Elektrolythaushalt + Säure-Basen-Haushalt

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1 Elektrolythaushalt + Säure-Basen-Haushalt

2 Überblick Elektrolythaushalt Natrium Kalium Calcium Magnesium Phosphat Säure-Basen-Haushalt

3 Der Elektrolythaushalt Normwerte: Natrium mmol/l Kalium mmol/l Calcium mmol/l (als freies Ion) Magnesium mmol/l (als freies Ion) Phosphat mmol/l (als anorg. Phosphat)

4 Der Natriumhaushalt Mechanismen der Natriumresorption in der Niere

5 Der Natriumhasuhalt Mechanismen der Na + -Resorption im Darm Isoformen: Darm: SGLT1 Prox. Tubulus : SGLT2 Isoformen: apikal: NHE2/NHE3 basolateral: NHE1

6 Der Natriumhaushalt Mechanismen der Na + -Resorption im Darm Isoformen: apikal: NHE2/NHE3 basolateral: NHE1 Isoform im Sammelrohr der Niere! Aldosteron fördert diese Art der Resorption!!!

7 Der Kaliumhaushalt Mechanismen der renalen Kaliumresorption und -sekretion Abb. aus: S. Silbernagl : Die Funktion der Nieren. In : R. Klinke, S. Silbernagl : Lehrbuch der Physiologie, 3. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart - New York 2001, S. 315.

8 Der Kaliumhaushalt K + -Transportmechanismen im Darm Abhängig von der ENaC-vermittelten Na + -Resorption!

9 Der Kaliumhaushalt K + -Transportmechanismen im Darm Das Verhältnis der apikalen und basolateralen Leitfähigkeiten entscheidet, ob K + nach basolateral rezirkuliert oder sezerniert wird. Aldosteron steigert die apikale Leitfähigkeit! Diese Isoform der H/K- Pumpe wird durch Omeprazol nicht gehemmt!

10 Der Calciumhaushalt Überblick

11 Der Calciumhaushalt Regulation der Calcium-Phosphathomöostase

12 Der Calciumhaushalt Bildung von Calcitriol

13 Der Säre-Basen-Haushalt Bedeutung des ph-wertes Der ph-wert hat eine große Bedeutung für nahezu alle physiologischen Vorgänge: 1. Biochemische Reaktionen 2. Enzyme 3. Ionenkanäle 4. Andere Ionen: insb. K + und Ca Kontraktion von Skelett- und Herzmuskel 6. Bindung von O 2 und CO 2 im Blut

14 Chemische Grundlagen Definition von Säuren und Basen Definition nach Brønsted und Lowry: Stoffe, die Protonen abgeben können, werden als Protonendonatoren oder Säuren bezeichnet. Stoffe, die Protonen aufnehmen können, werden als Protonenakzeptoren oder Basen bezeichnet.

15 Chemische Grundlagen Definition des ph-wertes ph = - log [H + ] d.h. bei einem ph-wert von 7.0 beträgt die Protonenkonzentration 100 nmol/l. Bei einem ph-wert von 7.4 liegt die Protonenkonzentration bei 40 nmol/l.

16 Der Säre-Basen-Haushalt Protonenkonzentration und ph-werte im Körper Intrazellulär Cytosol 7.2 Lysosomen 5.5 Extrazellulär arterielles Blutplasma 7.4 Magensaft 1.0 Harn (niedrigster Wert) 4.5 Pankreassekret 8.0

17 Regulation des ph-wertes im Blut Normalbereich der Blutplasmawerte Normalbereich ph 7,37 7,43 Azidose: ph < 7,37 Alkalose: ph > 7,43 lebensbedrohlich: ph < 7,0 oder ph > 7,8

18 Chemische Grundlagen Definition von Säuren und Basen Starke Säuren (z.b. Salzsäure oder Schwefelsäure) dissoziieren in Wasser vollständig und geben alle Protonen ab. Schwache Säuren (z.b. Essigsäure, Milchsäure) dissoziieren je nach vorliegendem ph-wert in unterschiedlichem Ausmaß

19 Chemische Grundlagen Dissoziationsverhalten schwacher Säuren Für die Dissoziation schwacher Säuren gilt das Massenwirkungsgesetz: HA H + + A - K D = [H+ ] [A - ] HA Logarithmieren liefert die Henderson-Hasselbalch- Gleichung: ph = pk + log [A- ] HA

20 Chemische Grundlagen Dissoziationsverhalten einiger physiologisch wichtiger Säuren/Basen-Paare Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 314.

21 Chemische Grundlagen Puffer Puffer sind Substanzen, die H + - oder OH - -Ionen binden oder abgeben und dadurch die ph-veränderungen bei Zugabe oder Verlust von H + - oder OH - -Ionen gering halten.

22 Chemische Grundlagen Definition der Pufferkapazität Ein Puffersystem hat eine bestimmte Pufferkapazität. Diese hängt ab von: der Gesamtkonzentration des Puffers der Abweichung des ph-wertes vom pk-wert des Puffers

23 Chemische Grundlagen Definition der Pufferkapazität Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 313.

24 Puffersysteme des Blutes Übersicht Gesamtpufferbasen (Normalwert: 48 mmol/l) Bicarbonatpuffer (25.2 mmol/l) Bicarbonat (H 2 CO 3 /HCO 3 - ) pk s =6.1 Nichtbicarbonatpuffer (22 mmol/l) Phosphat (H 2 PO 4 - /HPO 4 2- ) pk s =6.8 Plasmaproteine Erythrocyten (insb. Hämoglobin) Basenüberschuss = Differenz aus aktueller Konzentration der Pufferbasen und dem Normalwert = ± 2 mmol/l

25 Puffersysteme des Blutes pk-werte von Aminosäure-Seitenketten Aminosäure frei im Protein Asp Glu His Cys Tyr Lys Arg 12.48

26 Puffersysteme des Blutes Pufferung des ph-wertes durch die Erythrocyten Abb. aus G. Thews : Atemgastransport und Säure-Basen-Status des Blutes. In : R.F. Schmidt, G. Thews : Physiologie des Menschen, 26. Auflage, Springer Verlag, Berlin - Heidelberg - New York 1995, S. 614

27 Puffersysteme des Blutes Kapazität der geschlossenen Puffersysteme Bei einer Änderung des ph-wertes von 1 l Blut um eine Einheit werden gebunden: 1 mmol Protonen an Phosphat 5 mmol Protonen an Plasmaproteine 16 mmol Protonen an Hämoglobin

28 Puffersysteme des Blutes Übersicht Puffer Säure Base pks Bicarbonatpuffer Bicarbonat H 2 CO 3 - HCO Nichtbicarbonatpuffer Phosphat - H 2 PO 4 2- HPO Plasmaproteine Histidin HisH + His Cystein Cys-SH CysS Erythrocyten

29 Puffersysteme des Blutes Der Bikarbonatpuffer Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 316.

30 Puffersysteme des Blutes Der Bikarbonatpuffer Allgemein gilt: ph = pk + log [A- ] [HA] Einsetzen der physiologischen Konzentrationen von HCO 3 - und CO 2 liefert: ph = log ph = log 20 ph = = mmol/l 1.2 mmol/l

31 Puffersysteme des Blutes Die CO 2 -Äquilibrierungslinie Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 317.

32 Puffersysteme des Blutes Definition der Standardbikarbonat-Konzentration Aktuelle Bicarbonat-Konzentration = tatsächlich im Blutplasma des Patienten vorliegende HCO 3 - Konzentration Standardbikarbonat-Konzentration = HCO 3 - Konzentration, die sich nach Äquilibrieren mit p(co 2 ) = 5.3 kpa (40 mmhg) bei O 2 -Sättigung und 37 C einstellt. Normwert = 24 mmol/l

33 Regulation des intrazellulären ph Übersicht

34 Regulation des intrazellulären ph Protonen-Transportprozesse Quantitativ wichtigster Transporter: Na + -H + -Austauscher (treibende Kraft: Na- Gradient) Zur Überwindung größerer Gradienten wichtig: K + -H + -Pumpe H + -Pumpe (treibende Kraft: ATP- Hydrolyse)

35 Regulation des intrazellulären ph Bikarbonat-Transportprozesse Wichtigste Transportprozesse: HCO 3- /Cl Austauscher Na + /HCO 3- -Symporter

36 Das Säure-Basen-Gleichgewicht Übersicht 15 mol/d 50 mmol/d Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 312.

37 Säure-Basen-Regulation durch die Niere Protonensekretion

38 Säure-Basen-Regulation durch die Niere Bikarbonat Resorption

39 Säure-Basen-Regulation durch die Niere Ammoniak-Ausscheidung

40 Säure-Basen-Regulation durch die Niere Ammoniak-Ausscheidung

41 Das Säure-Basen-Gleichgewicht Übersicht 15 mol/d 50 mmol/d

42 Regulation des ph-wertes im Blut Normalbereich der Blutplasmawerte Normalbereich ph 7,37 7,43 Azidose: ph < 7,37 Alkalose: ph > 7,43 lebensbedrohlich: ph < 7,0 oder ph > 7,8

43 Das Säure-Basen-Gleichgewicht Charakterisierung des Säure-Basen-Status

44 Das Säure-Basen-Gleichgewicht Normwerte Tabelle aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 320.

45 Störungen des Säure-Basen- Gleichgewichtes Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 321.

46 Störungen des Säure-Basen- Gleichgewichtes Tabelle aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 321.

47 Störungen des Säure-Basen- Gleichgewichtes Ein Beispiel: Bei einem Patienten ergibt sich in einer arteriellen Blutprobe folgende Befundkonstellation: ph-wert 7,49 CO 2 -Partialdruck 4,1 kpa (31 mmhg) Standardbikarbonat 24 mmol Basenabweichung (base excess): 0 mmol/l Welche Störung des Säure-Basenhaushaltes liegt vor?

48 Störungen des Säure-Basen- Gleichgewichtes Bei der Untersuchung des Säure-Basen-Status im arteriellen Blut eines Patienten ergaben sich folgende Werte: ph: 7.50 CO 2 -Partialdruck: 50mmHg Basenüberschuß: +12mmol/l Es handelt sich hierbei um eine (A) voll kompensierte respiratorische Alkalose (B) teilweise kompensierte respiratorische Alkalose (C) respiratorische und nichtrespiratorische Alkalose (D) teilweise kompensierte nichtrespiratorische Alkalose (E) voll kompensierte nichtrespiratorische Alkalose