Este capítulo es más relevante para la sección F8(ii) del programa de estudios de primaria del CICM de 2017, que espera que los candidatos al examen sean capaces de «describir el transporte de dióxido de carbono en la sangre, incluyendo el efecto Haldane y el desplazamiento de cloruro». Aunque nadie ha preguntado nunca un SAQ del CICM utilizando la frase «¿qué es el efecto Haldane?», es claramente una pregunta justa y la gente debería esperar saberlo para este examen. Como la mayoría de las personas en su sano juicio, Haldane no se refirió a esta cosa como «mi Efecto», aunque claramente podría haberlo hecho con un mínimo de falsa modestia porque de hecho fue la propia sangre desfibrada de Haldane la que se utilizó para el experimento.

En resumen:

Tebboul &Scheeren (2017) ofrecen una explicación desgrasada sin florituras, y su artículo está disponible de forma gratuita. Si uno quiere grasa y florituras, puede acudir a esta excelente revisión de Itiro Tyuma (1984). Aunque no es esencial, uno también puede querer leer el artículo original de J.S Haldane, donde fue el tercer autor (Christiansen et al, 1914).

Definición del efecto Haldane

Aquí no hay una definición formal, pero, afortunadamente, prácticamente todos los autores que han escrito sobre el tema han sentido la necesidad de prologar su artículo con unas palabras introductorias, en las que inevitablemente hacen un intento de definir este fenómeno, o al menos de resumirlo tan enjundiosamente que quede cubierto por una sola frase. Una definición representativa, por lo tanto, podría ser:

«El efecto Haldane es un fenómeno físico-químico que describe el aumento de la capacidad de la sangre para transportar CO2 en condiciones de disminución de la saturación de la hemoglobina»

O algo así. En realidad, el efecto Haldane y el efecto Bohr son expresiones diferentes del mismo mecanismo molecular que no está relacionado con el CO2 (que resulta ser el ligando de interés en la fisiología respiratoria). En realidad, hay muchos otros actores moleculares (protones, iones inorgánicos como el cloruro, fosfatos orgánicos como el 2,3-DPG) que se unen a la hemoglobina desoxigenada con mayor afinidad. Al mismo tiempo, la acción de unión de estas diversas moléculas tiende a estabilizar el estado T desoxigenado de la molécula de hemoglobina, disminuyendo su afinidad por el oxígeno (lo que es básicamente el efecto Bohr). Así pues, si uno fuera fiel a los hechos, se vería obligado a admitir que ambos efectos deberían tener realmente la misma definición:

«El efecto Bohr-Haldane es un fenómeno fisicoquímico que describe los cambios en la afinidad por la unión de ligandos no oxigenados por parte de la hemoglobina que resultan de los cambios conformacionales inducidos en el tetrámero de la hemoglobina por la unión del oxígeno al hem»

Sin embargo, eso no sale exactamente de la lengua. Tampoco nadie entre la población de examinadores del CICM se sentiría especialmente molesto si uno prefiere la definición carboxicéntrica mencionada anteriormente. Los efectos de Haldane y Bohr están generalmente separados en la literatura universitaria. Además, las guías de estudio históricamente orientadas a los exámenes, como The Physiology Viva de Brandis, tienden a discutirlos como fenómenos separados, probablemente porque su relevancia clínica es algo diferente. En cualquier caso, probablemente uno haría bien si se limitara a citar lo que dice Nunn:

«la diferencia en la cantidad de dióxido de carbono transportado, a PCO2 constante, en la sangre oxigenada y desoxigenada»

Efecto Haldane debido al transporte de CO2 por parte de la hemoglobina desoxigenada

El hecho de que el CO2 pueda unirse a los aminoácidos para formar carbaminoácidos y bases conjugadas carbamato ya se ha discutido en otro lugar. La pregunta es, ¿qué hace que la hemoglobina de los glóbulos rojos sea tan especial, y cómo cambia esto cuando la hemoglobina se oxigena?

En resumen:

El CO2 se une a los grupos α- amino no cargados del N-terminal.grupos amino de las subunidades α y β de la hemoglobina La oxigenación del átomo de hierro del hemo en una molécula de hemoglobina es un modulador alostérico heterotrópico de estos sitios de unión del CO2 porque introduce un cambio conformacional en el tetrámero de hemoglobina (cooperatividad positiva) Como resultado de esta modulación alostérica, el CO2 tiene una mayor afinidad por el estado T desoxigenado que por el estado R Este mecanismo contribuye en un 70% al transporte total de CO2 debido al efecto Haldane (Roughton, 1964), y por lo tanto en un 10-15% al transporte total de CO2 en la sangre.

