Regulation des Säure-Basen-Gleichgewichts                                                               

Der pH-Wert wird in einem engen Bereich konstant gehalten. Die Regulation erfolgt unter Beteiligung verschiedener Puffersysteme.

  • Sofortige Pufferung in der Extra- und Intrazellulärflüssigkeit
  • Ausscheidung von Kohlendioxid über die Lungen = pulmonale Regulation
  • Renale Ausscheidung von H+ Ionen = metabolische Regulation
  • Leber : Neutralisierung von Bicarbonat

Lunge,Niere,Leber und Puffersubstanzen regulieren die Wasserstoffionenkonzentration (pH-Wert) in der Extrazellulärflüssigkeit.

Pufferung

Puffer sind Systeme einer schwachen Säure mit ihrer konjugierten Base.Wenn diesem System H+ Ionen zugeführt werden, bindet der Puffer die Ionen, werden Basen hinzugefügt, so setzt der Puffer H+ Ionen frei. Dadurch wird die H+ Konzentration innerhalb bestimmter Grenzen konstand gehalten ( Henderson-Hesselbach-Gleichung).

Es stehen im Organismus verschiedene Puffersysteme zur Verfügung

  • Kohlensäure-Bikarbonat-System (offen für Säuren)
  • Hämoglobin
  • Proteine
  • Phosphat
  • Ammoniak-Ammonium-System (offen für Basen)
Das Kohlensäure-Bikarbonatsystem besteht aus einem Gemisch von Kohlensäure (H2CO3) und Natriumbikarbonat (NaHCO3). Das bei der inneren Atmung anfallende Kohlendioxid löst sich in Wasser und wird mit Hilfe des Enzyms Karboanhydrase zu Kohlensäure hydratisiert.
Dadurch wird das Kohlendioxid ins Blut aufgenommen und kann von der Lunge abgeatmet werden (respiratorische Komponente)

CO2 + H2O = H2CO3 = H+ + HCO3-

Bikarbonat puffert nur metabolische Säuren und Basen (metabolische Komponente). Darum ist die Gabe von Bicarbonat bei einer resp. Störung nicht sinnvoll).

CO2 + H2O = H+ + HCO3-

HCl + NaHCO3  = H2CO3 + NaCl

H+ + HCO3- = H2CO3

Alle Pufferevorgänge laufen innerhalb sehr kurzer Zeit nach Beginn der Störungen der H+- Ionenkonzentration ab.

Hämoglobinpuffer :
80% der Nichtbikarbonatpufferaktivität des Blutes entfallen auf das Hämoglobin. Dieser hohe Anteil beruht auf der hohen Konzentration von Hämoglobin und der großen Zahl von puffernden Gruppen im Molekül. Die Pufferkapazität hängt von der Oxygenierung des Hämoglobins ab.

Pulmonale Regulation

Wenn der CO2 Gehalt im Blut steigt, so fällt der pH Wert ab. Umgekehrt steigt der pH Wert wenn der CO2 Gehalt im Blut abnimmt. Der Einfluss der Atmung  auf die H+ Ionenkonzentration ergibt sich aus folgender Gleichung :

CO2 + H2O = H2CO3= H+ + HCO3-

Nimmt die Anzahl von H+ Ionen zu kann die Gleichung von rechts nach links gelesen werden :
  • Die vermehrt anfallenden H+ Ionen werden durch HCO3- Ionen neutralisiert.
  • Dadurch entsteht Kohlensäure (H2CO3) während die Bikarbonatkonzentration (HCO3-) abnimmt.
  • Die Kohlensäure zerfällt in Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2).
  • Das CO2 wird über die Lungen abgeatmet bis sich das physiologische Verhältnis zwischen HCO3- und H2CO3 wieder hergestellt ist.
  • Die Atmung reagiert sehr schnell auf eine Veränderung der H+ Ionenkonzentration.
Nimmt die Anzahl von H+ Ionen ab kann die Gleichung von links nach rechts gelesen werden.

Renale Regulation

Die Niere ist das einzige Organ, das direkt Säure (H+ Ionen) ausscheiden kann, also effektiv Säure aus dem Körper entfernen kann.
  • In der Niere werden täglich ca. 4500mmol HCO3- glomerulär filtriert und zum größten Teil im proximalen Tubulus, unter Beteiligung von H+ Ionen, reabsorbiert.
  • Wird die Sezernierung von H+ Ionen in das proximale Tubuluslumen beeinträchtigt, so geht Bicorbonat mit dem Urin verloren. Hierdurch kann die Plasma-HCO3- Konzentration abfallen und eine metabolische Azidose auftreten.
  • Die Reabsorption von Bicarbonat reicht nicht aus, um den pH Wert im Blut im Gleichgewicht zu halten. Die Nieren scheiden ca. 1-3mmol/Kg H+ Ionen aus dem Stoffwechsel aus und regeneriert das verbrauchte HCO3-
  • Die Sezernierung der H+ Ionen erfolgt im Tubuluslumen durch weitere Puffer (Phosphatpuffer, Ammoniak-Ammonium-Puffer)

Phosphatpuffer

  • Diese Säure wird in den Glomerula filtriert und verbindet sich mit H+ Ionen zu H2PO4-
  • Durch diese Pufferung werden ca 10-30mmol H+ Ionen oder 40-50% der täglichen Säurebelastung über die Nieren ausgeschieden.

Ammoniak-Ammonium-Puffer

  • Ammoniak (NH3) ist der Wichtigste Urin-Puffer und wird als Ammonium (NH4+) ausgeschieden
  • Die Ammoniumsynthese findet im proximalen Tubulus
  • 20-50mmol NH4+ Ionen werden täglich im Urin ausgeschieden

Rolle der Leber 

  • In der Leber wird aus HCO3- (Base) und NH4+ (Säure) Harnstoff synthetisiert. 
  • Der Harnstoff wird über den Urin ausgeschieden.
  • Eine Abnahme der Harnstoffsynthese führt zur Einsparung von Bicarbonat.
  • Die Leber spielt somit eine wichtige Rolle bei der Regulation des Säure-Basen-Gleichgewichts.