Respiratory System, Part 2: Crash Course Anatomy & Physiology #32
Summary
TLDREl script de este video ofrece una visión detallada de cómo el cuerpo humano mantiene el equilibrio interno, conocido como homeostasis, a través del intercambio de oxígeno y dióxido de carbono (CO2) en las células sanguíneas. Se explora la importancia del CO2 en la regulación de la presión arterial, el pH y la temperatura del sangre. La discusión se enfoca en la química del hemoglobina, su afinidad para el oxígeno y cómo los cambios en la presión parcial de gases, la temperatura y la acidez del sangre afectan su capacidad para transportar oxígeno. Además, se explica cómo la hiperventilación puede causar hipocapnia, alterando el equilibrio y provocando síntomas como la sensación de desmayo. Finalmente, se describe el uso de una bolsa de papel para recuperar la normalidad al inhalar CO2, restableciendo el pH y permitiendo que el hemoglobina funcione adecuadamente, destacando la complejidad del sistema respiratorio y la importancia de la calma para una presentación exitosa.
Takeaways
- 📉 La hiperventilación puede causar hipocapnia, un descenso en la concentración de CO2 en la sangre que interrumpe la función crucial del sistema respiratorio.
- 🌡️ La interacción entre el oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre regula la homeostasis, afectando la presión arterial, el pH y la temperatura.
- 🌬️ La hemoglobina tiene una afinidad variable para el oxígeno, que es influenciada por la presión parcial y las condiciones del tejido.
- 🧬 La química de la sangre y la forma de las proteínas, incluyendo la hemoglobina, juegan un papel crucial en el transporte y la liberación del oxígeno.
- 📍 La presión parcial del oxígeno es un concepto clave para entender cómo la hemoglobina interactúa con el oxígeno en diferentes entornos, como en la montaña o en el pulmón.
- 🔄 La cooperatividad de la hemoglobina permite que, una vez que un分子 de oxígeno se une, cambie su forma para facilitar la unión de más moléculas de oxígeno.
- ⬇️ Las células sanguíneas liberan oxígeno a los tejidos activos en respuesta a la baja presión parcial de oxígeno y las señales químicas del tejido.
- ♨️ El calor y el CO2, productos de la actividad metabólica, disminuyen la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, lo que permite la liberación de oxígeno adicional.
- 🔻 El aumento en la concentración de CO2 y la acidez de la sangre también promueven la liberación de oxígeno por la hemoglobina.
- 🔴 La hiperventilación durante el estrés puede llevar a una disminución en la concentración de CO2 y un aumento en el pH sanguíneo, causando vasoconstrictión y sensación de mareo.
- 📈 Respirar en una bolsa de papel ayuda a restablecer la homeostasis al aumentar la presión parcial de CO2 y disminuir el pH, lo que mejora la afinidad de la hemoglobina por el CO2 y permite la inhalación de oxígeno.
Q & A
¿Qué es la hipocapnia y cómo afecta el cuerpo humano?
-La hipocapnia es un descenso en la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la sangre, que puede provocar una interrupción en la función compleja y importante del sistema respiratorio, como el intercambio de gases dentro de las células sanguíneas.
¿Cómo ayuda un saco de papel en situaciones de hiperventilación?
-Un saco de papel ayuda en la hiperventilación al permitir que se inhale el CO2 que se acaba de exhalar, lo que eleva la presión parcial de CO2 en la sangre, disminuye el pH y restaura el homeostasis.
¿Cómo es que la hemoglobina transporta oxígeno en el cuerpo?
-La hemoglobina, que contiene cuatro cadenas de proteínas y átomos de hierro, tiene una alta afinidad por el oxígeno. El hierro se une fácilmente al oxígeno, lo que permite a la hemoglobina transportarlo a través del cuerpo.
¿Qué es la presión parcial y cómo afecta la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno?
-La presión parcial es una medida de la cantidad de un gas en una mezcla, basada en la presión que está generando. La hemoglobina cambia su forma y su afinidad por el oxígeno en respuesta a las diferencias en la presión parcial de oxígeno, lo que influye en cuándo recoge y cuándo libera oxígeno.