Eso es probablemente suficiente para el trabajo gubernamental, pero si uno realmente quiere sumergirse en el pantano purgante de las minucias fisiológicas, el artículo de Austen Riggs de 1988 servirá como un excelente punto de partida. Como ya se ha mencionado, el «efecto» no se limita al CO2, sino que se trata de un fenómeno en el que también interviene la hemoglobina uniéndose de forma promiscua a otras especies de iones. Por ejemplo, la hemoglobina desoxigenada es una gran puta de protones. El acto de desoxigenar completamente un volumen de sangre (hasta una SaO2 del 0%) absorbe suficientes protones para aumentar el pH del volumen en 0,03, según Nunn (p. 155 de la 8ª edición). Esta es una buena manera de pasar a la siguiente sección:

Efecto Haldane debido al aumento de la amortiguación por la hemoglobina

De nuevo, en resumen:

• Cada molécula de tetrámero de hemoglobina tiene 38 residuos de histidina cargados, de los cuales cuatro están unidos al grupo hemo.
• La constante de disociación de cada uno de estos residuos de histidina está influida por la oxigenación del hem
• Como resultado, cuando el hem pierde oxígeno, el tetrámero de hemoglobina en su conjunto se vuelve más básico.

Esto elimina los iones de hidrógeno de la solución (es decir amortigua la solución) El efecto de esto en el equilibrio del bicarbonato y el ácido carbónico favorece la conversión del ácido carbónico en bicarbonato Así, la pérdida de oxígeno del tetrámero de la hemoglobina, al amortiguar, aumenta la cantidad de CO2 que se transporta en forma de bicarbonato

Esto probablemente sólo contribuye a un 30% del efecto Haldane. También contribuye al cambio de pH en la sangre venosa. La sangre venosa sería normalmente bastante ácida debido a la presencia de CO2 adicional (6 mm Hg más que la sangre arterial), pero el efecto amortiguador de la hemoglobina desoxigenada restablece su pH más cerca de la normalidad, hasta el punto de que algunos afirman que las muestras venosas pueden sustituir con seguridad a las arteriales para la medición del pH entre los pacientes de urgencias.

Consecuencias del efecto Haldane para el transporte total de CO2

De nuevo, uno se ve obligado a mirar este diagrama de la curva de disociación del dióxido de carbono.

Observe que hay una diferencia entre el contenido de carbamato arterial y venoso. Sin embargo, la diferencia permanece bastante estable a lo largo del continuo de 10mmHg a 80 mmHg de CO2. Es como si la PaCO2 real no importara. De hecho, así es: la diferencia entre el transporte arterial y venoso de carbamato de CO2 se debe puramente a la diferencia en el nivel de oxigenación de la hemoglobina. En ocasiones, se espera identificar el «punto arterial» y el «punto venoso» en estas curvas, que ilustran cómo el efecto Haldane contribuye a la diferencia (menor) en el contenido total de CO2 entre la sangre arterial y la venosa mixta. En resumen, aunque la diferencia total es menor, el efecto Haldane es responsable de más de un tercio de la misma.

Para ver esto un poco más de cerca:

Este diagrama, común entre los libros de texto, ilustra que si la saturación de oxígeno de la sangre aumenta, la presión parcial de CO2 también aumentará porque se liberará más CO2 de sus sitios de unión. En concreto, si la sangre venosa mixta (SpO2 = 75%) se oxigenara por completo, la PaCO2 aumentaría de 40 a 46 mmHg. Al mismo tiempo, el contenido total de CO2 seguiría siendo el mismo. Extendiendo la línea más a la derecha, se observa que, si la sangre venosa mixta se oxigenara completamente de alguna manera sin ningún cambio en su contenido de CO2, la PaCO2 aumentaría de 46 mmHg a unos 55 mmHg.

Si uno prestara atención, observaría que este fenómeno, si contribuyera de manera útil a la respiración, debería desarrollarse en plazos minúsculos, aproximadamente acordes con el tiempo que pasan los glóbulos rojos en el capilar. Si tardara más que eso, sólo se obtendría una circulación arterial enriquecida en dióxido de carbono. Afortunadamente, como demuestra el gráfico ligeramente coloreado de Klocke (1973), todo el proceso tiene lugar en décimas de segundo: