Teoría Nº 4. Oxígeno. Dr. Andonaire. PDF

OXÍGENO Profesor: Dr. Cristian Andonaire Munaico CASO CLÍNICO Paciente pre escolar, con historia de asma bronquial, hospitalizado en 3 oportunidades anteriores por Crisis asmática. Inicia con signos catarrales y fiebre, se muestra hiporéxico desde el inicio, se asocia tos y al tercer d...

OXÍGENO Profesor: Dr. Cristian Andonaire Munaico CASO CLÍNICO Paciente pre escolar, con historia de asma bronquial, hospitalizado en 3 oportunidades anteriores por Crisis asmática. Inicia con signos catarrales y fiebre, se muestra hiporéxico desde el inicio, se asocia tos y al tercer día dificultad respiratoria. Acude a Emergencia con FR 60 x’, T°38°C, FC 130 x’, Sat 90%. Se le encuentra ansioso con tiraje subcostal e intercostal, sibilantes inspiratorios y espiratorios. Es hidratado, recibe antipirético, oxígeno terapia por cánula binasal 3 lts por minuto , nebulizado con salbutamol, recibe corticoide endovenoso. Mejora clínicamente FR 40, FC 100, T°37.3, Sat 94%, tiraje subcostal, sibilantes espiratorios. Rx muestra atelectasia. Caso clínico Varón de 50 años, bebedor de alcalinos, Examen físico: En la exploración destacó pulso fumador, diagnosticado de EPOC. Presenta débil a 110 lpm, PA 80/40 mm Hg. Se le cuadro catarral, y desde hace 5 días lleva un realizó gasometría arterial que mostró un Ph tratamiento con fármacos para resfrío común, 7,35, PO2 65 mm Hg, PCO2 42 mm Hg, y en el al igual que otros 3 miembros mas de su hemograma presentaba una hemoglobina de familia. Consulta en Urgencias por disnea, 6 g/dl y un hematocrito del 18%. palidez, palpitaciones y obnubilación 22/03/2024  Mujer de 77 años que vive sola, avisaron sus Examen clínico: Paciente en coma, coloración vecinos por que no abría la puerta, cuando de la piel normal, ligera taquicardia a 110 entraron la paciente estaba inconsciente en el lpm, PA era 145/85, Sat O2 del 94%. ECG: no suelo, la estufa de butano estaba encendida, anomalías significativas. Se le trasladó pero no había ningún olor especial en la casa. administrando oxígeno al 100% con mascarilla Se avisó a Emergencia. reservorio, y a su llegada al área de urgencias del hospital se determinaron niveles de carboxihemoglobina que mostraron valores del 9%. 22/03/2024  Acción oxidativa del O2 en el hierro 22/03/2024 Molécula química muy usada en la labor médica 22/03/2024  De importancia también en nutrición 22/03/2024  En el universo primigenio se originó de la fusión nuclear de carbono con helio. Carbono y helio son los elementos que con mayor abundancia fabrican las estrellas. Kirshner Robert. Los elementos de la tierra. Investigación y ciencia. Dic. 1994. 22/03/2024  La Gran oxidación Período sidérico, 2,400 m.a.  O2 Burbujas de gas atrapadas hace unos 1.600 millones de años en un estromatolito fósil formado por tapetes microbianos de cianobacterias. Cada “burbuja” mide entre 150-200 micras.  O2 Cianobacterias fueron las primeras en realizar una variante de la fotosíntesis y que ha determinado la evolución de la biósfera terrestre. Fotosíntesis oxigénica. La fotosíntesis necesita un reductor (fuente de electrones), que en este caso es el agua (H2O). Al tomar el H del agua se libera oxígeno.  O2 El oxígeno elemental se produce por cianobacterias, algas y plantas, y todas las formas complejas de vida lo usan para su respiración celular. Resulta tóxico para los organismos de tipo anaerobio obligado, las formas tempranas de vida que predominaban en la Tierra hasta que el O2 comenzó a acumularse en la atmósfera. Otra forma del oxígeno (alótropo) , el Ozono (O3), ayuda a proteger la biósfera de la radiación ultravioleta a gran altitud, en la capa de ozono, pero es contaminante cerca de la superficie, donde es un subproducto del ”smog”.  ELEMENTOS QUÍMICOS: PORCENTAJES EN EL CUERPO HIDRÓGENO: 62,6% OXÍGENO: 25,75% CARBONO: 9,5% NITRÓGENO: 1,4% OTROS ELEMENTOS: 0,75% 22/03/2024  EL OXÍGENO. GRUPO 16 (antes VI A) DE LA TABLA PERIÓDICA LIBRE EN LA ATMÓSFERA 21% EN VOLUMEN 23% EN PESO AGUA 89% DE SU PESO EN OXÍGENO CAPA MÁS EXTERNA DE LA TIERRA 47% AIRE, MAR Y TIERRA 50% OXÍGENO S. HALE, PRIESTLEY(1774), LAVOISIERE. 22/03/2024 22/03/2024 Antoine Lavoisier (1743 – 1794). Ser vivo muere cuando se Vela se apaga cuando se consume O2 O2 Acaba O2 de la campana de la campana O2 O2 Ser vivo es Vela se consume dañado en rápidamente elevadas cuando se concentraciones Aumenta de O2 Concentración O2 en la campana Lavoisier “…así como una vela Respiración se consume con altas concentraciones de oxígeno, así O2 viviríamos nuestra vida si respiraramos Oxidación Combustión solamente oxígeno”. La respiración, la combustión y la oxidación son procesos oxidativos COMBUSTIÓN RESPIRACIÓN OXÍGENO OXIDACIÓN 22/03/2024 EL OXÍGENO ES UN FÁRMACO. ES DECIR UNA SUSTANCIA MEDICINAL UTILIZADA PARA EL TRATAMIENTO DE LAS ENFERMEDADES. ES NECESARIA ADEMÁS PARA LA PRODUCCIÓN ENERGÍA Y LA SUPERVIVENCIA DE TODAS LAS CÉLULAS AEROBIAS, AL IGUAL QUE TODOS LOS FÁRMACOS CUANDO ES MAL EMPLEADO PUEDE CONSTITUIR UN VENENO, A CONCENTRACIONES SUFICIENTEMENTE ALTAS , EL OXÍGENO INACTIVARÁ PRACTICAMENTE TODOS LOS SISTEMAS EN ZIMÁTICOS O MATARÁ CUALQUIER ANIMAL DE EXPERIMENTACIÓN. JAY B. BRODSKY 1983 22/03/2024 Oxígeno: oxidante biológico Obtención de energía eficiente  Respiración: transferencia de electrones a nivel mitocondrial para obtención de energía celular. Ventilación: proceso mecánico que implica intercambio de gases. 22/03/2024  FOTODISOCIACIÓN PRODUCCIÓN DEL FOTOSÍNTESIS OXÍGENO PRODUCCIÓN DE OZONO 22/03/2024  CICLO DEL OXÍGENO FOTODISOCIACIÓN 2H2O-----uv----> 2H2 + O2 FOTOLISIS O2 -----uv-----> O + O O + O2 -------> O3 FOTOSÍNTESIS nCO2 + nH2O ----luz---->(C6H12O6)n + nO2 RESPIRACIÓN AERÓBICA C6H12O6 + 6O2 -------> 6CO2 + 6H2O + energía COMBUSTIÓN C3H8 + O2 ---------> CO2 + H2O + energía 22/03/2024  Las reacciones químicas de fotosíntesis y respiración son reacciones complementarias. El producto de una es el sustrato de la otra. Una depende de la otra. El cese de una lleva al cese de la otra. 22/03/2024  OBTENCIÓN DEL OXÍGENO DESTILACIÓN FRACCIONAL DEL AIRE DESCOMPOSICIÓN DEL H2O2 DESCOMPOSICIÓN DEL IÓN CLORATO (clorato potásico) 2KClO3 -------> 2KCl + 3O2 DESCOMPOSICIÓN TERMAL DEL MANGANATO DE POTASIO. A PARTIR DEL ÓXIDO DE MERCURIO HgO ----------> Hg + ½O2 22/03/2024 CARACTERÍSTICAS SÍMBOLO: O PESO ATÓMICO: 15.9994 1S2 2S2 2px2 2py1 2pz1 VALENCIA: -2 PUNTO EBULLICIÓN: -183º C PUNTO FUSIÓN: -218.8º C RADIO COVALENTE: 0,74 A ELECTRONEGATIVIDAD: 3,5 22/03/2024 ISÓTOPOS ALÓTROPOS 16O: 8 PROTONES + ▪ OXÍGENO O2 8 NEUTRONES (FORMA ESTABLE). 