Säure-Basen-Haushalt

Säure-Basen-Haushalt ist die allgemeine Bezeichnung für diverse physiologische Regelmechanismen. Sie halten den Ablauf der notwendigen Stoffwechselvorgänge bei einem pH-Wert von 7,4 (±0,05) im Blut aufrecht. Zur Regulierung des Säurebasengleichgewichts tragen die Puffereigenschaften des Blutes und der Gewebe sowie der Gasaustausch in der Lunge und der Ausscheidungsmechanismen der Niere bei. Störungen im Säure-Basen-Haushalt des Körpers führen zu Azidose (Übersäuerung) oder Alkalose (Untersäuerung) und wirken sich lebensbedrohlich aus.

Stoffwechselvorgänge

Eine Änderung des pH-Werts im Blut kann verschiedene Gründe haben. In Frage kommen z. B. die Aufnahme von „saurer“ (Fleisch, Käse, Getreide) oder „basischer“ (Obst, Gemüse) Nahrung, die Ausscheidung saurer oder basischer Valenzen mit Urin und Stuhl und in erster Linie die Produktion von CO₂, Kohlendioxid, im Energiestoffwechsel.

CO₂ als Endprodukt der Zellatmung fällt insbesondere bei körperlicher Arbeit in großen Mengen an. Im Blut reagiert es mit Wasser unter Bildung von Kohlensäure und Wasserstoff-Ionen:

$\mathrm{CO}_2 + \mathrm H_2\mathrm O \Longleftrightarrow \mathrm H_2 \mathrm{CO}_3 \Longleftrightarrow \mathrm H^{+} + \mathrm{HCO}_3^{-}$ (Carboanhydrase-Reaktion)

Puffersysteme

Die Aufgabe der Teil-Puffersysteme in unserem Blut ist die Konstanthaltung des pH-Werts. Sie werden unter dem Namen Blutpuffer zusammengefasst. Die Pufferkapazität eines Systems beschreibt die Menge an Säure bzw. Base, die hinzugegeben werden muss, um den pH-Wert zu ändern. Je größer die Pufferkapazität, desto stabiler ist das System gegenüber Änderungen des pH-Werts. Im Allgemeinen hat ein System seine größte Pufferkapazität im Bereich seines pK-Wertes. Für das Blut bedeutet das, dass der pK-Wert eines Puffersystems möglichst nah beim gewünschten pH = 7,4 liegen sollte. Weiterhin wichtig ist die Konzentration des Puffersystems.

Das bedeutendste Teil-Puffersystem im Körper ist das Bikarbonat-Puffersystem. Obwohl sein pK ungünstig bei 6,1 liegt, ist es von großer Bedeutung, weil es ein offenes System ist: Über die Atmung kann ständig CO₂ abgegeben werden; die Menge lässt sich sogar variieren (siehe Hypoventilation bzw. Hyperventilation). Auch HCO₃^- kann den Bedürfnissen entsprechend über die Nieren und indirekt über die Leber ausgeschieden werden.
Die anderen Teil-Puffersysteme werden wegen ihrer geringeren Bedeutung oft als Nicht-Bicarbonat-Puffer, NBP, zusammengefasst. Es sind geschlossene Systeme, die Gesamtkonzentration der Puffersubstanzen kann sich nicht schnell ändern.
- Proteinat-Puffer; Hämoglobin, Plasma proteine etc.

Störungen

Eine Alkalose liegt bei einem Blut-pH-Wert > 7,45 vor.
Eine Azidose liegt bei einem Blut-pH-Wert < 7,35 vor.

An der oben angegebenen Formel kann man erkennen, dass ein Anstieg der Konzentration von CO₂ auf der linken Seite zum Anstieg der Konzentrationen von Bikarbonat (HCO₃^-) und H⁺ führt (Azidose).

Verstärktes "Abatmen" von CO₂ (Hecheln nach dem Joggen) verringert in der Folge die Konzentrationen von Bikarbonat (HCO₃^-) und H⁺ (Alkalose).

Eine Azidose ohne Krankheitswert tritt z. B. bei schwerer körperlicher Arbeit auf, da die Muskulatur zum einen direkt die Säure Lactat freisetzt, zum anderen, weil die CO₂-Produktion stark zunimmt

Ebenfalls ohne Krankheitswert ist die respiratorische Höhenalkalose. Besteigt man einen Berg, wird die Luft sprichwörtlich "dünner" (siehe Barometerformel). Um trotzdem genug Sauerstoff einzuatmen, muss die Atemfrequenz und Atemtiefe gesteigert werden. Dabei kann man nicht verhindern, dass automatisch auch mehr CO₂ abgeatmet wird und nach obiger Formel der Blut-pH ansteigen wird.

Je nachdem, ob die Ursache einer Azidose bzw. Alkalose bei der Atmung (= Respiration) zu suchen ist, spricht man von

respiratorischen und
nicht-respiratorischen (synonym: metabolischen) Störungen .

Parameter zur Beurteilung

Folgende Parameter werden in der Klinik herangezogen, um eine Azidose bzw. Alkalose auf ihren Ursprung hin zu klassifizieren und herauszufinden, inwiefern der Körper diese (teilweise) kompensiert.

Standard-Bikarbonat

Um das Standardbikarbonat zu bestimmen, muss das Probenblut bei 37°C, 100% Sauerstoffsättigung und einem CO₂-Partialdruck von 40 mm Hg untersucht werden.

Referenzwert: 24 mmol/l
verändert bei nicht-respiratorischen Störungen
bei respiratorischen Störungen unverändert

Base Excess und Gesamtpufferbasen

Gesamtpufferbasen:

Summe aus Standard-Bikarbonat und allen weiteren basischen Puffern im Blut. Referenzwert für 100% mit Sauerstoff gesättigtes Blut: 48 mmol/l
verändert sich nicht bei respiratorischen, dafür aber bei nicht-respiratorischen Störungen.

Base Excess:

kennzeichnet die Abweichung vom Referenzwert der Gesamtpufferbasen. "+1" bedeutet also einen Wert der Gesamtpufferbasen in Höhe von 49 mmol/l.
positive Werte: metabolische Alkalose (oder metabolisch kompensierte resp. Azidose)
negative Werte: metabolische Azidose (oder metabolisch kompensierte resp. Alkalose)

aktuelles Bikarbonat

Über die Henderson-Hasselbalch-Gleichung stehen der pH-Wert, der CO₂-Partialdruck und die aktuelle Bikarbonatkonzentration im Blut im Zusammenhang. Werden pH und P_CO2 gemessen, kann das aktuelle Bikarbonat daraus errechnet werden.

geringe diagnostische Bedeutung, weil es sowohl bei respiratorischen, wie auch bei nicht-respiratorischen Störungen vom Standard-Bikarbonat abweicht.

Normalwerte

pH	7,35 - 7,45
P_CO2	32 - 45 mm Hg
aktuelles HCO₃^-	20 - 27 mmol/l
Standard HCO₃^-	21 - 26 mmol/l
Gesamt Pufferbasen BB	42 - 54 mmol/l
Base Excess BE	(-3) - (+3)

Siehe auch

Literatur

Silbernagl, S., Despopoulos, A.: Taschenatlas der Physiologie, 5. Aufl., Thieme
Deetjen, Speckmann: Physiologie, 3. Auflage, Urban & Fischer
Martin, H.-H., Weigt, S.: * Säure-Basen-Haushalt: Essen wir uns sauer? In: UGB-Forum, 6/05 S. 296-299
Lohmann, Maria: Das Säure-Basen-Kochbuch, Knaur Verlag, München 2007. ISBN 978-3-426-64418-8
Sander, Friedrich F.: Der Säure-Basenhaushalt des menschlichen Organimus, Hippokrates Verlag, Stuttgart 1999