acuosa da o libera iones hidrógeno.

Base. Substancia o compuesto que en solución acuosa capta o acepta iones hidrógeno.

En palabras sencillas, podemos afirmar que cuando una molécula tiende a liberar más fácilmente iones hidrógeno, es un ácido y cuanto mayor sea esta tendencia, menor será el pH de la solución en la que se encuentra. Por el contrario, si una molécula tiende a aceptar fácilmente iones hidrógeno, se llama base o álcali y el pH de la solución en la que se encuentra será mayor. Recordemos que el concepto de pH es INVERSAMENTE proporcional a la concentración de hidrogeniones libres.

Todos los conceptos anteriormente expuestos tienen una importancia crucial en medicina, ya que todos los compuestos en el organismo son suceptibles de ser modificados en su estructura y por lo tanto, en su función al existir cambios en el pH de los compartimientos acuosos del organismo. Así mismo, los medicamentos que se administran pueden ser destruidos por el pH desfavorable de alguno de estos compartimientos.

Las proteínas son las encargadas de la velocidad de las reacciones en el organismo, del transporte de substancias y su aprovechamiento. Por la estructura que poseen, un cambio en el pH hace que estas funciones se alteren, llevándose a cabo demasiado aprisa o muy lentamente. Si tomamos en cuenta lo anterior, entenderemos porqué algunas vías metabólicas se echan a andar con el fin de corregir los cambios en el pH del organismo.

Como sabemos, los medicamentos que se administran por vía oral deben de pasar primero por un pH relativamente alcalino en la saliva de la boca, para después caer en un medio de pH muy bajo que es el jugo gástrico; posteriormente el pH se eleva hasta ser nuevamente alcalino en el intestino delgado gracias a las secreciones biliar y pancreática. Cuando el pH de alguno de estos lugares se modifica, la absorción de los medicamentos se modifica, ya que pueden ceder o aceptar hidrogeniones.

De la misma manera, cuando administramos algunos medicamentos por vía parenteral, su absorción, su latencia, su eficacia, su potencia, su vida media y su excreción (en una palabra su farmacocinética) se modifican de acuerdo al pH. Por ejemplo, si a un paciente se le ha administrado una substancia que sabemos que se excreta por vía renal en un medio alcalino y está cursando con acidemia, podemos administrar medicamentos que alcalinicen la orina para que la substancia se elimine más rápidamente.

Las proteínas son las encargadas de la velocidad de las reacciones en el organismo, del transporte de substancias y su aprovechamiento.

Parte A Libro 2

Muchas de las biomoléculas poseen grupos químicos, que en solución acuosa, son susceptibles de donar electrones, lo que las convierte en moléculas ionizables.

Concepto de ionización: los

principales iones

Muchas de las biomoléculas poseen grupos químicos, que en solución acuosa, son susceptibles de donar electrones, lo que las convierte en moléculas ionizables. Los iones han cobrado gran importancia, ya que día con día se descubren y describen nuevos procesos en los cuales intervienen. Aunque el ión más abundante y más estudiado en el organismo humano es el de hidrógeno, existen muchos otros que se han relacionado con vías metabólicas muy importantes.

Los iones se dividen muy fácilmente en dos: los que tienen carga eléctrica positiva y los que tienen carga eléctrica negativa. En electricidad, al polo negativo se le llama cátodo y al polo positivo ánodo. Los iones al ser analizados en un campo eléctrico, tienden a desplazarse hacia el lado contrario de la carga que poseen. Así, los iones cargados positivamente se mueven hacia el cátodo, por lo que reciben el nombre de cationes. Por otro lado, los iones cargados negativamente, se mueven hacia el ánodo, por lo que se les llama aniones.

Cationes

Como lo mencionamos anteriormente, los cationes son los iones cargados positivamente. El principal, por su función en el equilibrio ácido-base, es el de hidrógeno. Lo podemos medir a través de un aparato llamado potenciómetro, el cual nos indica el pH de la solución. El ion hidrógeno juega un papel muy importante en la regulación de la actividad enzimática. Las enzimas tienen un punto dentro en la escala del pH

en el cual tienen una actividad máxima. A este punto se le conoce como Km. Algunas enzimas se encuentran en un pH donde su Km es óptimo, por lo cual llevan a cabo las reacciones adecuadamente en situaciones sin patología. Sin embargo, otras enzimas se encuentran normalmente fuera del pH adecuado a su Km. Al haber modificaciones en el pH de su entorno, estas enzimas son llevadas más cercanamente hacia su Km y agilizan vías metabólicas alternas.

Otro ejemplo clásico (no enzimático) es el que se lleva a cabo sobre algunas proteínas transportadoras, como la hemoglobina. Sabemos que la afinidad de la hemoglobina se regula a través de los siguientes factores: pH, 2,3 difosfoglicerato, temperatura y presión parcial del CO2. De esta manera, en estados de desequilibrio del estado ácido-básico del organismo, el transporte de oxígeno se ve modificado.

Existen otros cationes de gran importancia por su concentración en los líquidos corporales; podemos citar al sodio, potasio, calcio y magnesio. Todos ellos juegan un papel relevante en la regulación de la transmisión neuronal, con la despolarización membranal. Recordemos que existen proteínas especializadas en el transporte de iones a través de la membrana. Algunas, por sus características son conocidas como bombas y otras como canales. Para nosotros resulta familiar oir de la bomba de sodio-potasio, y los canales de calcio. Recordemos que uno de los tejidos más abundantes en el organismo es el muscular (sea liso o estriado), por lo cual necesitamos cantidades importantes de cationes para la contracción muscular.

