Skript zum Kompetenzfeld „ Säure-Basen-Haushalt“ - UK
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Skript zum Kompetenzfeld „ Säure-Basen-Haushalt“ Saskia Dominique Brengelmann Matrnr. : 4056841 1) Physiologie pH-Wert Definition: Negativer dekadischer Logarithmus der H+ (bzw. H3O+ ) -Konzentration • Der pH- Wert ist eine wichtige Größe, die vom Körper konstant gehalten muss: - Funktion vieler Proteine bzw. Enzyme ist pH-sensitiv Proteine ändern ihre 3D-Raumstruktur dadurch, dass Protonen sich in die Bindungen hineindrängen - Permeabilität der Membranen ist pH-sensitiv Offenwahrscheinlichkeit der Kanäle variiert Säure bewirkt eine Kraftabnahme des glatten Muskels Dilatation von Arterien • pH- Werte: - Blutplasma + Extrazellularraum: Intrazellularraum: 7,4 6,8 – 7,2 Schon geringe pH-Änderungen sind folgenreich. So ist im Plasma ein pH unter 7 nicht mehr mit dem Leben vereinbar. Was kann den pH-Wert verändern? - Vermehrtes CO2 aus Glykolyse und dem Citratzyklus O2-Mangel: Anaerobe Stoffwechselvorgänge Milchsäure entsteht Diabetes mellitus, Hungerstoffwechsel: Fettsäurenabbau Ketonkörper Puffer Definition: Substanzen, die H+- bzw. OH-- Ionen binden oder abgeben können und somit eine pH-Veränderung bei Zugabe von H+- oder OH- -Ionen gering halten. H+ + A- ↔ HA • Massenwirkungsgesetz: K= [H+] x [A-] / [HA] => Gleichgewichtskonstante Umformung zur Henderson-Hasselbach-Gleichung: [H+] = K x [HA] / [ A-] pH= pK – log [HA] / [ A-] pH= pK + log [ A-] / [HA] • Pufferkapazität ß: Gibt an, wie viele H+ je Liter einer Lösung pro Änderung des pH zugegeben werden kann: ß= d [A-]/ d pH = - d [HA]/d pH Erklärung: Zugegebene Menge an H+ binden an A- Zugegebene Menge von H+ ist gleich der Änderung von [A-]. Pufferkapazität hängt ab, von Gesamtkonzentration des Puffers Abweichung des pH vom pK des Puffers Hohe Pufferkapazität bei pK +/- 1 pH-Einheit Puffer des Körpers • Physiologisch wirksame Puffer müssen einen pK zwischen 6,0 und 8,0 besitzen Organische und anorganische Phosphate, Proteine, Bicarbonat/CO2- System 1) Phosphatpuffer H2PO4- ↔ H+ + HPO42- Phosphat ist intrazellulär ein guter Puffer, da er einen pK von 6,8 besitzt und ausreichend vorhanden ist. Liegt dort u.a. gebunden als Kreatin, ATP, Nucleinsäuren etc. vor Extrazellulär nur geringe Rolle aufgrund geringer Konzentrationen - Im Knochen als extrem alkalisches Salz gespeichert (Mobilisierung bei Azidose) Mit dem Urin werden jeden Tag Phosphat-Mengen ausgeschieden, die mit der Nahrung wieder zugeführt werden müssen Wichtigster Puffer des Urins 2) Proteine - Intrazellulär wichtig Komplexe Pufferkurve aufgrund unterschiedlicher pK-Werte Physiologisch wirksam: Histidin(!), Cystein und terminale NH2-Gruppe In Erythrozyten ist Hämoglobin der wichtigste Puffer. Es stellt den Hauptanteil der Proteine in Erythrozyten da. Bohr-Effekt: Zunahme der H+- Ionen (pH-Senkung) reduziert die Affinität der Erythrozyten zu O2 Im Gewebe (saurer pH) wird O2 abgegeben und in der Lunge (weniger sauer) aufgenommen. 