99,76% 17O: 8 PROTONES + 9 ▪ OZONO O3 NEUTRONES 0,04% 18O: 8 PROTONES + 10 NEUTRON. 0,20% 22/03/2024  LA MOLÉCULA DE OXÍGENO ES MUY ESTABLE PUES SU SÍNTESIS ES MUY EXOTÉRMICA. 2O -----> O2 ΔH= -118 kCal/Mol LE FALTAN 2e EN SU CAPA DE VALENCIA... ARREBATARÁ e (“aceptará”) = OXIDANTE PARA ADICIONARLE 2e SE REQUIERE 168 kCal/Mol. PARA RETIRARLE 1e SE REQUIERE 314 kCal/Mol. 22/03/2024 Reacción redox Es toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación. Para que ocurra una reacción de redox, en el sistema debe haber un elemento que quite electrones, y otro que los pierda. Agente oxidante – agente reductor El agente oxidante es el elemento químico que tiende a quitar esos electrones, y disminuye su estado de oxidación, se reduce. El agente reductor es aquel elemento químico que pierde electrones, aumenta su estado de oxidación, se oxida. Potencial redox La tendencia a reducir u oxidar a otros elementos químicos se cuantifica por el potencial de reducción, también llamado potencial redox. Una titulación redox es una en la que un indicador químico indica el cambio en el porcentaje de la reacción redox mediante el viraje de color entre el oxidante y el reductor. Oxidación: intercambio de O2? El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno. La oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno. Ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio: 2 NaI + Cl2 → I2 + 2 NaCl Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones corresponden 2I− → I2 + 2 e− Cl2 + 2 e− → 2 Cl− Número de oxidación El número de oxidación es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un enlace determinado. Durante el proceso de oxidación, el número de oxidación del elemento aumenta. Durante la reducción, el número de oxidación de la especie que se reduce disminuye. Si cambia su número de oxidación Se oxida -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 Se reduce El número de oxidación… Aumenta si el átomo pierde electrones (el elemento químico que se oxida), o los "comparte" con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Disminuye cuando el átomo gana electrones (el elemento químico que se reduce), o los "comparte” con un átomo que tenga tendencia a “cederlos”.  OXIDACIÓN Pérdida de electrones. Toda oxidación supone una reducción. Reducción captación de electrones. 22/03/2024  MECANISMOS DE OXIDACIÓN BIOLÓGICA ADICIÓN DE ÁTOMOS DEL OXÍGENO MOLECULAR CH3 - CHO + O2 -----> CH3 - COOH SUSTRACCIÓN DE HIDRÓGENOS CH3 - COOH - COOH -----> CH3 -CO- COOH + 2H AUMENTO DE VALENCIA DE UN METAL (=SUSTRACCIÓN DE ELECTRONES) Fe++ ------> Fe+++ + 1e- OXIDACIÓN BIOLÓGICA = TRANSFERENCIA DE ELECTRONES 22/03/2024 Curva de disociación de …  “ FREE RADICALS” 22/03/2024  CUALQUIER ESPECIE QUÍMICA QUE EN SU ORBITAL MÁS EXTERNO TIENE UNO O MÁS ELECTRONES SIN PAREJA HOLMBERG ARMIDA QUIÑONES. FRIDOVITCH OSAKI OSKI DORMANDY HALLIWELL JHONSTON 22/03/2024  DORMANDY (1983) HABIENDO SIDO UNA HEREJÍA CONVERTIR UNA ABOMINABLE, LOS FREE RADICALS HAN ESPECIE QUÍMICA VENIDO A SER UN RELATIVAMENTE LUGAR COMÚN DE ESTABLE EN UNA MODA. INESTABLE REQUIERE UNA “SACUDIDA” PODEROSA. EN TÉRMINOS MÁS CIENTÍFICOS REQUIERE UN GRAN QUANTUM DE ENERGÍA LIBERADO PROBABLEMENTE EN EL MOMENTO DE LA INJURIA. 