Säure-Basen-Haushalt (RD)

 Definition

Säuren und Basen:

• Säuren = Protonendonatoren (geben H⁺ ab)
• Basen = Protonenakzeptoren (nehmen H⁺ auf)
• Neutralisation: Säure + Base → neutral

 Definition

pH-Wert:

Maß für die Konzentration von H⁺-Ionen in einer Lösung. Gibt an, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist.

• Einteilung:
  • pH < 7 → sauer (hohe H⁺-Konzentration)
  • pH = 7 → neutral
  • pH > 7 → basisch / alkalisch (niedrige H⁺-Konzentration)

 Definition

Säure-Basen-Haushalt:

Der Säure-Basen-Haushalt umfasst alle Mechanismen, die dafür sorgen, den pH-Wert stabil zu halten oder Abweichungen auszugleichen

Physiologische pH-Werte im Körper

• Ein konstanter pH-Wert ist entscheidend für das Funktionieren und Überleben des Organismus, da viele Proteine stark von ihrem pH-abhängigen Aufbau beeinflusst werden
• Bereits geringe Abweichungen können ihre Struktur und damit ihre Funktion beeinträchtigen
• Die verschiedenen Körperflüssigkeiten und Bereiche im Körper weisen dabei unterschiedliche pH-Werte auf, die sich je nach Funktion unterscheiden und entsprechend eingeordnet werden können

pH-Normwerte:

 Achtung

Ein erniedrigter arterieller Blut-pH-Wert unter 7,35 wird als Azidose bezeichnet, während ein erhöhter pH-Wert über 7,45 als Alkalose gilt. 

Der Körper verfügt über mehrere ständig aktive Regulationsmechanismen, um den pH-Wert stabil zu halten. Diese lassen sich in zwei Systeme unterteilen:

• Puffersysteme der Körperflüssigkeiten (offen vs. geschlossen)
• Organbezogene Systeme (Niere, Lunge und Leber) 

 Merke

Die Puffersysteme gleichen akute pH-Schwankungen aus und sorgen dafür, dass der Blut-pH-Wert weitgehend konstant bei etwa 7,4 bleibt.

Im Körper kommt es durch Stoffwechselprozesse ständig zur Bildung von sauren und basischen Substanzen, wie z.B. CO₂ im Citratzyklus. Damit der pH-Wert dennoch stabil bleibt, werden diese Stoffe durch verschiedene Regulationsmechanismen gebildet, gepuffert und wieder ausgeschieden, sodass ein Gleichgewicht erhalten bleibt.

Ursachen von pH-Schwankungen:

 Merke

Die Puffersysteme im Körper stabilisieren den pH-Wert, sie können Schwankungen abfangen. Ein Puffer besteht aus einem korrespondierenden Säure-Basen-Paar. Gibt man eine kleine Menge einer Säure oder einer Base zu einem Puffer hinzu, so ändert sich der pH-Wert zunächst nicht und bleibt konstant.

Arten von Puffersystemen

Offene Puffersysteme:

Bei offenen Puffersystemen kann ein Reaktionspartner aus dem System entfernt werden. Hierdurch wird die Pufferkapazität gesteigert. Die Ausscheidung kann z.B. über die Nieren oder Lungen erfolgen. 

• Zu den offenen Systemen gehören:
  • Bicarbonat-Puffer
  • Ammonium-Puffer

Geschlossene Puffersysteme:

Bei geschlossenen Puffersystemen sind die Säuren-Basen-Paare konstant. Eine Ausscheidung über die Nieren oder Lungen ist nicht möglich.

• Zu den geschlossenen Systemen gehören:
  • Protein-Puffer
  • Phosphat-Puffer

 Info

In diesem Abschnitt wird ausschließlich das Bicarbonat-System behandelt. Ausführlichere Informationen zu den weiteren Puffersystemen findest du in den entsprechenden Vorklinik-Artikeln, die wir am Ende verlinkt haben.

