Kohlensäure-Bicarbonat-System

Das Kohlensäure-Bicarbonat-Puffersystem ist der wichtigste Blutpuffer zum Auffangen von pH-Schwankungen im menschlichen Blutkreislauf. Es besteht aus der Kohlensäure (H₂CO₃) als Säure und dem Bicarbonation (auch Hydrogencarbonation genannt, HCO₃^–) als Base. Wenn das Blut nicht sauer genug ist, löst sich ein Proton (H⁺) von der Kohlensäure, die daraufhin zum Bicarbonation wird. Wenn das Blut dagegen zu viele Protonen enthält, also zu sauer ist, bindet das Bicarbonation ein Proton und wird zur Kohlensäure. Diese zerfällt zu Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂). Durch verstärkte Atemtätigkeit wird dann vermehrt Kohlendioxid abgeatmet. Umgekehrt wird die Lungenaktivität gedrosselt, wenn zu wenig Säure im Blut ist. Nicht nur über die Atmung, auch über die Nieren kann der Säure-Basen-Haushalt beeinflusst werden. Denn sie sind in der Lage, Protonen und Bicarbonationen gezielt auszuscheiden oder im Körper zurückzuhalten. Auch bestimmte Bluteiweiße sind an der Regulation des Säure-Base-Haushalts beteiligt. Sie binden bei Bedarf Protonen oder setzen sie frei.

Funktionsweise

Dem Puffersystem liegt folgender chemischer Zusammenhang zugrunde:

$\rm CO_2 + H_2O \rightleftarrows H_2CO_3 \rightleftarrows HCO_3^- + H^+$

Vereinfacht kann die Kohlensäure (H₂CO₃) weggelassen werden, da deren Konzentration im Blut um den Faktor 400 geringer ist, als die von (CO₂). Es ergibt sich diese Gleichung:

$\rm CO_2 + H_2O \rightleftarrows HCO_3^- + H^+$

Über eine gesteigerte, bzw. verminderte Atemtätigkeit kann so der Blut-pH-Wert schnell reguliert werden. Bei einer gesteigerten Atemtätigkeit (Hyperventilation) sinkt der Anteil von CO₂ in der Atemluft, dadurch sinkt der Partialdruck von CO₂ in der Lunge und dadurch auch der Anteil im Blut. Da das Massenwirkungsgesetz gilt, wird CO₂ aus HCO₃^– und Protonen nachgebildet. Die Zahl der Protonen sinkt, dadurch steigt der pH-Wert im Blut an, es wird basischer. Umgekehrt führt eine verminderte Atemtätigkeit (Hypoventilation) zu einem gesteigerten CO₂ Partialdruck, nun verlaufen die Reaktion jeweils in die andere Richtung, der Blut pH sinkt, es wird saurer.

Jedoch eignet sich das Kohlensäure-Bicarbonat-System nicht zu einer dauerhaften Regulation, da mit der Bildung von Kohlendioxid auch die Bicarbonationen verschwinden. Die Nieren sind daher an der Protonenausscheidung und vor allem der Rückgewinnen von Hydrogencarbonationen beteiligt, können allerdings erst nach 3-4 Tagen effektiv auf eine plötzliche Änderung des Blut pHs reagieren.

Weblinks

• Bikarbonatpuffer auf MedizInfo