¿Cómo afecta la actividad metabólica en las células a la liberación de oxígeno por parte de la hemoglobina?
-La actividad metabólica en las células produce calor y dióxido de carbono (CO2), que activan la liberación de más oxígeno al disminuir la afinidad de la hemoglobina hacia él. Un aumento en la temperatura y la concentración de CO2 cambian la forma de la hemoglobina, lo que reduce aún más su afinidad por el oxígeno.
¿Por qué es más difícil respirar en altitudes más altas?
-A medida que se escala una montaña, la presión disminuye, lo que disminuye la presión parcial de oxígeno. Esto significa que hay menos presión para impulsar el oxígeno hacia la sangre, haciendo que sea más difícil obtener oxígeno.
¿Cómo cambia la forma de la hemoglobina cuando se une al oxígeno y cómo afecta esto a su capacidad para unirse a más moléculas de oxígeno?
-Cuando una hemoglobina vacía se une a una molécula de oxígeno, cambia de forma y se vuelve más fácil para otras moléculas de oxígeno unirse. Este fenómeno se conoce como cooperatividad y continúa hasta que todos los sitios de unión están ocupados y la molécula está completamente saturada.
¿Cómo afecta el CO2 a la capacidad de la hemoglobina para liberar oxígeno y absorber dióxido de carbono?
-El CO2 también se une a la hemoglobina, cambiando su forma y disminuyendo su afinidad por el oxígeno, lo que permite que la hemoglobina libere más oxígeno. Al mismo tiempo, la hemoglobina puede recoger más CO2, preparándose para llevarlo de vuelta a los pulmones para ser exhalado.
¿Qué sucede si exhales CO2 más rápido de lo que se libera en las células?
-Si se exhala CO2 más rápido de lo que se libera en las células, su concentración en la sangre disminuye, lo que lleva a un aumento del pH sanguíneo. Esto puede causar una contracción de los vasos sanguíneos (vasoconstriction), lo que reduce la cantidad de sangre que llega al cerebro, causando sensaciones de mareo o euforia.
¿Cómo ayuda la respiración profunda y lenta a prevenir la hiperventilación?
-La respiración profunda y lenta ayuda a equilibrar la presión parcial de CO2 en la sangre, evitando que se exhale más rápido de lo que se produce en las células. Esto mantiene el pH sanguíneo en un rango seguro y evita efectos secundarios como la vasoconstriction y la sensación de mareo.
¿Por qué es importante el homeostasis para la vida y para realizar tareas exitosas como una presentación?
-El homeostasis es el estado en el que el cuerpo mantiene una serie de condiciones internas constantes, lo que es esencial para las funciones corporales y la supervivencia. En el contexto de una presentación, el homeostasis ayuda a mantener un estado de calma y concentración, evitando reacciones físicas no deseadas como la hiperventilación.
Outlines
🎤 La ansiedad y la respiración
Este párrafo describe una situación de ansiedad antes de una presentación importante, donde se experimenta un bloqueo temporal del habla y una sensación de pánico. Se introduce el concepto de ansiedad y cómo puede llevar a una hiperventilación, lo que altera la homeostasis del cuerpo al afectar la presión arterial, el pH y la temperatura del sangre debido a una exhalación excesiva de CO2. Se menciona cómo un amigo proporciona un saco de papel para respirar, lo que ayuda a restablecer la normalidad al aumentar la concentración de CO2 en la sangre, evitando la hipocapnia. Además, se explora cómo la hemoglobina interactúa con el oxígeno y el CO2, y cómo estos intercambios son regulados por señales biológicas que permiten al cuerpo realizar tareas físicas intensas y reiniciar el sistema respiratorio.