3) Bicarbonatpuffer CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3- (Reaktion wird durch Carboanhydrase katalysiert, da sie hhfhfhfhfhfhfhfhfhfhfhfhfhfhf sonst zu langsam ablaufen würde) - Eigentlich schlechte Puffereigenschaften, da der pK bei 6,1 liegt Durch Lunge und Nieren werden die Konzentrationen von CO2 (1,2 mmol/l) und HCO3- (24 mmol/l bei PCO2= 40mmHg) konstant gehalten: pH= pk + log [ HCO3-] / [ CO2] pH= 6,1 + log 24 mM/ 1,2 mM= 7,4 Durch die Hilfe von Lunge und Atmung ergibt sich ein perfekter pH-Wert für die Pufferung. Offenes System: CO2 kann abgeatmet werden - CO2-Konzentration wird mit Hilfe des Henry-Gesetzes bestimmt: [ CO2] = αCo2 x PCo2 - Im geschlossenen System ist der Beitrag des Bicarbonatpuffers zur Pufferung nur gering und entstandene H+-Ionen werden durch Nichtbicarbonatpuffer gepuffert. Blut als Indikator • Blut durchströmt alle Gewebe und lässt somit einen mittleren Zustand aller Gewebe erkennen. • Wichtigster Puffer im Blut: CO2/HCO3- , Hämoglobin und Plasmaproteine Pufferbasen des Blutes (ca.48 mmol/l): Bicarbonat Hämoglobin Plasmaprotein Phosphatpuffer 52% 31% 15% 2% Messparameter: pH-Wert: Mit Hilfe einer pH-Elektrode: pH-Lösung mit konstantem pH Nernst-Gleichung zur Potential-Messung zwischen den unterschiedlichen pH´s PCo2: Membran, die selektiv für CO2 durchgängig ist Pufferbase(BB): Summe aller Konzentrationen der puffernden Anionen des Blutes Verteilung der Pufferbasen auf HCO3- und Nichtbicarbonatpuffer ist nicht konstant, sondern hängt vom PCo2 ab. Basenabweichung(BE): Differenz zwischen aktueller Pufferbase und Pufferbase nach Rücktitration des Blutes auf den pH-Wert des Plasmas (7,4) bei PCo2= 40mmHg und 37°. Aktuelles Bicarbonat: HCO3--Konzentration im Plasma des Vollblutes Standardbicarbonat: Äquilibrierung der Blutprobe mit „gesunder“ Luft (40 mmHg) Normwerte im Blut pH(Plasma) [ HCO3-]PL [ HCO3-]St BE Symbol PCo2 BB Einheit Normal von bis Mittelwert kPa mmHg - mmol/l mmol/l mmol/l mmol/l 4,3 6,0 32 45 7,37 7,45 20 27 21 26 -3 +3 42 54 5,3 40 7,4 24 24 0 48 Änderungen des Säure-Basen-Haushaltes • Respiratorische Veränderungen: - pH-Wert folgt jeder Änderung des PCo2 - Bei [ CO2] - Erhöhung entstehen gleiche Mengen an H+ und HCo3 In einer reinen Bicarbonat-Lösung führt eine Erhöhung des PCo2 kaum zu Veränderungen der HCO3--Konzentration, weil das neue Gleichgewicht schnell erreicht ist (H+ liegt im Gegensatz zu HCO3- in sehr kleinen Mengen vor). Im Normalfall liegen auch Nichtbicarbonatpuffer(NBP) vor, so dass es zur Co2Äquilibrierungslinie kommt HCO3- verändert sich auch, da H+ durch NBP gepuffert wird. • Nichtrespiratorische Veränderungen: - H+ oder OH- fallen vermehrt an, die aber nicht durch die Reaktion CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3 gebildet wurden Störungen des Säure-Basen-Haushaltes Azidose: pH-Wert erniedrigt (pH <7,37 Klinisch wichtig!) Alkalose: pH-Wert erhöht (pH >7,47) 1) Respiratorische Azidose • PCo2 ist erhöht -> Aktuelles Bicarbonat folgt der Erhöhung • BB bleibt unverändert BE und Standardbicarbonat auch Ursache: CO2-Retention durch Störung des Atemantriebs, der Atmung allgemein, etc. 2) Nicht respiratorische Azidose • Konzentration der H+-Ionen im Blut ist erhöht (z.B. bei Muskelarbeit) • Abnahme der HCO3-- Konzentration und der Nichtbicarbonatpuffer • Folglich ist BB erniedrigt und BE negativ • Primär ist PCo2 unverändert Ursache: Vermehrte Zunahme oder Bildung von Säuren, verminderte Ausscheidung oder vermehrter Verlust von Pufferbasen (z.B. bei Durchfall). Regulationsmechanismen • Die Auswirkung der Störung wird passiv und schnell durch Pufferung gemildert, während die aktive Kompensierung 1-2 Tage dauert. • Ziel der langfristigen Kompensation: Normalisierung des pH-Wertes (bzw. des Verhältnisses [HCO3-]/[CO2] = 20:1) es kommt zu Abweichungen der Bicarbonat-Konzentration und des PCo2 1) Nichtrespiratorische Azidose - Direkte gegenregulatorische Kompensation durch vermehrte Ausscheidung von H+ über die Niere bzw. vermehrte Glutaminaseaktivität (Vermehrung des NH4+gekoppelten H+-Verbrauchs der Niere) Pufferbasen werden zur Verfügung gestellt (nur möglich, wenn die Schädigung nicht in der Niere selber liegt) - Respiratorische Kompensation: Vermehrte Ventilation, durch pH-Absenkung induziert, führt zum Absinken von PCo2 und gleichzeitig weiterem Absinken des aktuellen [HCO3-] Verhältnis wird besser (KUSSMAUL’sche Atmung) 2) Respiratorische Azidose - Direkte gegenregulatorische Kompensation durch Stimulation der Atmung (soweit dies möglich ist) KUSSMAUL’sche Atmung - Renale Kompensation: Vermehrte Ausscheidung von H+ und NH4+ sowie ausvermehrte Rückresorption von HCO3 Nierenepitelzelle misst pH Transporte für H+ bzw. HCO3- sind pH-sensitiv Menge der gepufferten H+-Ionen, die ausgeschieden werden kann durch ausRücktitration des Harns zum pH des Plasmas bestimmt werden aus(Titrationsazidität) Erst wenn auch die Konzentrationen aller Stoffe wieder korrigiert sind, spricht man von einer vollständigen Kompensation! 2) Anästhesiologie: Respiratorische Störungen und Beatmung Atmung = Co2 – Regulation Fluchtverhalten • Katecholaminausschüttung – Herzzeitvolumen ↑ – Umverteilung der Durchblutung – CO2-Anfall mit drohender pH-Wert-Veränderung • Sofortige Erhöhung des Atemminutenvolumens – Direkte Mitinnervation des Atemzentrums beim Beginn von Muskelarbeit • Ziel: – Abatmung des vermehrt anfallenden CO2 – Konstanter pH-Wert Atmung und CO2 • Kleine Veränderungen des arteriellen PCo2 führen sofort zu pH-Veränderungen • Der PCo2 muss auf 40 mmHg eingestellt werden Veränderung der alveolären Ventilation • pCO2 > 40 mmHg: Reizung von Chemorezeptoren AMV-Erhöhung, damit Co2 abgeatmet werden kann Faustregel: ∆CO2= 1 mmHg ~ ∆pH = 0,008 Eine Veränderung des Pco2 von 1 mmHg führt zu einer pH-Änderung von 0,008 Hyper- und Hypoventilation Hyperventilation: Gesteigerte, der metabolischen Situation nicht angepasste alveoläre Ventilation mit vermehrter Abatmung von CO2 (Pco2 < 36 mmHg) Hypoventilation: Verminderte, der metabolischen Situation nicht angepasste alveoläre Ventilation mit reduzierter Abatmung von CO2 (Pco2 > 44 mmHg) Folglich: Respiratorische Alkalose: Alkalose auf Grund einer Hyperventilation (pH > 7,44; Pco2 < 36 mmHg) Respiratorische Azidose: Azidose auf Grund einer Hypoventilation (pH < 7,36; Pco2 > 44 mmHg) Ursachen respiratorischer Alkalosen 1) Direkte Reizung des Atemzentrums: Hyperventilationssyndrom Schwangerschaft Hirndruck Div. Komata 2) Reflektorische Reizung des Atemzentrums: Hypoxie Lungenfibrose Lungenstauung 3) Mechanisch: Iatrogene Hyperventilation Ursachen respiratorischer Azidosen 1) Neurologisch: ZNS Tumor, Trauma, Blutung, Intoxikation Rückenmark Periphere Nerven 2) Muskulär: Myasthenie Relaxation 3) Thorax/Atemwege: Thoraxdeformation Fremdkörper Aspiration Asthma Mucus Schmerzbedingt 4) Lunge: Pneumonie Lungenödem Zystenlunge Emphysem ARDS Höhenphysiologie • Mischungsverhältnis der Luft ist unabhängig von der Höhe Immer 21% Sauerstoff unabhängig von der Höhe ABER: PO2 wird in der Luft sowie in den Alveolen geringer Ab 2000 m Ventilationssteigerung Hypoxie als Trigger PROBLEM: Entwicklung einer respiratorischen Alkalose: Verminderung des PCo2 bei gleichzeitiger Erhöhung des PO2 Kritische Grenze liegt bei ca. 7000m und P02= 35 mmHg Höhenanpassung bzw. Höhenakklimatisierung Hypoxie Respiratorische Alkalose Alkalose Hypokapnie Aldosteronabnahme Verstärkte Erythropoese Atemantrieb Gewebsanpassung Hyperventilation, Puls steigt, HZV steigt Sekunden Vasokonstriktion, Linksverschiebung der O2Bindungskurve Minuten Glykolyse steigt, Laktat steigt -> Stunden Bicarbonatabgabe steigt in der Niere, kompensatorische metabolische Azidose Tage Salz- und Wasserverlust Hämokonzentration Tage Erythrocytenmasse steigt Wochen Nimmt zu Wochen Beim Menschen umstritten Wochen bis Monate Künstliche Beatmung( Anästhesie) • Anästhetika dämpfen ZNS reduzierter Atemantrieb Künstliche Beatmung während Allgemeinanästhesie, um respiratorische Azidose zu verhindern. Sicherstellung der Doppelfunktion der Atmung: Sauerstoffversorgung und Co 2Abgabe • Während einer Anästhesie kommt es zu einer Zunahme des Herzzeitvolumen aufgrund von Stress, Schmerzen etc. • Indikation zur künstlichen Beatmung ist die akute respiratorische Insuffizienz: 1) Partielle respiratorische Insuffizienz; P02 < 50 mmHg (Hypoxie) 2) Globale respiratorische Insuffizienz; P02 < 50 mmHg und PCo2 > 45 mmHg (Hypoxie und respiratorische Azidose) Bei einem akuten Notfall werden 2 Grundeinstellungen am Respirator durch den Notarzt eingestellt: 1. 100% Sauerstoff Physikalisch gelöster Sauerstoff 2. Hohes Atemminutenvolumen (10 l/min) 3) Innere Medizin: Metablische Azidosen und Alkalosen 1) Metabolische Azidose Respiratorisch teilweise kompensiert pH Pco2 Po2 HCO3BE K+ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ Azidose: HCO3- < 25 mmol/l, pH < 7,4 Ursachen: Verlust von Bicarbonat durch Durchfall, Ileus etc. oder verstärke Zufuhr von Säuren Klinisch sehr relevant Respiratorisch durch KUSSMAUL´sche Atmung kompensierbar (Schnell, sehr tiefe und geräuschvolle Atmung zur verstärkten CO2-Abatmung) 2) Metabolische Alkalose Respiratorisch teilkompensiert pH Pco2 Po2 HCO3BE K+ ↓ ↑ ↑ ↓ ↑ ↑ Alkalose: HCO3- > 25 mmol/l, pH > 7,4 Ursachen: Verlust von Säuren durch Erbrechen etc. oder verstärke Zufuhr von Basen Klinisch selten relevant Teilweise respiratorisch durch Hypoventilation oder metabolisch durch vermehrte HCO3- - Ausschüttung kompensierbar Anionenlücke Na+ - (Cl- + HCO3-) Beim gesunden Menschen beträgt die Anionenlücke etwa 12 +/- 2 mmol/l Hohe Anionenlücke bei Säureüberschuß: K U S M A U L Ketoazidose Urämie Salicylsäure Methanol Aethylglykol (Urämie) Laktat 1. Diabetische Ketoazidose Ursache: - Insulinmangel beim Typ I Diabetiker führt zur gestörten Kohlenhydratverwertung und erhöhtem Fettstoffwechsel - Anfallende Fettsäuren werden durch Betaoxidation zu Acetyl-CoA umgewandelt was wiederum zum besseren Transport in der Leber in Ketonkörper umgewandelt wird - Ketone sind sauer Coma diabeticum Befunde: - Kussmaul´sche Atmung - Acetongeruch (Gas ist flüchtig) - Polyurie - Hohe Anionenlücke - Exsikkose - Koma Therapie: - Volumensubstitution - Insulingabe - Kaliumsubstitution (sonst: Gefahr der Hypokalimie, da K+ im Gewebe durch H+ ausgetauscht wird und Insulin die Kaliumkanäle öffnet Herzrhythmusstörungen) 2. Urämie Ursachen: - Verminderte Ausscheidung von Säuren und Toxinen Befunde: - Kussmaul´sche Atmung - Übelkeit - Erbrechen - Hohe Anionenlücke - Koma Therapie: - Nierenersatztherapie= Dialyse 3. Salicylsäure: Ursachen: - Vermehrte Zufuhr von Aspirin (ASS), Suizidversuch Führt zum Tod durch Koma Befunde: - Kussmaul´sche Atmung - Hohe Anionenlücke - Toxikologische Untersuchung im Serum Therapie: - Nierenersatztherapie 4. Methanol Ursachen: - Falsche Temperatur bei Alkoholdestillieren - Wird in Leber zu Ameisensäure abgebaut - Tod durch Koma oder Leberversagen, da Ameisensäure= starkes Nervengift, dass zu Blindheit, Nervenausfällen etc führt. Befunde: - Kussmaul´sche Atmung - Hohe Anionenlücke - Toxikologische Untersuchung im Serum - Koma Therapie: - Medikamentös: Methylpyrazol, Ethanol ( Höhere Affinität zur Alkoholdehydrogenase der Leber und unterbindet den Abbau von Methanol zu sauren Produkten) - Nierenersatztherapie 5. Aethylglykol Ursachen: - Suche nach Alkohol von Alkoholikern - Suizidversuch - Wird in Leber zu Glyoxalsäure verstoffwechselt - Tod durch Koma oder Leberversagen durch toxische Stoffwechselprodukte Calciumoxalat führt zu akutem Nierenversagen Befunde: - Kussmaul´sche Atmung - Hohe Anionenlücke - Hohe Serumosmolarität Therapie: - Medikamentös: Methylpyrazol, Ethanol ( Höhere Affinität zur Alkoholdehydrogenase der Leber und unterbindet den Abbau von Methanol zu sauren Produkten) - Nierenersatztherapie 6. Laktatazidose Ursachen: - Vermehrte Laktatbildung bei Ischämie (Sauerstoffarmut) durch anaerobe Glykolyse - Führt meist zum Tod durch Grunderkrankung Befunde: - Kussmaul´sche Atmung - Hohe Anionenlücke - Laktatmessung im Serum - Koma Therapie: - Therapie der Grundkrankheit Differentialdiagnostik der metabolischen Azidose 1. Blutgasanalyse: Metablische Azidose 2. Na+, Cl Anionenlücke vergrößert 3. Urinstik, Kreatinin, Laktat Ketonkörper, Urämie, Laktat