Bicarbonat-Puffersystem

 Merke

Das Bicarbonat-Puffersystem ist das wichtigste Puffersystem im Menschen. Es macht etwa 50 % der Gesamtpufferkapazität des Blutes aus. 

Funktion:

• Es besteht aus einem Gleichgewicht an CO₂, das über H₂CO₃ Säuren bildet und HCO₃^- als Base
• Im peripheren Gewebe entsteht durch den oxidativen Metabolismus kontinuierlich CO₂
• Im Bicarbonat-Puffersystem reagiert das CO₂ (Kohlenstoffdioxid) mit H₂0 (Wasser) → es entsteht H₂CO₃ (Kohlensäure)
• Die Kohlensäure zerfällt weiter zu:
  • H⁺ (Wasserstoffionen)
  • HCO₃^- (Bicarbonat)

Wirkung auf den pH-Wert:

• Mehr CO₂ → mehr H⁺ → pH sinkt → Azidose
• Mehr HCO₃⁻ → pH steigt → Alkalose

Puffersysteme können den pH-Wert kurzfristig bei geringfügigen Änderungen konstant halten. Bei einem starken Anfall von Säuren oder Basen reichen die Puffersysteme alleine jedoch nicht aus. Die Lungen und Nieren spielen eine wichtige Rolle in der Regulation des Säure-Basen-Haushaltes.

Lunge

 Merke

Die Lunge übernimmt im Säure-Basen-Haushalt die Aufgabe, das im Stoffwechsel entstehende CO₂ kontinuierlich abzuatmen.

Fällt vermehrt CO₂ an, so kommt es zu einem Abfall des pH-Wertes. Über verschiedene Mechanismen wird die Atemfrequenz gesteigert, sodass das überschüssige CO₂ abgeatmet wird. 

Regulation:

• CO₂-Atemantrieb → Anstieg des pCO₂ im Blut führt zur Stimulation der Atmung
• pH-Atemantrieb → Abfall des pH-Wertes (Azidose) führt zur verstärkten Atmung
• Mechanorezeptoren: erfassen die körperliche Aktivität in Muskeln und Gelenken → erhöhte Aktivität und CO₂-Produktion → Stimulation der Atmung 

 Tipp

Bei Hyperventilation wird vermehrt CO₂ abgeatmet, wodurch der pH-Wert ansteigt (Alkalose). Bei Hypoventilation hingegen bleibt mehr CO₂ im Körper, was zu einem Abfall des pH-Wertes (Azidose) führt.

Niere

 Merke

Die Nieren regulieren den pH-Wert über eine Sekretion von Wasserstoffionen (H⁺) und eine Resorption und Synthese von Bicarbonat (HCO₃^-). 

Ausscheidung von Säuren:

Über die Nieren können Wasserstoffionen (H⁺) ausgeschieden werden. Hierdurch verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung der Basen.

Im proximalen Tubulus können die H⁺-Ionen über einen Na⁺/H⁺-Antiporter und in den Schaltzellen über eine H⁺-ATPase sowie eine H⁺/K⁺-ATPase ausgeschieden werden.

Leber

 Merke

Auch die Leber hat einen Einfluss auf den pH-Wert. Hierbei spielt der Ammoniak (NH₃ ) die entscheidende Rolle. Physiologisch wird ein Großteil des Ammoniaks über den Harnstoffzyklus und ein kleiner Teil über die Glutaminsynthese verstoffwechselt.

Harnstoffzyklus:

Im Harnstoffzyklus werden aus zwei Molekülen NH₃ und einem Molekül HCO₃^- Harnstoff hergestellt. Der Harnstoff wird über die Nieren ausgeschieden. Durch die Ausscheidung von Harnstoff wird somit auch indirekt Bicarbonat ausgeschieden. Dies beeinflusst wiederum den Säure-Basen-Haushalt.

Übersicht

Im aeroben Stoffwechsel entsteht CO₂. Im anaeroben Stoffwechsel entsteht Laktat, das wiederum H⁺ freigibt. Diese spielen eine wichtige Rolle im Bicarbonat-Puffer. Das CO₂ wird über die Lunge abgeatmet. HCO₃^- kann über die Nieren ausgeschieden und resorbiert werden.

