Säurehaushalt

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 können sich lebensbedrohlich auswirken.

Stoffwechselvorgänge

Eine Änderung des pH-Werts im Blut kann verschiedene Gründe haben. In Frage kommen beispielsweise 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 im Blut ist die Konstanthaltung des pH-Werts. Sie werden unter dem Namen Blutpuffer zusammengefasst. Die Pufferkapazität eines Systems beschreibt die Menge an Säure oder 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 mit knapp 75 % der Gesamtpufferkapazität des Blutes. 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 oder 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, Plasmaproteine usw.

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 etwa 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, sinkt der Luftdruck: Die Luft wird „dünner“ (siehe Barometerformel). Um trotzdem genug Sauerstoff einzuatmen, müssen Atemfrequenz und Atemtiefe gesteigert werden. Dabei wird automatisch mehr CO₂ abgeatmet und nach obiger Formel der Blut-pH-Wert ansteigen.

Je nachdem, ob die Ursache einer Azidose oder 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 oder 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

Basenabweichung 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.

Basenabweichung (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 respiratorische Azidose)
• negative Werte: metabolische Azidose (oder metabolisch kompensierte respiratorische 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
PCO2	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

• Henderson-Hasselbalch-Gleichung
• pK-Wert
• Blutgasanalyse

Literatur

• Deetjen, Speckmann: Physiologie, 3. Auflage, Urban & Fischer bei Elsevier, 2004. ISBN 3-437-41317-1
• Sander, Friedrich F.: Der Säure-Basenhaushalt des menschlichen Organismus, Hippokrates Verlag, Stuttgart 1999
• Silbernagl, S., Despopoulos, A.: Taschenatlas der Physiologie, 5. Aufl., Thieme

Weblinks

• Störungen des Säure-Basen-Haushalts: Rationale Diagnostik und ökonomische Therapie. Dtsch Arztebl 2005; 102: A 1896–1899 (Heft 26)
• Bicarbonat- und BE-Rechner (engl.)

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