🩸 La química sanguínea y la hemoglobina
En este párrafo se profundiza en la función de la hemoglobina y cómo su afinidad por el oxígeno varía según las necesidades del cuerpo. Se explica el concepto de presión parcial y cómo la presión y la concentración de los gases en una mezcla influyen en la difusión de estos. Se destaca la importancia de la presión parcial del oxígeno en la transferencia de oxígeno desde el aire al plasma sanguíneo y viceversa. Además, se describe cómo la hemoglobina cambia su forma al unirse al oxígeno, lo que aumenta su capacidad para unirse a más moléculas de oxígeno, un fenómeno conocido como cooperatividad. Se menciona cómo los tejidos activos, como el cerebro, el corazón y los músculos, requieren oxígeno y cómo la hemoglobina libera oxígeno en estas áreas debido a las bajas presiones parciales de oxígeno. También se discuten los efectos de la temperatura y el CO2 en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y cómo estos factores, junto con la acidez del sangre, promueven la liberación de oxígeno y la recolección de CO2 por parte de los glóbulos rojos.
📚 Resumen y agradecimientos
Este párrafo resume los conceptos principales del video, incluyendo la importancia de la homeostasis y cómo las células sanguíneas intercambian oxígeno y CO2 para mantenerla. Se repasan los gradientes de presión parcial, los cambios en la temperatura, acidez y concentraciones de CO2, y cómo estos afectan la unión de la hemoglobina con los gases en la sangre. Además, se explica cómo el hiperventilación puede causar síntomas como la sensación de mareo debido a la vasoconstrucción y cómo el uso de un saco de papel ayuda a restablecer la homeostasis al aumentar la concentración de CO2 en la sangre. Finalmente, se agradece a los patrocinadores de Patreon por su apoyo y se mencionan los créditos del equipo que trabajó en el video.
Mindmap
Keywords
💡ansiedad
💡hipocapnia
💡homeostasis
💡dióxido de carbono (CO2)
💡gasas de intercambio
💡hemoglobina
💡presión parcial
💡cooperatividad
💡temperatura de la sangre
💡acidez de la sangre
💡bicarbonate de magnesio
💡hiperventilación
Highlights
La ansiedad puede provocar una crisis de hiperventilación, lo que afecta la homeostasis del cuerpo.
El papel crucial del dióxido de carbono en la homeostasis, afectando la presión sanguínea, pH y temperatura.
La hiperventilación puede causar hipocapnia, interrumpiendo la función de intercambio de gases en las células sanguíneas.
La química sanguínea actúa como un código que permite el rendimiento físico intenso y el reinicio del sistema respiratorio.
La hemoglobina tiene una afinidad variable para el oxígeno, que es crucial para recoger y liberar oxígeno en diferentes partes del cuerpo.
La presión parcial de gases es fundamental para entender cómo la hemoglobina interactúa con el oxígeno y el dióxido de carbono.
El oxígeno en la sangre se dirige hacia las células activas que lo necesitan, influenciado por la presión parcial y la producción de CO2 y calor.
La forma en que la hemoglobina se une al oxígeno y cambia de forma afecta su capacidad para transportar oxígeno y dióxido de carbono.
La hemoglobina, una vez unida al oxígeno, se conoce como hemoglobina oxigenada y es esencial para el transporte de oxígeno en el cuerpo.
Las células sanguíneas activas, como el cerebro y los músculos, tienen una presión parcial de oxígeno más baja, lo que promueve la liberación de oxígeno.
El aumento de temperatura y la acumulación de CO2 en las células activas cambian la forma de la hemoglobina, disminuyendo su afinidad por el oxígeno.
El CO2 es un factor clave en la liberación de oxígeno, ya que su acumulación cambia la forma de la hemoglobina y su capacidad para unirse al dióxido de carbono.
El aumento de la acidez en la sangre debido al CO2 también afecta la forma de la hemoglobina y su interacción con el oxígeno.
El hipoxanto de carbono (CO2) es transportado de nuevo a los pulmones por las células sanguíneas para ser expulsado al aire al exhalar.
La hiperventilación durante el estrés puede causar una disminución en la concentración de CO2 en la sangre, alterando el pH y provocando vértigos.
Respirar en una bolsa de papel puede ayudar a restablecer la homeostasis al aumentar la presión parcial de CO2 y disminuir el pH sanguíneo.
La homeostasis es crucial para la vida y para la realización exitosa de tareas, como una presentación.
Transcripts
00:00Picture this: You’re getting ready to give a big presentation in front of, like, a lot
00:03of important people. You’re practicing in front of your mirror, and then just for a
00:07second you forget how to speak.
00:09Suddenly, you feel that familiar sting of anxiety, like an icy hand on the back of your neck.
00:14You look at yourself in that mirror and you start imagining some of the worst, worst-case
00:18scenarios. Like, what if you totally lose your train of thought up there? What if you
00:21barf? What if everybody gets up and leaves? Now you’re really nervous. I’m getting
00:25freaked out just talking about it.
00:27So ou start taking quick, shallow breaths, and you’re feeling light-headed, and seeing
00:31stars, and now you, my friend, are hyperventilating.
00:34When we talk about respiration, we tend to focus on oxygen -- and who could blame us?
00:38It’s easy to forget the equally important role that carbon dioxide plays in maintaining
00:42homeostasis. Your internal balance between oxygen and carbon dioxide factors heavily
00:46into all sorts of stuff -- especially in your blood, where it can affect your blood’s
00:50pressure, its pH level, even its temperature.
00:53And now -- at, like, T-minus 5 minutes to your presentation -- all of those things are
00:58out of whack, because you’re exhaling more CO2 than you should.
01:01You’re just about to faint, when a friend suddenly hands you a paper bag to breathe
01:05into. And you’ve never been so grateful for a lunch bag in your life, because, somehow,
01:10it does the trick.
01:11Within seconds, you’re back to normal.
01:13The drop in CO2 that occurs in your blood when you hyperventilate is called hypocapnia,
01:17and it signals a breakdown in one of the most complex and important functions that your
01:21respiratory system performs.
01:23That is: the exchange of gases inside your blood cells, where the stuff your body doesn’t
01:28want is swapped out for what it desperately needs.
01:31This exchange -- between carbon dioxide and oxygen -- is regulated by a whole series of
01:35biological signals that your blood cells use to communicate with your tissues, about what
01:39they have, what they want, and what they need to get rid of.
01:41It’s almost like a code, one that’s written into your blood’s chemistry, in the folding
01:45of its proteins -- even in its temperature and acidity.
01:48It’s what allows you to perform strenuous physical tasks, like climbing a mountain.
01:51It’s also what lets you reboot your whole respiratory system, with nothing more than a paper bag.
02:08I’ll admit it: when we’ve talked about the chemistry of your blood so far, we’ve
02:12tended to keep things pretty simple.
02:13Like, hemoglobin contains four protein chains, each of which contains an iron atom; since
02:17iron binds readily with oxygen, that’s how hemoglobin transports oxygen around your body.
02:21Ba-da-bing.
02:22But the fact is, hemoglobin’s affinity for oxygen isn’t always the same.
02:26In some places, we want our hemoglobin to have a high affinity for oxygen, so it can
02:30easily grab it out of the air. And in others, we want it to have
02:33a low affinity for oxygen oxygen, so it can dump those molecules to feed our cells.
02:37So how does your hemoglobin know when to collect its precious cargo and when to let it go?
02:41Well, a lot of it has to do with a principle of chemistry known as partial pressure.
02:45One of the things that fluids always do is move from areas of high pressure to low pressure.
02:50And molecules also diffuse from areas of high concentration to areas of low concentration.
02:55But when we talk about gases in a mixture, we need to combine the ideas of pressure and concentration.
03:00See, air is a mixture of molecules. And when you’re studying the respiratory system,
03:04you often need to focus on the oxygen, which makes up about 21% of it.
03:08But that doesn’t tell us how many oxygen molecules there are. For that, we need to
03:12know the overall air pressure, since more molecules in a certain volume means more pressure.
03:16So, partial pressure gives us a way of understanding how much oxygen there is,
03:20based on the pressure that it’s creating.
03:22Example: The pressure of air at sea level is about 760 millimeters of mercury. But since
03:27only about 21 percent of that air is oxygen, oxygen’s part of that pressure -- or partial
03:33pressure of oxygen -- is 21% of 760, or about 160 millimeters of mercury.
03:38Now, that’s just outside, at sea level.
03:41When that air mixes with the air deep in your lungs -- including a lot of air that you haven’t
03:45exhaled yet -- the partial pressure of oxygen drops to about 104 millimeters of mercury.
03:50And in the blood that’s entering your lungs -- after most of its oxygen has been stripped
03:54away by your hungry muscles and neurons -- the oxygen partial pressure is only about 40 millimeters.
03:59This big differences in pressure make it easy for oxygen molecules to travel from the outside air into
04:05your blood plasma, because, as a rule dissolved gases always diffuse down their partial pressure gradients.
04:11This is why it’s so much harder to breathe at higher altitudes. When you climb a mountain,
04:15the concentration of oxygen stays at about 21%. But the pressure gets lower, which means the
04:20partial pressure of oxygen also decreases to about 45 millimeters of mercury at the top of Mt. Everest.
04:26So the partial pressure of oxygen at the top of the highest peak in the world, is almost
04:29the same as the de-oxygenated blood that’s entering your lungs.
04:33So basically there is no partial pressure gradient, which makes it really hard to get
04:37oxygen into your blood. But, let’s get back to the red blood cells.
04:40Remember that the globin in your hemoglobin is a protein -- and when proteins bind to
04:44stuff, they tend to change shape. And that shape-change can make the protein more or
04:49less likely to bind to other stuff.
04:51When an empty hemoglobin runs into an oxygen molecule, things are a little awkward.
04:55It’s like a first date -- bonding isn’t so easy.
04:58But once they finally bind, hemoglobin suddenly changes shape, which makes it easier for other
05:02oxygen molecules to attach, like friends gathering around the lunch table.
05:06That affinity for joining in -- or cooperativity, as it’s known -- continues until all four
05:11binding sites are taken, and the molecule is fully saturated.
05:14Now your hemoglobin is known as oxyhemoglobin, or HbO2. It is not...not why the cable network
05:21is called that. That’s the “Home Box Office.” Anyway.
05:24By the time the blood leaves the lungs, each hemoglobin is fully saturated, the oxygen
05:28partial pressure in your plasma is about 100 millimeters, and now it is ready to be delivered
05:32to where it is needed most.
05:34Active tissues, like the brain, heart, and muscles, are always hungry for oxygen. They
05:38burn through it quickly, lowering the oxygen partial pressure around them to about 40 millimeters.
05:43So when the blood arrives on the scene, oxygen moves down the gradient from the plasma to
05:47the tissues, to feed those hungry cells.
05:49That makes the oxygen partial pressure in your plasma drop, so your hemoglobin starts
05:53to give up more of its oxygen to the plasma.
05:55BUT! Partial pressures are only part of what’s prodding your hemoglobin to give up the goods.
06:00All of that metabolic activity going on in your tissues is also producing other triggers,
06:04in the form of waste products -- specifically heat and CO2.
06:08Both of those things activate the release of more oxygen, by lowering hemoglobin’s affinity for it.
06:13Say you’re climbing that mountain again, and your thighs are feeling the burn. Red
06:17blood cells saturated with oxygen are going to the muscle tissue in your quads, where
06:21the hemoglobin can dump a bunch of O2, because of the lower partial pressures of oxygen in your muscles.
06:26But a hard-working quad will also heat up the surrounding tissues, and that rise in
06:31temperature changes the shape of hemoglobin -- and it does it in such a way that lowers its affinity for O2.
06:37So when those red blood cells hit that warm active tissue, they release even more oxygen
06:41-- like 20 percent more -- beyond what partial pressures would trigger.
06:44But wait! There’s more!
06:46Carbon dioxide triggers the release of oxygen, too, because it also binds to the hemoglobin,
06:51changing its shape again, lowering its affinity for oxygen still more. And as oxygen jumps
06:56ship, the hemoglobin can pick up more CO2.
06:58Finally, JUST IN CASE the hemoglobin isn’t getting the message at this point, there’s
07:02one more trigger that your respiratory system has up its sleeve. The spike in CO2 that’s
07:06released by your active muscle tissues actually makes your blood more acidic.
07:10Since your blood is mostly water, when CO2 dissolves in it, it forms carbonic acid, which
07:14breaks down into bicarbonate and hydrogen ions. Those ions bind to the hemoglobin, changing
07:19its shape yet again, further lowering its affinity for oxygen.
07:23So now, at last, your tissues have the oxygen they need, and your red blood cells are stuck
07:27with all this CO2 that they need to get rid of.
07:30Your red blood cells ride the vein-train back to the lungs,
07:32where they encounter a new wave of freshly inhaled oxygen.
07:35And when that O2 binds to the hemoglobin -- which, again, is hard at first -- it eventually changes
07:40its shape back to the way it was when we started, which decreases its affinity for CO2.
07:45So the hemoglobin drops its carbon dioxide, which moves down its partial pressure gradient
07:50into the air of your lungs, so you can exhale it, and the whole thing can start all over again.
07:54Now if that isn’t enough to make you hyperventilate, I’m not sure what is.
07:58But this brings us back to that unfortunate episode you had before your big presentation.
08:02This whole complex code of chemical signals that I just described? Well, it assumes that
08:06what your cells and tissues are telling each other is actually true.
08:09But as we all know, sometimes our bodies don’t mean what they say. Thanks, body.
08:14Like, when you’re freaking out about your presentation, your sympathetic nervous system
08:17makes your heart race and your breathing increase, to prepare you to fight or flee.
08:21The problem is: there’s nothing to actually fight or flee from, so your muscles aren’t
08:25actually doing anything, so they’re not using all the extra oxygen you’re breathing in.
08:29And they also aren't producing the extra CO2 that you're suddenly exhaling all over the place.
08:34So when you start to exhale CO2 faster than your cells release it, its concentration in
08:38your blood drops. And with less carbonic acid around, your blood’s pH starts to rise.
08:43And you know what else? While low blood pH does things like change the shape of your
08:47hemoglobin to deliver oxygen, high pH causes vasoconstriction.
08:51Normally, this is supposed to divert blood from the parts you’re not using during times
08:54of stress, like your digestive organs, to the parts that you are using.
08:57But when you hyperventilate, this constriction happens everywhere, which means less blood
09:01is delivered to your brain, which makes you light-headed.
09:04Luckily, that trick with the breathing into the paper bag -- it really does work.
09:07It works because it lets you breathe back in all of the CO2 you just breathed out. So
09:12the partial pressure of carbon dioxide in the bag is higher, which forces that CO2 into
09:16your blood, which lowers its pH, and you get back to homeostasis.
09:19And of course, homeostasis is the key to life...and you know, also to a successful presentation.
09:25If you were able to remain calm today, you learned how your blood cells exchange oxygen
09:30and CO2 to maintain homeostasis. We talked about partial pressure gradients, and how
09:35they, along with changes in blood temperature, acidity, and CO2 concentrations, change how
09:39hemoglobin binds to gases in your blood. And you learned how the thing with the bag works.
09:44Of course, we must say thank you to our patrons on Patreon who help make Crash Course possible through
09:48their monthly contributions, not just for themselves, but for everyone. If you like Crash Course and want to
09:53help us keep making videos like this one, you can go to patreon.com/crashcourse.
09:57This episode was filmed in the Doctor Cheryl C. Kinney Crash Course Studio, it was written
10:01by Kathleen Yale, the script was edited by Blake de Pastino, and our consultant is Dr.
10:05Brandon Jackson. It was directed and edited by Nicole Sweeney; our sound designer is Michael
10:10Aranda, and the graphics team is Thought Cafe.
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