Dióxido de carbono

Qué es el dióxido de carbono

Químicamente, el CO₂ es una molécula triatómica lineal formada por un átomo de carbono unido por dos dobles enlaces a sendos átomos de oxígeno. A temperatura y presión ambientales es un gas, aunque puede licuarse o solidificarse (hielo seco) con relativa facilidad. Su rasgo fisiológico definitorio es doble: se genera como producto final de la oxidación completa de los sustratos energéticos en la mitocondria, y se disuelve en el agua reaccionando con ella para dar ácido carbónico. Ese comportamiento en disolución es lo que lo convierte en pieza central del equilibrio ácido-base del organismo.

El nombre combina el prefijo griego δι- (di-, "dos") aplicado al latín oxidum, tomado del francés oxide y este del griego ὀξύς (oxýs, "ácido"), y carbono, del latín carbo, carbonis ("carbón"). Literalmente, "compuesto de carbono con dos átomos de oxígeno". La grafía "anhídrido carbónico", habitual hasta bien entrado el siglo XX en la literatura clínica española, procede del griego ἀν- (an-, "sin") y ὕδωρ (hýdor, "agua"), y hace referencia al hecho de que el CO₂ es la forma deshidratada del ácido carbónico. Ambas denominaciones designan la misma molécula.

De la mitocondria al alvéolo: el viaje del CO₂

El CO₂ se genera en la respiración celular. Cada vez que un carbono de glucosa, de ácido graso o de aminoácido termina oxidándose por completo en el ciclo de Krebs, aparece una molécula de CO₂ que difunde libremente a través de las membranas mitocondrial y plasmática hasta el intersticio y el capilar. Un adulto en reposo produce en torno a 200 mL de CO₂ por minuto; durante el ejercicio intenso, esa cifra puede multiplicarse por diez o más. Todo ese gas tiene que llegar al alvéolo pulmonar y eliminarse con la espiración, en un tiempo que no depende del paciente sino de la maquinaria cardiopulmonar.

Una vez en la sangre, el CO₂ se reparte en tres formas de transporte cuya proporción no es trivial. Alrededor de un 5-10 % viaja disuelto físicamente en el plasma, en equilibrio con la presión parcial de CO₂ (pCO₂). Un 20-25 % se une reversiblemente a los grupos amino de la hemoglobina, formando compuestos carbamino, sobre todo carbaminohemoglobina. Y la fracción mayor, cercana al 70 %, se transforma en bicarbonato dentro del eritrocito por acción de la anhidrasa carbónica, que cataliza la reacción CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺. El bicarbonato así generado sale del hematíe al plasma a cambio de cloruro (efecto Hamburger) y viaja disuelto hasta el capilar pulmonar, donde la secuencia se invierte y el CO₂ liberado difunde al alvéolo. La respuesta es rápida.

El CO₂ como regulador del pH

El equilibrio CO₂/bicarbonato es el principal sistema tampón de la sangre. Su capacidad no procede solo de su concentración, sino del hecho de que sus dos componentes se regulan por órganos distintos: el pulmón ajusta la pCO₂ mediante la ventilación en cuestión de minutos, y el riñón ajusta el bicarbonato en horas o días. Esta combinación hace del par bicarbonato/CO₂ un tampón "abierto" que puede reponerse o eliminarse sin agotarse, algo poco frecuente entre los sistemas biológicos de amortiguación.

Cuando la ventilación no basta para eliminar el CO₂ generado, la pCO₂ arterial aumenta y el pH sanguíneo cae: es la hipercapnia, base de la acidosis respiratoria. Cuando la ventilación excede la producción metabólica (hiperventilación por dolor, ansiedad, hipoxia de altura), la pCO₂ baja y el pH sube: es la hipocapnia, sustrato de la alcalosis respiratoria. Ambas situaciones se identifican y cuantifican con una gasometría arterial, en la que la pCO₂ es uno de los tres parámetros de lectura obligatoria junto con el pH y el bicarbonato.

El estímulo respiratorio

Puede sorprender que el estímulo más potente para respirar no sea la falta de oxígeno, sino el exceso de CO₂. Los quimiorreceptores centrales del bulbo raquídeo, sensibles a los iones H⁺ del líquido cefalorraquídeo, detectan con enorme precisión pequeñas variaciones de pCO₂ y ajustan al instante la frecuencia y profundidad respiratorias. Basta con que la pCO₂ arterial suba unos pocos milímetros de mercurio para que la ventilación se dispare. Los quimiorreceptores periféricos (cuerpos carotídeos y aórticos) responden también a la hipoxia, pero su papel se hace dominante solo cuando la pO₂ cae mucho o cuando la respuesta central está deprimida, situaciones habituales en la insuficiencia respiratoria crónica avanzada. Este detalle explica, entre otras cosas, por qué la administración incontrolada de oxígeno en algunos pacientes con EPOC severa puede paradójicamente hacer que dejen de respirar bien.

Aplicaciones clínicas del CO₂

Fuera de su papel fisiológico, el CO₂ es también una herramienta terapéutica y diagnóstica. En cirugía mínimamente invasiva, se emplea para crear neumoperitoneo durante la laparoscopia: se elige porque es muy soluble en sangre (lo que reduce el riesgo de embolia gaseosa) y no combustible (compatible con el uso de electrocoagulación). En medicina crítica y en anestesia, la capnografía mide de forma continua el CO₂ al final de la espiración (EtCO₂) y ofrece información en tiempo real sobre la ventilación efectiva, la perfusión pulmonar y la posición correcta del tubo endotraqueal. En pruebas funcionales, la respuesta ventilatoria al CO₂ inhalado se utiliza como marcador de la sensibilidad del centro respiratorio.

Diferenciación con compuestos y conceptos afines

Monóxido de carbono (CO). Producto de combustión incompleta, incoloro e inodoro como el CO₂, pero de comportamiento biológico radicalmente distinto. Su afinidad por la hemoglobina es 200 veces superior a la del oxígeno y bloquea el transporte de este último, causando intoxicaciones potencialmente letales. Comparte la primera parte del nombre y la puerta de entrada, pero no la función.

Bicarbonato. Anión (HCO₃⁻) que constituye la forma mayoritaria en la que el CO₂ circula por la sangre. Es la variable "renal" del par tampón CO₂/bicarbonato y su medida en la gasometría refleja el componente metabólico del equilibrio ácido-base.

Presión parcial de CO₂ (pCO₂). Fracción del CO₂ que se encuentra disuelto en la sangre, medida en mmHg o kPa. Es la variable "pulmonar" del sistema tampón y refleja el balance instantáneo entre la producción metabólica y la eliminación ventilatoria.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre "dióxido de carbono"?

De su composición química, expresada según la nomenclatura moderna. "Di-" procede del griego dís (dos veces) y señala la presencia de dos átomos de oxígeno; "óxido" designa la combinación con oxígeno; y "carbono", del latín carbo, es el elemento central. En la literatura médica clásica el mismo compuesto figuraba a menudo como "anhídrido carbónico", término que subrayaba su papel como forma deshidratada del ácido carbónico. Ambos nombres se refieren a la misma molécula (CO₂).

¿Por qué es tan importante para regular la respiración?

Porque el organismo dispone de sensores especializados en detectar cambios muy pequeños en la concentración sanguínea de CO₂ y ajustar de inmediato la respiración. Estos quimiorreceptores, localizados sobre todo en el bulbo raquídeo, no responden al oxígeno sino al pH del líquido cefalorraquídeo, que refleja la pCO₂ arterial. Basta con que la pCO₂ suba dos o tres milímetros de mercurio para que aumente el volumen minuto ventilatorio. Este mecanismo hace del CO₂, y no del oxígeno, el principal estímulo respiratorio en condiciones fisiológicas.

¿Cómo se transporta el CO₂ en la sangre?

De tres maneras simultáneas. Alrededor del 70 % viaja convertido en bicarbonato, tras una reacción catalizada por la anhidrasa carbónica dentro del glóbulo rojo. Otro 20-25 % se une de forma reversible a los grupos amino de la hemoglobina, formando carbaminohemoglobina. El 5-10 % restante viaja simplemente disuelto en el plasma. Al llegar al pulmón, los tres procesos se invierten y el CO₂ liberado difunde al alvéolo para ser espirado.

¿Es lo mismo el CO₂ que el monóxido de carbono?

No. Comparten la palabra "carbono" y la forma de gas incoloro, pero son moléculas y agentes clínicos muy distintos. El dióxido de carbono es un producto normal del metabolismo y un regulador fisiológico central. El monóxido de carbono (CO) es un producto de combustión incompleta, altamente tóxico, que se une con enorme afinidad a la hemoglobina y desplaza al oxígeno. Confundirlos en el lenguaje coloquial es frecuente; en clínica no cabe.

¿Por qué se usa CO₂ en la cirugía laparoscópica?

Por dos razones complementarias. Es un gas muy soluble en sangre, lo que reduce el riesgo de embolia gaseosa si accidentalmente entra en el torrente circulatorio, y no es combustible, lo que permite emplear con seguridad el bisturí eléctrico y la electrocoagulación durante la intervención. El CO₂ insuflado crea el espacio de trabajo (neumoperitoneo) necesario para operar dentro de la cavidad abdominal con instrumentos de mínima invasión.

Referencias

1. Manual MSD versión para profesionales. Regulación del equilibrio ácido-base.
2. Levitzky MG. Transporte de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre. Fisiología pulmonar (10.ª ed.). McGraw Hill.
3. Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina, UNAM. Transporte de O₂ y CO₂. Material docente.
4. National Heart, Lung, and Blood Institute (NIH). Cómo funcionan los pulmones e intercambio gaseoso.