• Aerobes Gewebe:
  • CO₂-Produktion: Kohlendioxid wird in aerobem Gewebe (z.B. Muskeln) durch Zellatmung produziert und in das Blut abgegeben
• Blut:
  • CO₂-Transport: CO₂ wird im Blut transportiert und reagiert mit Wasser (H₂O) zu Kohlensäure (H₂CO₃), die weiter zu Bicarbonat (HCO₃⁻) und einem Proton (H⁺) dissoziiert
• Anaerobes Gewebe:
  • Protonenproduktion: In anaerobem Gewebe entstehen Protonen (H⁺) durch anaerobe Stoffwechselprozesse und werden ins Blut abgegeben
• Lungen:
  • CO₂-Abgabe: In den Lungen wird CO₂ aus dem Blut in die Alveolen transportiert und ausgeatmet
• Leber:
  • Bicarbonat- und Ammoniumproduktion: In der Leber wird Ammonium (NH₄⁺) durch Desaminierung von Aminosäuren produziert und in Harnstoff umgewandelt oder als Glutamin gespeichert
  • Bicarbonat-Regulation: Die Leber spielt somit indirekt über den Harnstoffzyklus eine Rolle bei der Regulierung von HCO₃⁻ im Blut
• Nieren:
  • Ammoniumausscheidung: In den Nieren wird Glutamin zu NH₄⁺ umgewandelt, welches in den Urin ausgeschieden wird
  • Bicarbonat-Reabsorption und Sekretion: Die Nieren reabsorbieren und sekretieren Bicarbonat (HCO₃⁻) und regulieren den Säure-Basen-Haushalt durch Ausscheidung von Protonen (H⁺) und Hydrogenphosphat (HPO₄²⁻) sowie Dihydrogenphosphat (H₂PO₄⁻

 Merke

Abweichungen des pH-Wertes können die Struktur von Proteinen verändern, wodurch wichtige Körperfunktionen beeinträchtigt werden.

Man unterscheidet dabei:

• eine Azidose bei einem arteriellen pH-Wert unter 7,35
• eine Alkalose bei einem pH-Wert über 7,45

Übersicht

Respiratorische Azidose

• Hypoventilation: Bei einer verringerten Atemleistung wird weniger CO₂ abgeatmet. Dieses akkumuliert und führt zu einer Azidose.
  • Gründe für eine Hypoventilation: Asthma, COPD, OSAS, Lungenemphysem, Lungenödem, Sedativa/ Opioide

Metabolische Azidose

• Ketoazidose bei Diabetes mellitus Typ 1: Bei einem dekompensierten Diabetes mellitus Typ 1 können vermehrt saure Ketonkörper anfallen

• Laktatazidose: Laktat ist ein Abbauprodukt der Glucose. Es fällt insbesondere im anaeroben Stoffwechsel an. Bei vermehrter körperlicher Aktivität oder bei einer Hypoxie kommt es somit zu einer Akkumulation von Laktat. 

• Diarrhö: Bei einem Durchfall kommt es zu einem Verlust von Basen, vornehmlich Bicarbonat
• Hyperkaliämie: Bei einer Hyperkaliämie kommt es zu einer kompensatorischen Aufnahme von Kalium in die Zellen. Da Kalium gegen H⁺ ausgetauscht wird, resultiert eine Azidose

• Niereninsuffizienz: Da die Niere eine wichtige Rolle in der Regulation des Säure-Basen-Haushaltes einnimmt, kann es bei einer Niereninsuffizienz zu einer Azidose kommen. Dies liegt unter anderem an der verringerten Kalium-, Phosphat- und Ammonium-Ausscheidung
• Vergiftung durch organische Säuren (Methanol, Ethylenglykol, Salicylate): Methanol und Ethylenglykol werden durch die Alkoholdehydrogenase zu toxischen Metaboliten abgebaut (Ameisensäure bzw. Glycolsäure), die eine schwere metabolische Azidose mit stark vergrößerter Anionenlücke verursachen. Salicylate führen durch Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung zur Akkumulation organischer Säuren; charakteristisch ist eine kombinierte respiratorisch-metabolische Störung

