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El monóxido de carbono se forma por la oxidación incompleta del carbono. Cuando se inspira, se difunde rápidamente en el torrente sanguíneo. Aquí tiene una afinidad 240 veces mayor por la hemoglobina que el oxígeno. De ahí que se forme preferentemente carboxihemoglobina. La carboxihemoglobina se disocia menos fácilmente que la oxihemoglobina. En consecuencia, hay menos capacidad de transporte de oxígeno disponible en la sangre. La curva de disociación de la hemoglobina se desplaza hacia la izquierda. La reacción de disociación puede fomentarse administrando oxígeno al 100%; la vida media se reduce de cuatro horas en el aire a cuarenta minutos.
El monóxido de carbono se une ávidamente a otros compuestos que contienen hemoglobina. La cadena intracelular de transporte de electrones del citocromo puede verse afectada, lo que provoca el "síndrome de la célula enferma". El monóxido de carbono unido a la cadena se disocia hasta 24 horas después de la exposición, lo que puede provocar una encefalopatía post-intoxicación.
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