Otra función que podemos citar es la de preservar una cierta cantidad de agua en un compartimiento determinado. El papel que juega el sodio en ésto es primordial. Como lo mencionamos anteriormente, la molécula de agua es un dipolo eléctrico, lo que la hace capaz de "rodear" a los iones (esto se conoce como solvatación). La interacción electrostática entre el agua y los iones genera una atracción entre ellos, lo que crea la presión osmótica. Se sabe que seis moléculas de agua son atraídas por un ión de sodio (Fig. 9).

Aniones

Como ya lo mencionamos, los aniones son los iones cargados negativamente. Los aniones más importantes debido a su concentración en los fluidos corporales son sin duda el cloro y el bicarbonato. El cloro contribuye a la excitabilidad celular y al equilibrio iónico plasmático. Existen en la membrana celular canales y receptores

Existen otros cationes de gran importancia por su concentración en los líquidos

corporales;

podemos citar al sodio, potasio, calcio y magnesio.

Figura 9. Esquema de la solvatación

A. Al centro un catión (positivo), rodeado por las moléculas de agua con la parte polar negativa de la molécula orientada hacia éste.

B. Forma en que se orientan las moléculas del agua para rodear un anión, con su parte polar positiva hacia él.

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

extrínsecos e intrínsecos que regulan su tránsito a través de ella. Por otro lado, el bicarbonato funciona como un regulador en el equilibrio ácido-base del organismo.

Otros aniones importantes son: las proteínas plasmáticas (encabezadas por la albúmina), los ácidos orgánicos (como el ácido láctico), los fosfatos y los sulfatos (Fig. 10).

Desde la década de los años 50, Gamble en su libro: Anatomy, Physiology and Pathology of Extracellular Fluids, describe que el organismo se encuentra en equilibrio iónico, es decir, que el número de aniones y cationes es igual. La concentración de ambos en plasma humano es alrededor de 150 meq/l. En base a estos trabajos, se inició el concepto de lo que es la brecha aniónica (o anion gap), que ha sido uno de los puntos a través de los cuales se ha estudiado a los desequilibrios ácido-básicos.

El concepto de la brecha aniónica en realidad es muy sencillo. Dice que los cationes principales en el plasma sanguíneo son el sodio y el potasio, mientras que los aniones principales son el cloro y el bicarbonato. Además, estos cuatro componentes son los que más fácilmente podemos medir en un laboratorio clínico. La concentración del sodio y potasio juntos es de aproximadamente 150 meq/l. La concentración del cloro y el bicarbonato juntos es de aproximadamente 130 meq/l. La diferencia entre ambos valores es lo que se conoce como brecha aniónica.

Con el establecimiento de la brecha aniónica se iniciaron trabajos clínicos, en los cuales se decía que si alguno de los ácidos orgánicos aumentaba (p. ej: ácido láctico, ácido acetoacético, o ácido betahidroxi butírico), para conservar el equilibrio iónico, otro de los aniones debería de disminuir. Así, al aumentar los ácidos orgánicos, el anión que inicialmente disminuye es el bicarbonato.

En la actualidad la determinación de la brecha aniónica no es de gran utilidad clínica real, sino meramente académica, ya que su mayor utilidad es en la determinación indirecta del aumento de ácidos orgánicos, cuando queremos diferenciar si un trastorno ácido-base es doble o incluso triple y no contamos con otros medios clínico-diagnósticos.

Sugiero a los lectores que deseen adentrarse en este fascinante tema, revisen el libro: Manejo Clínico de los Gases Sanguíneos de Shapiro, Harrison, Cane y Templin, Edit. Médica Panamericana, 4a. Edición.

Concepto de amortiguador

Los amortiguadores son moléculas capaces de evitar cambios bruscos en el pH. Es decir, que cuando están presentes

Figura. 10. Concentraciones de iones en diferentes estados metabólicos

en una solución, pueden aceptar o ceder iones hidrógeno (dentro de un límite), evitando que haya cambios inmediatos y violentos en el pH de esa solución. Otros términos usados como sinónimos de amortiguador son: tampón, buffer y zwitterion. En esta obra, utilizaremos más el término amortiguador, ya que es una palabra que nos describe mejor el fenómeno del cual hablamos.

En el organismo humano tenemos varios sistemas especializados en preservar el pH de sus compartimientos y podemos clasificarlos de acuerdo a lo señalado en el cuadro 4.

Los amortiguadores funcionan gracias a que tienen grupos funcionales que pueden actuar como aceptores o dadores de electrones. Cuando ceden sus electrones decimos que se disocian. La tendencia a disociarse es característica de cada grupo funcional, por decirlo metafóricamente es como su "huella digital". La disociación en una solución es siempre constante, por lo

Los amortiguadores son moléculas capaces de evitar cambios bruscos en el pH. 

Cuadro 4. Clasificación de los amortiguadores

A.     Por sus componentes: 
     1.     Con bicarbonato
     2.     Sin bicarbonato

B.     Por su localización
     1.     Intracelular
          a)     Hemoglobina*
          b)     Otras proteínas y péptidos
          c)     Fosfatos orgánicos e inorgánicos 
          d)     Bicarbonato (anhidrasa carbónica)*
     2.     Extracelular
          a)     Proteínas (plasmáticas principalmente)
          b)     Fosfatos inorgánicos
          c)     Amonio
          d)     Sales de calcio

*Aunque su localización es intracelular, su acción se refleja extracelularmente.

Parte A Libro 2

La constante de disociación es inversamente proporcional al pH. Por lo cual, si una molécula tiene

una K alta (es decir que cede sus electrones

fácilmente), su pH será bajo.

cual se simboliza con una "K". Si recordamos que el objetivo de los amortiguadores es evitar cambios bruscos en el pH, entonces la constante de disociación deberá traspolarse a la escala del pH. Al llevar a cabo esto, creamos el concepto del pK, que es el pH al cual una molécula se encuentra disociada en un 50%.

La constante de disociación es inversamente proporcional al pH. Por lo cual, si una molécula tiene una K alta (es decir que cede sus electrones fácilmente), su pH será bajo. Si su constante de disociación es alta (no cede sus electrones con facilidad), su pH será alto. Los ácidos y las bases pueden clasificarse gracias a su pK en débiles y fuertes. Si éste es cercano a 0 de pH, será un ácido fuerte; si está más cercano a 7, será débil. De igual manera podemos clasificar a las bases: si su pK es cercano a 7 de pH es débil; por el contrario, si es cercano a 14 será fuerte.

Existe un principio fisiológico conocido como principio isohídrico. Este principio nos dice que todos los amortiguadores funcionan en forma proporcional, es decir, que aunque el sistema del bicarbonato es el responsable de la mayor parte de la amortiguación intra y extracelular, los demás sistemas colaboran en forma proporcional. Una forma fácil de entenderlo es traspolándolo a los impuestos. Si se solicita que se pague un l0% sobre los ingresos de los trabajadores de una empresa, pagará el l0% de su sueldo el obre

de ellos. Con este ejemplo, quizá el patrón (sistema del bicarbonato) aporte al fisco en dinero, lo que aportan 10 de sus obreros (otros sistemas amortiguadores), pero está aportanto el mismo porcentaje que ellos.

Como habremos intuido ya, los ácidos y bases débiles (cercanos a pH 7) son los que ayudan al organismo humano, ya que el pH plasmático es de alrededor de 7.40. Todos los sistemas amortiguadores tienen un pK cercano al pH que normalmente tiene el medio en el que se encuentran y funcionan adecuadamente en un rango de 2 unidades de pH.

Existe una ecuación que se conoce como de Henderson-Hasselbalch. El nombre puede ser muy familiar al lector, aunque su compresión quizá no. Esta ecuación se basa en el pK del mayor amortiguador del organismo, que es el sistema del bicarbonato. Además, en un principio fisico-químico que es la ley de acción de masas, el cual dice:

HA = H+ + A- El número de átomos que forman a una molécula que se disocia (HA) será igual a la suma de sus átomos disociados.

Si nosotros deseamos encontrar la constante de equilibrio de esta reacción, entonces debemos realizar las siguientes operaciones:

1.

K = (H+) (A-)

(HA)

Se despeja a la molécula sin disociar al segundo miembro y se iguala a su constante de disociación.

2.

K (HA) = (H+) (A-)

Se pasa a la molécula sin disociar al primer miembro, multiplicando así a la constante de disociación.

3.

(H+) = K (HA)

(A-)

Se despeja a la concentración de hidrogeniones, que es la que nos interesa encontrar.

4.

log (H+) = log k + log (HA)

(A-)

Se obtiene el logaritmo base 10 de ambos miembros de la ecuación.

5.

-log (H+) = -log K - log (HA)

(A-)

Se multiplica por -1, para poder sustituir los logaritmos de la concentración de H+ y K por pH y pK.

6.

pH = pK - log (HA) (A-)

Se sustituyen los logaritmos de H+ y K por pH y pK.

7. Ecuación de Henderson-Hasselbalch

pH = pK + log (A-)

(HA)

Se invierten las concentraciones de A- y HA para eliminar los logaritmos negativos.

ro, el capataz y el patrón; aunque en números absolutos, el ingreso de cada uno de ellos es diferente, el monto de lo aportado será del l0% del sueldo de cada uno

La ecuación de Henderson-Hasselbalch se utilizó para realizar los estudios en el estado ácido-base del organismo. Como lo mencionamos, se utilizó al sistema del

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

bicarbonato para estos fines. El sistema del bicarbonato se encuentra esencialmente en los eritrocitos, los cuales contienen a la enzima anhidrasa carbónica, la cual es responsable de agilizar la siguiente reacción:

CO2 + H20 H2CO3 HCO3- + H+

Anhidrasa Reacción

carbónica espontánea

pK = 6.1

Como podemos apreciar, esta reacción tiene por el extremo izquierdo al bióxido de carbono y al agua, los cuales son convertidos a ácido carbónico. Posteriormente, por una reacción no enzimática y debido a que la molécula del ácido carbónico es muy inestable, éste se disocia en bicarbonato e ion hidrógeno (a la derecha). Esta reacción tiene gran importancia en el transporte de oxígeno, ya que interviene en lo que se conoce como efecto Böhr.

Al sustituir el pK de la anhidrasa carbónica en la ecuación de Henderson-Hasselbalch, tenemos que:

pH = 6.l + log (HCO3-)

­­­­­­­

CO2 *

pH = 6.1 + log (HCO3-)

­­­­­­­­

a(PaCO2)

*El CO2 no puede medirse como tal, sino que se debe obtener por su presión parcial en la sangre y multiplicarse posteriormente por una constante específica para éste, conocida como Coeficiente de Bunsen (a), que es de 0.03. Esta constante permite transformar los mmHg (en los que se mide la presión parcial) en mEq.

Si nosotros sustituimos los demás valores, encontraremos entonces que:

(24 mEq)

pH = 6.1 + log ­­­­­­­­­­­­­­­ =

0.03(40 mm Hg)

24 mEq

pH = 6.1 + log ­­­­­­­­ =

1.2 mEq

pH = 6.1 + log 20 mEq

Así, finalmente, la ecuación resulta en:

pH = 6.l + l.3 = pH = 7.40, cuando los valores son los ideales a nivel arterial.

Para nosotros, es importante tener en cuenta la ecuación de Henderson-Hasselbalch, ya que aunque los planteamientos matemáticos hasta ahora explicados pudieran resultar poco útiles en la práctica, la ecuación final nos dá una gran ayuda clínica:

Ø

Ø

pH = 6.1 + log (HCO3-) (I)

­­­­­­­­­

a (PaCO2) (II)

I. Esta parte de la ecuación nos habla de lo que comúnmente conocemos como "control metabólico" del equilibrio ácido-base. El bicarbonato es regulado principalmente por el riñón. Esta respuesta es a mediano plazo, ya que se instala efectivamente hasta las 24 horas posteriores a un desequilibrio ácido-base. Nótese que los cambios que puedan surgir en la concentración del bicarbonato serán DIRECTAMENTE proporcionales sobre el pH (mayor bicarbonato=mayor pH y viceversa).

II. La parte inferior de la ecuación nos habla de la respuesta "respiratoria", es decir, los cambios que la ventilación puede producir sobre la concentración del bióxido de carbono. Estos cambios son casi inmediatos. Los podemos observar cuando hacemos ejercicio, ya que además de requerir mayor cantidad de oxígeno para llevar a cabo el metabolismo aerobio (que explicaremos en su oportunidad) hay un aumento de la producción de los ácidos orgánicos, como el ácido láctico. La respuesta que el organismo da a estos ácidos, es la pérdida de CO2, el cual se comporta como un ácido débil. Cabe mencionar, que los cambios en la concentración del CO2 son INVERSAMENTE proporcionales sobre el pH (menor PaCO2=mayor pH y viceversa).

Cuando los anestesiólogos aumentamos la frecuencia respiratoria y el volumen corriente de los pacientes durante una anestesia general, este aumento en el volumen minuto puede hacerle al paciente lo que comúnmente denominamos "barrido" del CO2. Como lo mencionamos antes, una disminución en éste puede producir una alcalosis respiratoria transoperatoria. De la misma manera, si no contáramos con la cal sodada o baritada, cuya función es reaccionar con el CO2 y captarlo, la acumulación en nuestros circuitos cerrados y semicerrados de CO2 produciría una acidosis respiratoria.

En nuestra práctica diaria como anestesiólogos ponemos (a veces sin notarlo), en práctica mucho del conocimiento que la bioquímica ha aportado a la medicina. Con sólo cambiar la cal sodada del canister de nuestra máquina de anestesia, estamos evitando la posibilidad de un trastorno ácido-base en el paciente.

El monitoreo no invasivo de nuestros días, como es el capnómetro (o capnógrafo en su caso), que nos proporciona la presión tele-espiratoria del CO2, ha ayudado grandemente a no disminuir la PaCO2 arterial si no lo deseamos. Además, en neuroanestesia, se puede llevar a cabo una disminución de la PaCO2 como una de las muchas medidas de protección a la integridad cerebral.

Sugiero a los lectores que quieran adentrarse aún más en este fascinante tema a consultar los libros escritos por el Dr. West: Fisiología Respiratoria y Fisiopatología Pulmonar, publicados por la Ed. Médica Panamericana.

Ø

Ø

Es importante tener en cuenta la ecuación de Henderson-Hasselbalch, ya que aunque los planteamientos matemáticos hasta ahora explicados pudieran resultar poco útiles en la práctica, la

ecuación final nos dá una gran ayuda clínica.

Parte A Libro 2

Los aminoácidos son compuestos químicos que se caracterizan por tener un átomo de carbono (conocido como carbono alfa), el cual puede formar cuatro enlaces.

Los aminoácidos y las proteínas

Los aminoácidos son compuestos químicos que se caracterizan por tener un átomo de carbono (conocido como carbono alfa), el cual puede formar cuatro enlaces. Estos cuatro enlaces, están asociados siempre a un hidrógeno, un grupo amino, un grupo carboxilo y un grupo radical. El hecho de estar unido a cuatro grupos diferentes, hace que el carbono alfa sea asimétrico, es decir, que la distribución espacial de sus cuatro enlaces es siempre diferente (Fig. 11).

El carbono alfa se llama así, porque a partir de él se contabilizan los carbonos que forman al aminoácido. Recordemos que en el alfabeto griego la letra alfa es la primera. El grupo amino funciona como una base, es decir, su disociación (pK) está por arriba de pH 7. El grupo carboxilo tiene propiedades de ácido, lo que significa que su disociación (pK) está por debajo del pH 7.El átomo de hidrógeno no se disocia. El grupo radical es lo que caracteriza a cada aminoácido y le confiere propiedades diferentes.

En la naturaleza existen alrededor de 300 aminoácidos, sin embargo son sólo unos 25 los que son comunes a todos los organismos vivos. De éstos, sólo 20 forman parte de las proteínas, los demás funcionan como neurotransmisores o como intermediarios en el metabolismo.

Aminoácidos que conforman a las proteínas

Albert Lehninger describió a los 20 aminoácidos que pueden formar proteínas como sillares de las proteínas. Estos aminoácidos no sólo son comunes en los animales, sino también en virus, bacterias, hongos y plantas. Por lo anterior, podemos deducir que muchos de los aminoácidos que el

cuerpo humano utiliza provienen primordialmente de su dieta. El cuerpo humano sintetiza también parte de ellos, aunque algunos no en la cantidad requerida. Es por esto que algunos aminoácidos son considerados como esenciales, es decir, que deben de ser consumidos en la dieta, ya que el organismo no es capaz de sintetizarlos (completa o parcialmente) para cubrir sus requerimientos.

Para tratar de comprender mejor a los aminoácidos se han clasificado de muchas formas. Creo que para los fines que perseguimos en esta obra, la más accesible es la que se refiere a su comportamiento ácido-básico, es decir, cuando los clasificamos como ácidos, básicos y neutros. Además, los podemos subdividir en los que tienen una carga eléctrica parcial, es decir, si son polares o no polares.

Aminoácidos ácidos

Se caracterizan por tener un grupo radical que posee un grupo carboxilo adicional al que está unido al carbono alfa. Éste les confiere propiedades ácidas. Al pH sanguíneo se encuentran con una carga parcialmente negativa (por lo que son polares). Son dos: el ácido aspártico y el ácido glutámico. Además de formar proteínas, están relacionados también con la neurotransmisión a nivel central y son precursores del ácido gamma amino butírico (GABA, en inglés).

Unión entre los aminoácidos: los enlaces peptídicos

Los aminoácidos se unen a través de enlaces covalentes que se forman entre el grupo alfa amino de un aminoácido y el alfa carboxilo de otro aminoácido. A este tipo de enlace se le conoce como amida en química orgánica y como peptídico en bioquímica. En la figura 12 podemos observar este tipo de enlaces en los rectángulos discontinuos.

Para su estudio, se ha clasificado a los polímeros de aminoácidos de acuerdo al número de éstos que contienen (Cuadro 5).

Se caracterizan por tener un grupo radical que posee un grupo carboxilo adicional al que está unido al carbono alfa.

Los aminoácidos se unen a través de enlaces covalentes que se forman entre el grupo alfa amino de un aminoácido y el alfa carboxilo de otro aminoácido.

Figura. 11. Diagrama de los componentes de los aminoácidos

Figura. 12. Representación de los enlaces peptídicos

Bioquímica Aplicada a la Anestesia 

Cuadro 5. Clasificación de los polímeros de los aminoácidos

     Nombre               No. de      Peso molecular
                    aminoácidos

          - Dipéptido     2     
          - Tripéptido     3     Menor a
     Oligopéptido     - Tetrapéptido     4     2 000
          - Pentapéptido     5
          - Hexapéptido, etc.     6
               Se consideran oligopéptidos
               hasta 20 aminoácidos
Péptido

     Polipéptido          21-50     Menor a 5 000

Proteína               51- en adelante;     Mayor a
               llega a ser hasta     5 000
                2 500

La estructura tridimensional de los péptidos y proteínas se divide para su estudio en cuatro, a saber:

1. Primaria. Es la secuencia que tienen los aminoácidos (p. ej. valina+alanina+ glicina, etc.).

2. Secundaria. Es la forma en que los aminoácidos, el unirse entre ellos, van formando un eje longitudinal, el cual puede tomar forma de hélice o de lámina plegada. Depende principalmente de los enlaces peptídicos, aunque colaboran los puentes de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas de los grupos R.

3. Terciaria. Es la forma que toma la proteína al hacer "pliegues" sobre su propio eje. Depende de uniones no covalentes, como: enlaces disulfuro, puentes de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals.

4. Cuaternaria. Es la forma que adquieren cuando se une con otros péptidos, proteínas o grupos funcionales (como el hem de la hemoglobina y los citocromos). Depende de enlaces covalentes y no covalentes (los mencionados anteriormente).

Aminácidos básicos

Se caracterizan por tener un grupo amino adicional al que está unido al carbono alfa. Este grupo les dá propiedades de bases, además de convertirlos en polares, cargados positivamente. Son tres: lisina, arginina e histidina. Este último es de suma importancia, ya que abunda en la estructura de la hemoglobina y mioglobina.

Posee un grupo R llamado imidazol. Este grupo posee la capacidad de ganar o ceder electrones, en un rango muy cercano al del pH sanguíneo, por lo que funciona como un regulador del pH intracelular a nivel eritrocítico, modificando así la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Además a nivel muscular, regula el pH del miocito para poder llevar a cabo con efectividad la contracción muscular, especialmente aquélla conocida como aerobia.

Aminoácidos neutros

Este es el grupo más amplio de aminoácidos, ya que se subdivide en siete subgrupos:

1. Hidrocarbonados no ramificados. Son los más sencillos estructuralmente hablando. Son dos: la glicina (antiguamente llamada glicocola). Posee en su grupo R únicamente un átomo de hidrógeno, por lo que es el único aminoácido con un carbono alfa simétrico (por tener en dos de sus valencias dos átomos iguales). Esta característica lo hace además que tenga una polaridad positiva. El otro aminoácido de este grupo es la alanina. Su grupo R está formado por un metilo. Es precursor de otros aminoácidos. Se le considera no polar.

2. Hidrocarbonados ramificados. Como su nombre lo indica, son aminoácidos cuyo grupo R está conformado por cadenas de hidrocarburos ramificados. Son tres los que conforman a este grupo: la valina, la leucina y un isómero de ésta, que es la iso-leucina. Recordemos que la palabra isómero proviene del

Aminácidos básicos.

Se caracterizan por tener un grupo amino adicional al que está unido al carbono alfa. Este grupo les dá propiedades de bases.

Parte A Libro 2

griego isos (igual) y meros (parte). Esto significa que tiene partes (constituyentes) iguales pero con diferente distribución en el espacio (acomodados de forma distinta). Los tres son no polares.

3. Amídicos. Son parientes de los dos aminoácidos ácidos. Su estructura es similar, pero difieren en su grupo radical ya que el carboxílo se ha asociado con un grupo amino, el cual lo modifica. Se forma así un grupo conocido como amida. Son la asparagina y la glutamina. Ambos son polares.

4. Con grupo alcohol. Son dos y son derivados de la alanina. La serina tiene un grupo alcohol (OH) unido al grupo metilo de la alanina, mientras que la treonina tiene unido un grupo alcohol y un metilo unidos al metilo de la alanina. Ambos tienen polaridad positiva.