 Respiratorische Alkalose

• Hyperventilation: Es wird vermehrt CO₂ abgeatmet (z.B. bei Stress, Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma). Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung Bicarbonat
• Hypoxämie: Bei einer Hypoxämie, z.B. bei einem Aufenthalt in Gebirgen (geringerer Sauerstoffpartialdruck der Luft), kommt es zu einem vermehrten Atemantrieb, um die Sauerstoffkonzentration im Blut zu erhöhen. Gleichzeitig wird jedoch auch mehr CO₂ abgeatmet und es kann eine Alkalose resultieren

Metabolische Alkalose

• Hyperaldosteronismus: Aldosteron führt in der Niere zu einer erhöhten Kaliumausscheidung. Es resultiert eine Hypokaliämie. Die Zellen geben kompensatorisch Kalium ins Blut ab und nehmen im Austausch H⁺ auf. Weiterhin fördert Aldosteron indirekt die Bicarbonat Rückresorption in den Nieren

• Erbrechen: Durch den Verlust von Magensäure (HCl) kommt es zu einem Verlust von Säuren

Grundlagen:

 Definition

Säuren und Basen:

• Säuren = Protonendonatoren (geben H⁺ ab)
• Basen = Protonenakzeptoren (nehmen H⁺ auf)
• Neutralisation: Säure + Base → neutral

 Definition

pH-Wert:

Maß für die Konzentration von H⁺-Ionen in einer Lösung. Gibt an, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist.

• Einteilung:
  • pH < 7 → sauer (hohe H⁺-Konzentration)
  • pH = 7 → neutral
  • pH > 7 → basisch / alkalisch (niedrige H⁺-Konzentration)

 Definition

Säure-Basen-Haushalt:

Der Säure-Basen-Haushalt umfasst alle Mechanismen, die dafür sorgen, den pH-Wert stabil zu halten oder Abweichungen auszugleichen

Regulation des pH-Wertes:

Der Körper verfügt über mehrere ständig aktive Regulationsmechanismen, um den pH-Wert stabil zu halten. Diese lassen sich in zwei Systeme unterteilen:

• Puffersysteme der Körperflüssigkeiten (offen vs. geschlossen)
• Organbezogene Systeme (Niere, Lunge und Leber) 

 Merke

Die Puffersysteme gleichen akute pH-Schwankungen aus und sorgen dafür, dass der Blut-pH-Wert weitgehend konstant bei etwa 7,4 bleibt.

• Puffersysteme: 
  • Offene Systeme: Bei offenen Puffersystemen kann ein Reaktionspartner aus dem System entfernt werden. Hierdurch wird die Pufferkapazität gesteigert. Die Ausscheidung kann z.B. über die Nieren oder Lungen erfolgen
    • Bicarbonat-Puffer
    • Ammonium-Puffer
  • Geschlossene Systeme: Bei geschlossenen Puffersystemen sind die Säuren-Basen-Paare konstant. Eine Ausscheidung über die Nieren oder Lungen ist nicht möglich
    • Protein-Puffer
    • Phosphat-Puffer
• Regulation durch die Organe:
  • Lunge → Abatmung von CO₂
  • Nieren → Ausscheidung von Wasserstoffionen (H⁺) 
  • Leber → Ausscheidung von Ammoniak über die Nieren

Störungen des Säure-Basen-Haushalts:

 Tipp

Wenn ihr mehr wissen möchtet, empfehlen wir euch die verlinkten Artikel aus der Vorklinik.

• Regulation des Säure-Basen-Haushaltes
• Säure-Basen-Haushalt (Puffersysteme)
• Störungen des Säure-Basen-Haushaltes
• Blutgase: Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid