Thema: Säure-Basen-Haushalt

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1 Säure-Basen-Haushalt Seite 1 Thema: Säure-Basen-Haushalt 1 Grundlagen Die ph-regulation des Körpers ist von grundlegender Bedeutung für seine Funktion. Der ph-wert ist ein Maß für die Wasserstoffionenkonzentration(Wasserstoffionen = Protonen). Je höher der ph-wert, desto weniger Protonen, desto alkalischer das Milieu; je niedriger der ph-wert desto mehr Protonen, desto saurer das Milieu. die Stabilität des ph-wertes ist von Bedeutung für die Molekülform der Proteine und damit deren Funktion (alle Enzyme bestehen aus Proteinen!) die normale Struktur der Zellbestandteile die normale Funktion der Zellmembran Der Mensch toleriert nur einen ph in einem Bereich zwischen etwa 6.9 und 7.8, weitergehende Abweichungen sind mit dem Leben nicht vereinbar! ph-bereich, der mit dem Leben vereinbar ist: Normbereich: 7.4 ± 0.05 Zur Stabiliserung des ph bedarf es daher in unserem Körper Puffersysteme, die einen Überschuss oder Mangel an Protonen ausgleichen können. 1.1 Puffersysteme des Körpers Geschlossene Puffersysteme Der Mensch besitzt zahlreiche Puffersysteme, die die Protonenkonzentration in Grenzen stabilisieren können. Die meisten dieser Puffersysteme sind jedoch wenig flexibel, d.h. ihre Stabiliserungsfähigkeiten sind rasch erschöpft, weil es sich, wie wir noch sehen werden, um geschlossene Systeme handelt. Hierzu zählen: das Hämoglobin (Hb-H X Hb - + H+) Plasmaproteine anorganisches Phopshat organische Phosphate, v.a. in den Erythrozyten Geschlossene Puffersysteme: Hämoglobin, Plasmaproteine, Phosphate

2 Säure-Basen-Haushalt Seite 2 Alle diese Puffersysteme haben eine gemeinsame Eigenschaft: sie stehen in einem Fließgleichgewicht zwischen der protonenfreien Form (der sog. Base) und der protonengebundenen Form Base + [H+] X Säure[H+] (der Säure). Dabei kann die Waagschale je nach Protonenangebot eher zur einen oder zur anderen Seite ausschlagen. Bei einem geschlossenen System ändert sich zwar durch äußere Einflüsse die Protonenkonzentration, die Menge an Puffer ändert sich aber nicht. Daher ist die Kapazität des Puffers dann erschöpft, wenn alle Säure bzw. alle Base verbraucht ist. Geschlossene Puffersysteme sichern zwar die Stabilität des ph, sind aber aufgrund ihrer raschen Erschöpfbarkeit nicht in der Lage, größere ph-schwankungen abzufangen Offene Puffersysteme Offene Puffersysteme haben den entscheidenden Vorteil, dass ihnen auch Basen und Säuren zugefügt oder entfernt Niere + Leber W Base + [H+] W Säure[H+] W Lunge [] + [H+] [H2CO3] [CO2] + [H20] Offenes Puffersystem werden können. Das daher für die Organfunktion des Menschen so essentielle Puffersystem ist der Bikarbonatpuffer. Hier besteht ein Fließgleichgewicht zwischen Kohlensäure [H2CO3] und Bikarbonatbase [], wobei die Bikarbonatbase in Leber und Niere sowohl gebildet, als auch entfrent werden kann. Ebenfalls kann die Kohlensäure durch Bildung von [CO2] und [H2O] entfernt werden, [CO2] wiederum kann abgeatmet werden. Die normalen Konzentration der Bikarbonatpufferelemente sind: ph CO mmhg mmol/l

3 Säure-Basen-Haushalt Seite 3 In einem offenen Puffersystem wie dem Bikarbonatpuffer hängt der ph-wert also nicht nur von der Protonenkonzentration ab, sondern auch vom Verhältnis von Säure und Base. Hierzu gibt es eine etwas abstrakt aussehende Gleichung: die Henderson- Hasselbalchsche Gleichung, die nichts anderes als diesen Zusammenhang beschreibt. log[ + ] = = + log [ HCO 3 H ph pk ] [ CO 2] Der Bikarbonatpuffer lässt sich mit einer Waagschale vergleichen (siehe Grafik). Kommt es von aussen zu einer Be- oder Entlastung einer Waagschale, muss die Zahl der auf der Waage befindlichen Gewichte verschoben werden. Dies kann im offenen Bikarbonatpuffersystem durch Bildung oder Entfernung von Base und Säure geschehen. In einem weiteren Schritt müssen wir uns daher nun überlegen, was dieses Puffersystem aus dem Gleichgewicht bringen kann. Verschiebungen den ph in den Bereich unter 7.4 nennt man Azidose (Übersäuerung), in den Bereich über 7.4 Alkalose.

4 Säure-Basen-Haushalt Seite 4 2 Die metabolische Azidose Unter einer metabolischen Azidose versteht man eine Übersäuerung, die durch einen Überschuss an Protonen (linke Waagschale!) oder - selten - einen Mangel an Bikarbonat zustande kommt. Ursachen ist meist Überproduktion von Protonen durch pathologische Stoffwechselvorgänge. Ein sehr gutes Beispiel ist die Lactatazidose: Sie entsteht, wenn Zucker infolge Sauerstoffmangel (Durchblutungsstörung) nicht mehr zusammen mit Sauerstoff verbrannt werden kann. Über einen Ersatzweg (anaerobe Glykolyse) bildet der Körper aus Glucose Milchsäure, dass zu Lactat und Protonen zerfällt. Die entstehenden Protonenen senken den ph, d.h. die linke Waagschale wird niedergedrückt. Das Fließgleichgewicht verschiebt sich nach rechts, es wird Kohlensäure gebildet. Rasch wäre dieses Fließgleichgewicht ausgeschöpft und der ph würde weiter fallen, falls weitere Protonen anfallen. Die Kohlensäure zerfällt jedoch zu Kohlendioxid und Wasser, CO2 schließlich kann abgeatmet werden. Unter ständigem Verbrauch von Bikarbonat werden Protonen gebunden und CO2 abgeatmet. Bikarbonat wiederum kann von Leber und Niere (langsam) nachgebildet ph 7.19 po2 65mmHg pco2 19mmHg 8mmHg BE - 16 werden, sodass das System wieder in ein neues Gleichgewicht kommen kann. Klinisch äußert sich daher eine metabolische Azidose neben den Symptomen der Grundkrankheit (z.b. Darmischämie) mit einer Hyperventilation, um den vermehrten CO2-Anfall abatmen zu können. Die Hyperventilation oder Azidoseatmung stellt also einen Kompensationsmechanismus für die metabolische Azidose dar. Man spricht von einer respiratorisch (teil- oder voll-) kompensierten metabolischen Azidose. Beispiel: Eine 80jährige Pat. hat einen Mesenterialinfarkt. Sie zeigt eine regelmäßige stark vertiefte und höherfrequente Atmung (AMV 20l/min, AF 25/min).

5 Säure-Basen-Haushalt Seite 5 Die Blutgasanalyse zeigt rechtsstehendes Bild. Unter BE versteht man (näherungsweise) die Basenabweichung von der Norm (Base Excess). Welche Störung liegt hier vor? Wie könnte man die bedrohliche Azidose der Patientin korrigieren? Die Pat. wird intubiert und mit Standardparametern beatmet (AMV ml/kg KG). Was bedeutet das für das Puffersystem und den ph? Weitere Ursachen für eine metabolische Azidose: þ Ketoazidose bei entgleistem Diabetes mellitus Ketonkörper sind Säuren, sie werden bei massivem Insulinmangel aufgrund einer überschießenden Lipolyse gebildet. Typisch für die diabetische Ketoazidose ist die sog. Kußmaul sche Atmung - nichts anderes als eine typische Azidoseatmung þ Verminderte Ausscheidung von Protonen über die Nieren bei fortgeschrittener Niereninsuffizienz führt zu Protonenüberschuss þ Sehr selten: Renaler Verlust von Bikarbonat durch eine angeborene oder erworbene Störung (renal-tubuläre Azidose), wodurch Protonen nicht mehr gepuffert werden können. 3 Die respiratorische Azidose Bei der respiratorischen Azidose kommt es infolge einer Hypoventilation zu einem vermehrtem Anfall von CO2 (Hyperkapnie). CO2 verbindet sich mit Wasser zu Kohlensäure. Dadurch kommt es zur Azidose. Der Körper reagiert durch eine verstärkte Bildung von Bikarbonat und Ausscheidung von Protonen über die Nieren. Auf diese Weise kann die respiratorische Störung metabolisch kompensiert werden. Typische Ursachen für eine respiratorische Azidose: þ Neurogene und muskulär bedingte Atemstörungen (Koma, Myasthenia gravis, amyotrophe Lateralsklerose)

6 Säure-Basen-Haushalt Seite 6 þ chronische pulmonale Störungen mit zunehmender Resistenz der zerebralen Chemorezeptoren gegenüber CO2. 4 Die metabolische Alkalose Nebenstehende BGA zeigt das typische Bild einer metabolischen Alkalose. Hierbei kommt es zu einem Verlust an Protonen über verschiedene mögliche Wege: v.a. Niere u. Darm Typische Ursachen sind: þ Verlust von Magensäure (Hcl) durch ständiges Erbrechen: sog. Hypochlorämische Alkalose ph 7.55 PO2 70 mmhg pco2 45mmHg 30 mmol/l BE + 6 mmol/l Cl 75 mmol/l (Norm: ) K 2.8 mmol/l þ Verlust von Chlorid und Protonen über die Niere, z.b. bei forcierter Diuretikagabe þ Überdosierung von Bikarbonat Eine respiratorische Kompensation des entstehenden positiven Basenüberschusses ist nur in geringen Grenzen möglich, da eine Hypoventilation eine Hypoxie nach sich zieht. Liegt die Störung nicht renal begründet, kann die Niere auch metabolisch durch Bikarbonatausscheidung gegensteuern. Was hat das niedrige Kalium mit der Alkalose zu tun? Zwar gehört die Kaliumhomöostase nicht zum Kernthema des Säure-Basenhaushaltes, allerdings sei hier am Rande ein wichtiger Begleitumstand von Azidosen mit genannt: Kalium wird über eine Transportpumpe zusammen mit Protonen in die Zellen hinein und aus den Zellen wieder hinaus transportiert. Kalium folgt in seiner Konzentration der der Protonen. Hohe Protonenzahl (niedriger ph, Azidose) = hohes Kalium Niedrige Protonenzahl (hoher ph, Alkalose) = niedriges Kalium

7 Säure-Basen-Haushalt Seite 7 Patienten mit einer Alkalose neigen daher auch eher zur Hypokaliämie; umgekehrt kann man durch Alkalisieren des Blutes auch rasch eine Hyperkaliämie korrigieren. 5 Respiratorische Alkalose Eine respiratorische Alkalose entsteht durch Hyperventilation mit nachfolgender Hypokapnie. Bei der Nachbildung von CO2 werden Protonen verbraucht -> Alkalose. Nebenstehende BGA gibt eine typische länger anhaltende respiratorische Alkalose wieder. Typische Ursache für eine anhaltende Hyperventilation wäre ph 7.45 po2 100 mmhg pco2 29mmHg 18 mmol/l BE -6 mmol/l z.b. eine cerebrale Schädigung mit Hirndruck ohne beginnende Einklemmung.