22/03/2024  ¿CÓMO UNA MOLÉCULA LLEGA A SER UN FR? GANANCIA DE UN ELECTRÓN O2 + 1e- ----> O2·- PÉRDIDA DE UN ELECTRÓN AH2 - 1e- -------> AH· - e- -----> A FISIÓN HOMOLÍTICA DEL ENLACE A : B -----> A:- + B+ A : B -----> A· + B· 22/03/2024  CONDICIONES CLÍNICAS EN LAS QUE ESTÁN COMPROMETIDOS LOS FREE RADICALS. COMPROMISO MULTIORGÁNICO: GLOMÉRULONEFRITIS, VASCULITIS, E. AUTOINMUNES, ESTADOS DE ISQUEMIA REPERFUSIÓN, REACCIONES INDUCIDAS POR DROGAS Y TOXINAS, INTOXICACIONES (Pb), DESNUTRICIÓN ALCOHOLISMO, RADIACIÓN , ENVEJECIMIENTO, CÁNCER, E. AMILOIDE. COMPROMISO DE UN SISTEMA U ÓRGANO: ERITROCITOS (MALARIA, FANCONI, etc), PULMONES (TABAQUISMO, ENFISEMA, HIPEROXIA, DISPLASIA BRONCOPULMONAR, SDRA, PNEUMOCONIOSIS), CARDIOVASCULAR (CARDIOMIOPATÍAS, ATEROESCLEROSIS,..), RIÑON (NEFROTOXICIDAD, S. NEFRÓTICO), DIGESTIVO (HEPATOPATÍAS, PANCREATITIS..), ARTICULACIONES (AR), CEREBRO (NEUROTOXINAS, DEMENCIA SENIL, PARKINSON, ENCEFALOPATÍAS...etc), OJOS (CATARATAS, RETINOPATÍAS, HEMORRAGIA OCULAR), PIEL (RADIACIÓN SOLAR, DERMATITIS,...etc). 22/03/2024 Los FR están implicados en procesos de salud como de enfermedad (también los referidos a la nutrición). 22/03/2024  Las mitocondrias usan el 96% del O2 consumido y producen FR del oxígeno El O2 consumido en las mitocondrias está acoplado a la producción del 92% del ATP usado en los mamíferos. Las mitocondrias producen continuamente O2- y NO, dos radicales libres. Las mitocondrias son la fuente intracelular mas importante de O2 Producción de O2-, NO y ONOOpor células inmunocompetentes FREE RADICALS DEL OXÍGENO TRIPLET: OXÍGENO MOLECULAR (O 2) SINGLET (1  O 2, 1  O 2) ANIÓN SUPERÓXIDO (O -2) HIDROXIPEROXI (O2H ) PERÓXIDO DE HIDRÓGENO (H2O2) RADICAL HIDROXILO (OH ) 22/03/2024 ¡ ! ¡ ¡ ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! Triplet 22/03/2024  ESTADO SINGLET Estado energético que se forma solamente con el ordenamiento de los electrones sin pareja de su último orbital. Altamente reactivo, pues modifica la restricción del spin. Singlet sigma y singlet delta. 22/03/2024  ESTADO SINGLET FORMACIÓN: ACCIÓN DE LA LUZ EN EL OXÍGENO MOLECULAR REACCIÓN HABER-WEISS CATALIZADA POR FIERRO DISMUTACIÓN ESPONTÁNEA DEL SUPERÓXIDO OXIDACIÓN DE LOS HALUROS POR H2O2. 22/03/2024  ¡! ¡ ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! ¡! SUPERÓXIDO PERÓXIDO 22/03/2024  SUPERÓXIDO ES UN SINGLET QUE SE REDUCE AL GANAR 1 ELECTRÓN. EL OXÍGENO VA HACIA UNA REACCIÓN DE DISMUTACIÓN (un oxígeno actúa sobre otro para producir H2O2). OCURRE EN ETAPAS: 1º EL SUPERÓXIDO SE COMBINA CON UN PROTÓN -->.- RADICAL HIDROXIPEROXI (HO2 ). 22/03/2024  SUPERÓXIDO A pH FISIOLÓGICO LA BAJA CONCENTRACIÓN DE H+ DISMINUYE LA VELOCIDAD DE DISMUTACIÓN. Tiene poca reactividad, pero aún así puede causar daño, fragmentar DNA, polisacáridos, matar bacterias y células, daño endotelial con respuesta inflamatoria. 22/03/2024. RADICAL HIDROXIPEROXI ( HO2).- Es más reactivo que el O 2 Su formación la favorecen pH menores al fisiológico. 22/03/2024  ❑PERÓXIDO DE HIDRÓGENO ( H2O2) :. ❑Es el HO 2 que ha ganado un H+ mas un e-. Su mayor fuente es por la dismutación. Su producción también ocurre en los peroxisomas por la reducción divalente del O2 por ciertas oxidasas. Genera el radical hidroxilo. No es propiamente un FR, se le incluye en el grupo por generar al más reactivo de todos. 22/03/2024. RADICAL HIDROXILO (OH ) Es altamente reactivo, no se conocen enzimas que actúen sobre él. Todos los esfuerzos de la célula están dirigidos a prevenir su formación. 22/03/2024  RADICAL HIDROXILO se forma en: Reacción de Fenton, donde el H2O2 entra en contacto con iones ferroso o cúprico. Fe++ + H2O2 --> Fe+++ + OH. + OH- (Fenton) Reacción de Haber-Weiss, producto de las radiaciones de ionización. O.-2 + H2O2 --sales de Fe--> O2 + OH. + OH - (Haber-Weiss) 22/03/2024  Cascada del superóxido..-. O2 --> 1O.2 ----> O 2 ----> HO 2 + O. -2 + H+ ----- > H2O2 SOD - H2O2 -------> OH ------> H2O. -------> OH -------> H2O PEROXIDASA 22/03/2024 CATALASA  Óxido nítrico (NO ) EDRF (endothelium derived relaxing factor) Roles: Vasodilatador Neurotransmisor Previene la agregación plaquetaria Importante en la acción macrofágica Tiempo de vida media: 6 a 10 segundos 22/03/2024  Óxido nítrico (NO ) Síntesis: NO sintasa Sustratos: arginina, oxígeno y NADPH Coenzimas: FMN, FAD, heme y tetrahidrobiopterina Productos: NO y citrulina. Familias de la enzima: Constitutiva Inducible 22/03/2024  NH2 NH2 C=NH2+ NADPH NADP+ C=O NH +H+ NH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 H CNH3+ O2 CNH3+ COO COO- L-arginina NO L-citrulina Relaja el músculo liso Previene la agregación plaquetaria Neurotransmisor cerebral Media acción del Macrófago tumoricida 22/03/2024 y bactericida  Antioxidantes Naturales: Enzimáticos: Superóxido-dismutasa (SOD) Catalasa Glutation peroxidasa Otros: Vitaminas: E, C Taurina, Bilirrubina, etc Artificiales (“scavengers”) Enzimas artificiales Vitaminas artificiales Fármacos (heparina, dipiridamol, manitol...) 22/03/2024  Alimento Molécula antioxidante Ajo Allicina Fresa, cereza, frambuesa, uva, kiwi, arándano, Ácido elágico bayas Uva, cerezas, kiwi Antociano Pimiento, ají, chile, cayena Capsicina Zanahoria, tomate, naranja, papaya, lechuga, Carotenoides espinaca Té verde, cacao Catequinas Germen de trigo, levadura cerveza, cangrejo, pepas Zn, Cu, S, Se, Mn calabaza o girasol, ostras, carne, legumbres, frutos secos, cereales, cacao Ajo, cebolla, pueno, cebolletas, Compuestos sulfurados Carne, visceras, pescado, sardina, cacao Coenzima Q 22/03/2024  Alimento Molécula antioxidante Cítricos Esperidina Col, brocolí, calabaza, mostaza, nabo, berro Isotiocianatos Soya y derivados, té verde, lenteja, maní, frijol, Isoflavonas garbanzo Tomate Licopeno Uva, cebolla, brocolí, toronja, manzana, cereza, té Quercetina verde, vino tinto Uva, vino tinto, lentejas, té negro Taninos Maíz, espinaca, calabaza Zeaxantina Camu-camu, kiwi, piña, tomate, aguaymanto, otros Vitamina C cítricos, alfalfa germinada, pimiento, espinaca 22/03/2024 Oxigenoterapia Mantener unos niveles de oxigenación adecuados que eviten la hipoxia tisular. Se consigue cuando la presión parcial de O2 en sangre arterial alcanza valores superiores a los 60 mmHg, lo cual corresponde a una saturación de la hemoglobina del 90% aproximadamente. Se puede emplear en situaciones de hipoxia aguda o crónica.  “Quien sin la sabiduría y previsión de los dioses, desempeña el papel de los dioses, no puede ampararse en la voluntad de 22/03/2024 los dioses para gozar de la inmunidad de los dioses”