5. Azufrados. Estos poseen azufre en su grupo R. Su grupo se parece al grupo alcohol (OH), pero con azufre (SH), por lo que se le llama TIOL. Éste está presente en esta forma sencilla en la cisteína, lo que lo hace tener polaridad positiva. La cisteína tiene la posibilidad de poder asociarse a través de este tiol a otra cisteína, formando un puente disulfuro (S-S). A este dímero lo conocemos como cistina. La cistina tiene mucho que ver en el arreglo tridimensional de las proteínas, es decir, en su estructura terciaria y cuaternaria. Los puentes disulfuro pueden ser alterados por el pH, por lo cual la función de las proteínas que los poseen puede verse alterada. El otro aminoácido azufrado es la metionina. El grupo tiol que posee, se ha unido a un metilo. La metionina es indispensable para iniciar la síntesis de proteínas, por lo que podemos inferir que la falta de ésta, traería como consecuencia la disminución en la producción de proteínas estructurales como la colágena, de hormonas como la insulina, de inmunoglobulinas, de péptidos relacionados con la transmisión nerviosa, etc. Además, colabora en la síntesis de la creatinina, que como sabemos, ayuda a la eliminación del nitrógeno de "desecho" del organismo. La metionina es no polar.

6. Aromáticos. Como su nombre lo indica, poseen grupos aromáticos, es decir, con un anillo de fenilo. El más sencillo estructuralmente hablando, es la fenil-alanina. En realidad es una alanina a la cual se ha unido un fenilo en su grupo R. Se la considera como no polar. La fenil-alanina, a través de una enzima, se hidroxila y se convierte en la hidroxi-fenil-alanina más comúnmente llamada tirosina.

Ésta funciona como precursor de hormonas, como: las catecolaminas y las hormonas tiroideas. Se la considera polar. El otro aminoácido de este grupo es el triptófano. El papel más destacado de éste es a nivel del sistema nervioso central (la glándula pineal), donde sirve como precursor de la melatonina.

7. Iminoácidos. Son los malamente llamados aminoácidos. Su estructura es la de un pentágono, que en uno de sus vértices se une a un nitrógeno; el carbono vecino a éste se asocia con un carboxilo. El más destacado es la prolina, la cual junto con la hidroxi-prolina, están involucradas en la síntesis de colágena (Fig. 13).

Funciones de los péptidos y las

proteínas

Las funciones que llevan a cabo las proteínas son muy numerosas y variadas. A continuación enlistaremos algunas de ellas:

l. Amortiguador. Regulando el metabolismo ácido-base, tanto intra como extracelularmente.

2. Transportador. De gases (oxígeno, CO2) y nutrimentos (aminoácidos, lípidos y carbohidratos).

También tienen un papel importante en la regulación de entrada y salida de iones a través de la membrana celular, formando los canales y bombas iónicos.

3. Protección. A nivel de la membrana celular, existen proteínas asociadas a lípidos y carbohidratos, las cuales forman lo que conocemos como glucocálix. En éste se encuentran los complejos de histocompatibilidad, que son los responsables de que el organismo reconozca lo propio de lo extraño. Por otro lado, todas las inmunoglobulinas son proteínas producidas por los linfocitos (B), especializadas en atacar a lo que el organismo no identifica como propio. Recordemos que la inmunidad no es la única protección con la que cuenta el organismo. Otra protección, que es la que quizá evaluamos diariamente para el quirófano, es la hemostasia. Buena parte de los factores de coagulación son proteínas, cuya última función es producir una proteína conocida como fibrina. Otro ejemplo son los cilios (proteicos) del epitelio respiratorio superior, cuya función es "sacar" partículas atrapadas en el moco del tracto respiratorio. La producción del moco está mediada también por proteínas.

A nivel de la membrana celular, existen proteínas asociadas a lípidos y carbohidratos, las cuales forman lo que conocemos como glucocálix.

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

Figura 13. Estructura química de los aminoácidos

Parte A Libro 2

Todas las enzimas son proteínas especializadas en agilizar reacciones en el organismo.

4. Catalizador. Todas las enzimas son proteínas especializadas en agilizar reacciones en el organismo. Se describen seis grupos de enzimas, dentro de los cuales se clasifica a todas. Colaboran en la degradación de los alimentos (amilasa, peptidasa, lipasa), de los medicamentos (citocromo P450), de los microorganismos (enzimas lisosómicas), etc.

Son además muy útiles como marcadores tempranos de daño tisular (enzimas de escape).

5. Estructural. Los tejidos están unidos gracias a proteínas especializadas en unir, como son la colágena y la elastina. Además, forman parte importante en el citoesqueleto, organelo cuya función es mantener la forma de la célula y ayudar al transporte de sustancias en su interior.

Además, colaboran en los procesos de fagocitosis, pinocitosis y exocitosis.

6. Mensajero. Funcionan como hormonas y neurotransmisores. Podemos citar a la insulina, el glucagon, las hormonas de la corteza adrenal, las del tracto digestivo, en fin, casi todo el metabolismo se regula con mensajes a través de proteínas, péptidos o sus derivados.

7. Receptor. Como lo mencionamos anteriormente, hay proteínas que se encuentran en las membranas, asociadas a carbohidratos. Su función primordial a este nivel es la de servir como receptores de mensajes procedentes de otras partes del cuerpo. A veces su respuesta se lleva a cabo en la misma membrana y en otras ocasiones generan otros mensajeros intracelulares para transmitir el mensaje intracelularmente (segundos mensajeros).

8. Depositarios de información. Al parecer, la memoria está fuertemente involucrada con la síntesis de proteínas. Cuando el cerebro se activa, existe gran actividad en la síntesis de proteínas, por lo cual se cree que además de servir como mensajeros y receptores, juegan un papel importante en la fijación de la memoria.

9. Reservorio de aminoácidos. En los estados de ayuno prolongado, el organismo echa mano de las proteínas que no le son vitales para formar las que sí lo son. Así, se ha demostrado que aunque el organismo no tiene un reservorio físico para las proteínas (como en el caso de los carbohidratos y lípidos), cuando requiere sintetizar proteínas vitales, lo hace a partir de otras que no utiliza. Es el caso de las enzimas digestivas. Recordemos que la producción de éstas se lleva a cabo sólo cuando existe el estímulo del sustrato. Otro sitio que sirve de reservorio es el tejido muscular. Recordemos que un músculo que se ejercita no incrementa su

número de miocitos, sino que éstos incrementan el número de miofibrillas que contienen.

Estas son las principales funciones de las proteínas que actualmente conocemos. Es importante mencionar que las proteínas llegan a ser hasta un 75% del peso en seco del organismo (varía con la complexión, la edad y el sexo). Su producción es mayor en tejidos que se reproducen continuamente por estar en crecimiento, o sufrir mucho desgaste (piel y mucosas) y en órganos con gran actividad metabólica (hígado, cerebro y tejido glandular).

Las enzimas: catalizadores biológicos

Las enzimas son proteínas especializadas en catalizar las reacciones que se llevan a cabo en el organismo. Algunas de ellas se llevan a cabo sin necesidad de enzimas, sin embargo son tan lentas que si no existiesen las enzimas tardarían horas, incluso días, en llevarse a cabo. Las enzimas actúan sobre una sustancia determinada, conocida como sustrato. Únicamente pueden actuar sobre él, debido a que poseen especificidad, la cual está dada por el sitio catalítico (es la parte de la enzima que transforma al sustrato).

Las enzimas constan de dos partes principalmente: una proteica y otra no proteica.

A la parte proteica se le conoce como apoenzima o apoproteína. Es la que da especificidad por el sustrato, ya que contiene el sitio catalítico. Al término de la reacción, su estructura permanece constante.

La parte no proteica es conocida como grupo prostético. En realidad es una mala traducción de la palabra inglesa prostetic, que significa prótesis. En este grupo se hallan unidos grupos funcionales que están unidos a la parte proteica. Un claro ejemplo es el grupo hem en los citocromos. También interactúan las coenzimas, que son derivados de vitaminas hidrosolubles. Las coenzimas si se modifican con la reacción.

Figura 14. Holoenzima

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

También pueden asociarse iones metálicos (cobre, magnesio, zinc, hierro, etc.), los cuales reciben el nombre de cofactores.

A la unión de la apoenzima con su grupo prostético se le conoce como holoenzima (Fig. 14).

Esquemáticamente, la forma en que actúan las enzimas es de la manera señalada en la figura 15.

Vale la pena mencionar que la mayoría de las enzimas son capaces de reconocer tanto a su sustrato como a su producto, de tal forma que a veces las reacciones se llevan a cabo de derecha a izquierda, convirtiendo entonces al producto en sustrato y el sustrato en producto. En pocas palabras, muchas reacciones pueden ser reversibles.

Nomenclatura de las enzimas

Las enzimas reciben por lo general, el nombre del sustrato al cual transforman (fosfofructocinasa), de la reacción que catalizan (catalasa) o del producto que sintetizan (citratosintetasa). El nombre de éstas lleva la terminación asa. Se han tratado de eliminar los epónimos de la nomenclatura internacional (enzima de Ochoa), aunque en algunos textos esta costumbre continúa aisladamente.

La clasificación internacional de las enzimas las divide en seis tipos, de acuerdo a su mecanismo de acción. A su vez, estos grupos se subdividen, describiendo más específicamente el tipo de reacción que lleva a cabo. Esto se hace con el fin de facilitar el estudio de las enzimas y poder darles un nombre más descriptivo y común para todos los investigadores de los diversos países.

Clasificación de las enzimas

A. Por su mecanismo de acción

(Clasificación Internacional)

1. Oxido-reductasas.Realizan funciones de óxidación o reducción.

P. ej. Lactato deshidrogenasa.

2. Transferasas. Transfieren grupos funcionales de una molécula a otra.

P. ej. Fosfofructocinasa.

3. Hidrolasas. Rompen enlaces con moléculas de agua.

P. ej. Sucrasa.

4. Liasas. Forman enlaces dobles.

P. ej. Citrato-liasa.

5. Isomerasas. Llevan a cabo reaciones de isomerización, es decir, modifican tridimensionalmente al sustrato, sin quitarle ni añadirle nada.

P. ej. Fosfoglucomutasa.

6. Ligasas. Forman enlaces con gasto de ATP.

P. ej. Glutamina sintetasa.

B. Por su presencia

1. Constitutivas o permanentes (siempre son producidas, por lo que siempre están presentes).

2. Inducibles o adaptativas (se producen únicamente si existe su sustrato).

C. Por su localización

1. Membranales.

2. Citoplásmicas.

3. Mitocondriales.

4. Nucleares.

5. Lisosómicas.

6. Microsomales (retículo endoplásmico), etc.

Vale la pena mencionar que la mayoría de las enzimas son capaces de

reconocer tanto a su sustrato como a su producto.

Las enzimas reciben por lo general, el nombre del sustrato al cual transforman, de la reacción que catalizan o del producto que sintetizan

Figura 15. Acción enzimática

A. Inicialmente, observamos que existen varias moléculas, que podrían ser tomadas por la enzima; sin embargo, ésta es capaz de reconocer a su sustrato, ya que es específica para él.

B. Posteriormente, la enzima ha tomado al sustrato y se forma lo que se conoce como complejo enzima-sustrato.

C. Finalmente, la enzima libera al producto de la reacción, sin modificar su estructura.

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D. Por el número de cadenas proteicas

1. Monoméricas. Con una sola cadena polipeptídica. Usualmente son muy activas.

2. Oligoméricas. Con dos o más subunidades, que constan de una cadena (un monómero) con por lo menos un sitio activo.

Cuando dos o más apoenzimas diferentes tienen afinidad por una molécula y ésta es convertida en un mismo producto, estas enzimas son conocidas como isoenzimas. El ejemplo típico es la lactato deshidrogenasa, la cual se encuentra en diferentes tejidos. Aunque lleva a cabo la misma función en todos ellos, la estructura proteica que posee es diferente en cada uno.

Cuando dos o más enzimas con diferente mecanismo de acción se unen para transformar secuencialmente a un sustrato, se forma lo que conocemos como complejo multienzimático. La sintetasa de ácidos grasos es el ejemplo típico de ésto.

Cinética enzimática

Para entender la forma en la que se comportan las enzimas, debemos entender los siguientes conceptos:

Unidad enzimática. Es la cantidad de enzimas requeridas para transformar 1 micromol de sustrato en un minuto.

Actividad del centro catalítico. Es el número de moléculas de sustrato que se transforman en un minuto en un sitio catalítico.

Eficacia. Es la afinidad que un receptor enzimático tiene por un sustrato.

Efectividad. Es la velocidad a la cual trabaja una enzima. Está determinada por los cofactores, el pH y la temperatura.

Sitio alostérico. Es una parte diferente al sitio activo, que puede acoplarse con un ion o molécula diferente al sustrato y al hacerlo, modifica la conformación tridimensional del sitio activo. Al suceder ésto, la afinidad del sitio activo (eficacia) se modifica. Una enzima puede tener más de un sitio alostérico.

Como lo explicamos cuando hablamos del mecanismo de acción, la enzima se une a su sustrato específico, formando el complejo enzima-sustrato (ES). El destino del ES puede ser disociarse y liberar al sustrato sin haber realizado transformaciones en su estructura o llevar a cabo la reacción, obteniendo un producto. La velocidad y el comportamiento de lo anterior lo estudiaron Michaelis y Menten, a partir del siguiente razonamiento:

K1 K3

E + S ES P

K2

Debido a las transformaciones químicas que deben llevarse a cabo para producir el producto (P), K3 sería una velocidad mucho más lenta que K1 o K2. Por otro lado, se considera que las concentraciones de P son tan bajas al inicio de la reacción (porque apenas se está produciendo) que la reacción es prácticamente irreversible, ya que se necesitarían muy altas cantidades de P para ir al lado izquierdo de la reacción.

La enzima puede encontrarse libre o unida al complejo ES. La suma de éstas será la cantidad total de enzima que hay. Si hacemos un razonamiento matemático, encontraremos que:

(Enzima) total = (Enzima) libre + (Enzima-Sustrato)

Si quisiéramos saber qué cantidad de enzima libre existe, tendríamos que despejar de la siguiente manera:

(Enzima) libre = (Enzima) total - (Enzima-Sustrato)

Michaelis supuso que las concentraciones estaban en equilibrio, por lo que pensó que ésto sería constante, y lo expresó matemáticamente como:

(E) (S)

KM = ­­­­­­­

(ES)

de esta forma, creó el concepto de KM (constante de Michaelis). Posteriormente con otros razonamientos matemáticos, llegó a la conclusión de que la velocidad de reacción de una enzima se puede expresar como:

Vmax (S)

V = ­­­­­­­­­­­­

KM + (S)

Ecuación de Michaelis-Menten

Los factores que intervienen en la velocidad de las reacciones enzimáticas podemos clasificarlos como:

I. Factores de concentración.

La presencia y cantidad del sustrato y la enzima. La velocidad de reacción es directamente proporcional a la cantidad de enzimas. Cada enzima tiene una capacidad específica para poder llevar a cabo su reacción. Si hay mucho sustrato que convertir,

La enzima se une a su sustrato

específico,

formando el complejo

enzima-sustrato (ES).

Cada enzima tiene una capacidad específica para poder llevar a cabo su reacción.

Bioquímica Aplicada a la Anestesia

la enzima no puede llevarlo a cabo más rápidamente. Esto introduce el concepto de que las enzimas son saturables. Cuando el organismo detecta que frecuentemente el sustrato es mucho para la cantidad de enzimas presentes, inicia la síntesis de más enzimas; esto es lo que conocemos como inducción enzimática. Este efecto lo observamos en personas que ingieren cotidianamente drogas, como las benzodiacepinas. Cuando se requiere proporcionar sedación a este tipo de pacientes, la cantidad de medicamento que utilizamos para lograr el efecto deseado es mayor que en una persona que no haya tenido este tipo de contacto con el medicamento.

II. Factores de activación.

El pH. Como ya lo hemos reiterado, las apoenzimas son proteínas que pueden sufrir cambios en su estructura al modificarse el pH en el cual trabajan, lo que repercutirá en su eficiencia. El desequilibrio ácido-base puede disminuir o aumentar el tiempo en el cual los medicamentos que aplicamos lleguen a su órgano blanco, actúen y sean eliminados.

La temperatura. Los principios físicos que rigen a las biomoléculas afectan también a las enzimas. El calor aumenta la cinética molecular, lo que hace que los pacientes con fiebre metabolicen más rápidamente los medicamentos. Por el contrario, cuando se presenta hipotermia, el tiempo en el cual los medicamentos se degradan es mayor ya que la cinética molecular disminuye. Es casi seguro que ambos cuadros clínicos los hayamos observado en pacientes durante el periodo transanestésico. 

Cuadro 6.     Clasificación de los inhibidores

     Irreversibles     Generalmente es con metales 
     Enlaces covalentes     pesados o gases (contaminantes o venenos)


Inhibidores
          Competitivos. Son uniones débiles con moléculas PARECIDAS estructuralmente al sustrato original.La mayoría de los medicamentos actúan de esta manera
     Reversibles
     Enlaces NO covalentes
          No competitivos. Son uniones débiles con moléculas DIFERENTES al sustrato original, pero poseen grupos que pueden unirse a la enzima, ocupándola temporalmente

Cofactores y coenzimas. La presencia de éstos es importante para que las reacciones puedan llevarse a cabo ya que funcionan modificando la apoenzima, a través de sitios alostéricos y como donadores o aceptores de grupos funcionales o iones.

III. Factores de inhibición.

Inhibidores. Los medicamentos que utilizamos en anes