2 Der Säure-Basen-Haushalt

2.1
Allgemeines

Der lateinische Ausdruck „pondus hydrogenii“, frei übersetzt „Gewicht des Wasserstoffs“, vielen eher als pH bekannt, definiert den Säuregrad einer Lösung. Reines Wasser hat einen pH-Wert von 7 und gilt als neutrale Lösung. Da es sich um einen negativen Logarithmus der Wasserstoffkonzentration (oder genauer: Wasserstoffaktivität) handelt, bezeichnen pH-Werte < 7 eine saure Lösung, während pH-Werte > 7 basische Lösungen darstellen.

Der normale pH-Wert des Blutes ist ≈ 7,4, was einer H+-Konzentration von ca. 40 nmol/l entspricht:

pH = −log [H+]

pH = −log [0,00000004]

pH = 7,397

Andere Körperflüssigkeiten haben evolutionär andere Milieus „geschaffen“, da sich diese für sie als vorteilhaft erwiesen haben. So sind Flüssigkeiten an Barrieren oder in und nach Eintrittspforten des Körpers (z.B. Magensaft, Harn, Schweiß und Vaginalflüssigkeit) überwiegend sauerer als das Blut, da dies u.a. hilft, potenzielle Erreger abzuwehren. Einige dieser Flüssigkeiten sind in der Lage, große physiologische pH-Wert-Amplituden zu erzeugen. Der pH-Wert des Blutes hingegen ist sehr eng reguliert. Sein Optimum liegt bei 7,38–7,42.

Wasserstoffionen (H+-Ionen) werden einerseits bei Routineprozessen frei und entstehen zudem vermehrt in „Notsituationen“, u.a. als Nebenprodukt bei der Energiegewinnung, z.B. bei der Umwandlung von Glukose zu Laktat unter anaeroben Bedingungen oder bei der Energiegewinnung aus Triglyceriden z.B. bei Insulinmangel (– hierzu später mehr). Außerdem können Noxen (z.B. größere Mengen Salicylate) erhöhte Mengen von H+-Ionen in den Körper einbringen oder freisetzen.

Warum lohnt es sich, den Säure-Basen-Haushalt bei Patienten optimal aufrechtzuerhalten?

Die Gründe sind natürlich vielfältig, aber ein wichtiger und häufig unterschätzter Grund soll hier stellvertretend erörtert werden, um die weitreichende Relevanz zu verdeutlichen:

Proteinstrukturen (z.B. Enzyme, Motorproteine, Strukturproteine) haben einen pH-Bereich, in dem sie optimal funktionieren. Kommt es nun beispielsweise zu einer Azidose mit starker Erhöhung der H+-Konzentration, sind Proteine in Bezug auf ihre Struktur und Funktion gefährdet, da H+ sehr reaktiv ist und z.B. die Faltung der Enzyme verändern kann, sodass Substrate nicht mehr optimal binden können. Ähnlich wie bei der (ebenfalls streng regulierten) Körpertemperatur kommt es hierdurch zu Funktionsstörungen und in Extremfällen zum Funktionsverlust der Proteine.

Eine pH-Wert-Amplitude von 7,38–7,42 stellt im Blut, wie erwähnt, das Optimum dar. Die meisten Proteinstrukturen sind aber auch in einem etwas weiteren Bereich noch adäquat funktionsfähig, sodass der Normalbereich häufig als 7,35–7,45 definiert wird.

Puffersysteme

Um das Säure-Basen-Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, stehen dem Körper mehrere übergeordnete Mechanismen zur Verfügung. Er verfügt einerseits über Puffersysteme, wie z.B. das Bikarbonat-Puffersystem, um anfallende Wasserstoffionen (H+) aufzunehmen. Andererseits kann er über die Lunge durch Abatmung von Kohlendioxid (CO2) und über die Niere durch Ausscheidung von H+-Ionen und Rückresorption von Bikarbonat (HCO3−) auf das Gleichgewicht im Säure-Basen-Haushalt wirken.

Um zu verstehen, welche Rolle CO2 und HCO3− bei der pH-Regulation haben, sollten wir uns zunächst mit dem Kohlensäure-Bikarbonat-System beschäftigen.

H+ + HCO3– ⇌ H2CO3 ⇌ CO2 + H2O

Dieses Gleichgewicht stellt sich spontan ein, wird allerdings auch noch durch das Enzym Carboanhydrase katalysiert.

Der Körper verfügt noch über zahlreiche weitere extrazelluläre und intrazelluläre Mechanismen, um H+-Ionen zu puffern. Der Einfachheit halber konzentrieren wir uns hier aber auf das Kohlensäure-Bikarbonat-System.

2.2
Blutgase: venös oder arteriell?

Kurz gesagt: Die arterielle Blutgasanalyse ist aussagekräftiger als die venöse. In der Pneumologie (oder Intensivmedizin, wo Patienten zudem häufig arterielle Zugänge haben), ist sie eine wichtige Routine. Auf der Normalstation der viszeralen Chirurgie und Medizin findet sie in Abhängigkeit von den Fragestellungen deutlich seltener statt. Arterielle Punktionen verursachen dem Patienten mehr Schmerzen, die frustrane Punktion ist häufiger als bei venösen Verlaufskontrollen und die Fehlpunktion ist unter Umständen mit höheren Komplikationen verbunden. Abgesehen von pCO2 (Kohlendioxidpartialdruck), pO2 (Sauerstoffpartialdruck) und sO2 (Sauerstoffsättigung) sind die meisten Parameter der venösen Blutgasanalyse gut verwertbar und haben nur geringe Abweichungen von der arteriellen Messung. So liegt der venöse pH-Wert ca. 0,03 niedriger als der arterielle Wert. Die venöse HCO3−-Konzentration liegt 1–3 mmol/l höher als im arteriellen Blut. Die Normwerte der arteriellen und venösen Blutgasanlyse lassen sich in Tabelle 2-1 ablesen.

Tabelle 2-1: Normwerte der Blutgasanalyse

Die arterielle Punktion ist allerdings unabdingbar, wenn es um die genaue Beurteilung der pO2- und pCO2-Werte geht, z.B. bei respiratorischen Störungen oder respiratorischer Kompensation von metabolischen Störungen, da diese Parameter eine große Streuung im venösen System aufweisen und keine sicheren Rückschlüsse auf die arteriellen Fraktionen zulassen.