Elektrolythaushalt +Säure-Basen-Haushalt

Überblick

Elektrolythaushalt• Natrium• Kalium• Calcium• Magnesium• Phosphat

Säure-Basen-Haushalt

Der Elektrolythaushalt

Normwerte im Blut:

• Natrium 135-145 mmol/l• Kalium 3.5-5.5 mmol/l• Calcium 1.0-1.3 mmol/l (als freies Ion)• Magnesium 0.5-0.7 mmol/l (als freies Ion)• Phosphat 0.8-1.5 mmol/l (als anorg. Phosphat)

Der NatriumhaushaltMechanismen der Natriumresorption in der Niere

Der NatriumhasuhaltMechanismen der Na+-Resorption im Darm

Isoformen:Darm: SGLT1Prox. Tubulus : SGLT2

Isoformen:apikal: NHE2/NHE3basolateral: NHE1

Der NatriumhaushaltMechanismen der Na+-Resorption im Darm

Isoformen:apikal: NHE2/NHE3basolateral: NHE1

Isoform im Sammelrohr der Niere !

Aldosteron fördert diese Art der Resorption !!!

Der KaliumhaushaltMechanismen der renalen Kaliumresorption und -sekretion

Abb. aus: S. Silbernagl : Die Funktion der Nieren.In : R. Klinke, S. Silbernagl : Lehrbuch der Physiologie, 3. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart - New York 2001, S. 315.

Der KaliumhaushaltK+-Transportmechanismen im Darm

Abhängig von der ENaC-vermittelten Na+-Resorption !

Der KaliumhaushaltK+-Transportmechanismen im Darm

Das Verhältnis der apikalen und basolateralen Leitfähigkeiten entscheidet, ob K+ nach basolateral rezirkuliert oder sezerniert wird.Aldosteron steigert die apikale Leitfähigkeit !

Diese Isoform der H/K-Pumpe wird durch Omeprazol nicht gehemmt !

Der CalciumhaushaltÜberblick

Abb aus: H. Oberleithner: Salz- und Wasserhaushalt In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 399.

Der CalciumhaushaltRegulation der Calcium-Phosphathomöostase

Abb aus: H. Oberleithner: Salz- und Wasserhaushalt In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 401.

Der CalciumhaushaltBildung von Calcitriol

Abb aus: H. Oberleithner: Salz- und Wasserhaushalt In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 400.

Der Säre-Basen-HaushaltBedeutung des pH-Wertes

1. Biochemische Reaktionen2. Enzyme3. Ionenkanäle4. Andere Ionen: insb. K+ und Ca++

5. Kontraktion von Skelett- und Herzmuskel6. Bindung von O2 und CO2 im Blut

Der pH-Wert hat eine große Bedeutung für nahezu alle physiologischen Vorgänge:

Chemische GrundlagenDefinition von Säuren und Basen

Definition nach Brønsted und Lowry:

Stoffe, die Protonen abgeben können, werden als Protonendonatoren oder Säuren bezeichnet.

Stoffe, die Protonen aufnehmen können, werden als Protonenakzeptoren oder Basen bezeichnet.

Chemische GrundlagenDefinition des pH-Wertes

pH = - log [H+]d.h. bei einem pH-Wert von 7.0 beträgt die Protonen-konzentration 100 nmol/l.Bei einem pH-Wert von 7.4 liegt die Protonen-konzentration bei 40 nmol/l.

Der Säre-Basen-HaushaltProtonenkonzentration und pH-Werte im Körper

IntrazellulärCytosol 7.2Lysosomen 5.5

Extrazellulärarterielles Blutplasma 7.4Magensaft 1.0Harn (niedrigster Wert) 4.5Pankreassekret 8.0

Regulation des pH-Wertes im BlutNormalbereich der Blutplasmawerte

Normalbereich pH 7,37 – 7,43

Azidose: pH < 7,37Alkalose: pH > 7,43

lebensbedrohlich: pH < 7,0 oder pH > 7,8

Chemische GrundlagenDefinition von Säuren und Basen

Starke Säuren (z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure) dissoziieren in Wasser vollständig und geben alle Protonen ab.

Schwache Säuren (z.B. Essigsäure, Milchsäure) dissoziieren je nach vorliegendem pH-Wert in unterschiedlichem Ausmaß

Chemische GrundlagenDissoziationsverhalten schwacher Säuren

HA H+ + A-

KD = [H+] [A-]

HA

pH = pK´ + log[A-]

HA

Für die Dissoziation schwacher Säuren gilt das Massenwirkungsgesetz:

Logarithmieren liefert die Henderson-Hasselbalch-Gleichung:

Chemische GrundlagenDissoziationsverhalten einiger physiologisch wichtiger Säuren/Basen-Paare

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 314.

Chemische GrundlagenPuffer

Puffer sind Substanzen, die H+- oder OH--Ionen binden oder abgeben und dadurch die pH-Veränderungen bei Zugabe oder Verlust von H+-oder OH--Ionen gering halten.

Chemische GrundlagenDefinition der Pufferkapazität

Ein Puffersystem hat eine bestimmte Pufferkapazität.

Diese hängt ab von:• der Gesamtkonzentration des Puffers• der Abweichung des pH-Wertes vom pK-Wert des Puffers

Chemische GrundlagenDefinition der Pufferkapazität

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 313.

Puffersysteme des BlutesÜbersicht

Gesamtpufferbasen (Normalwert: 48 mmol/l)

Bicarbonatpuffer (25.2 mmol/l)Bicarbonat (H2CO3/HCO3

-) pKs=6.1

Nichtbicarbonatpuffer (22 mmol/l)Phosphat (H2PO4

- /HPO42-) pKs=6.8

PlasmaproteineErythrocyten (insb. Hämoglobin)

Basenüberschuss = Differenz aus aktueller Konzentrationder Pufferbasen und dem Normalwert = ± 2 mmol/l

Puffersysteme des BlutespK-Werte von Aminosäure-Seitenketten

Aminosäure frei im ProteinAsp 3.68 3.7-4.0Glu 4.25 4.2-4.5His 6.0 6.7-7.1Cys 8.33 8.8-9.1Tyr 10.07 9.7-10.1Lys 10.53 9.3-9.5Arg 12.48

Puffersysteme des BlutesPufferung des pH-Wertes durch die Erythrocyten

Abb. aus G. Thews : Atemgastransport und Säure-Basen-Status des Blutes.In : R.F. Schmidt, G. Thews : Physiologie des Menschen, 26. Auflage, Springer Verlag, Berlin - Heidelberg - New York 1995, S. 614

Puffersysteme des BlutesKapazität der geschlossenen Puffersysteme

Bei einer Änderung des pH-Wertes von 1 l Blut um eine Einheit werden gebunden:• 1 mmol Protonen an Phosphat• 5 mmol Protonen an Plasmaproteine• 16 mmol Protonen an Hämoglobin

Puffersysteme des BlutesÜbersicht

Puffer Säure Base pKs

BicarbonatpufferBicarbonat H2CO3 HCO3

- 6.1

NichtbicarbonatpufferPhosphat H2PO4

- HPO42- 6.8

PlasmaproteineHistidin HisH+ His 6.7-7.1Cystein Cys-SH CysS- 8.8-9.1Erythrocyten

Puffersysteme des BlutesDer Bikarbonatpuffer

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 316.

Puffersysteme des BlutesDer Bikarbonatpuffer

pH = pK´ + log[A-][HA]

pH = 6.1 + log24 mmol/l

1.2 mmol/l

pH = 6.1 + log 20

pH = 6.1 + 1.3 = 7.4

Allgemein gilt:

Einsetzen der physiologischen Konzentrationen vonHCO3

- und CO2 liefert:

Puffersysteme des BlutesDie CO2-Äquilibrierungslinie

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 317.

Puffersysteme des BlutesDefinition der Standardbikarbonat-Konzentration

Aktuelle Bicarbonat-Konzentration = tatsächlich im Blutplasma des Patienten vorliegende HCO3

- Konzentration

Standardbikarbonat-Konzentration = HCO3- Konzentration, die sich

nach Äquilibrieren mit p(CO2) = 5.3 kPa (40 mmHg) bei O2-Sättigung und 37°C einstellt. Normwert = 24 mmol/l

Regulation des intrazellulären pHÜbersicht

Regulation des intrazellulären pHProtonen-Transportprozesse

Quantitativ wichtigster Transporter:Na+-H+-Austauscher(treibende Kraft: Na-Gradient)

Zur Überwindung größerer Gradienten wichtig:• K+-H+-Pumpe• H+-Pumpe (treibende Kraft: ATP-Hydrolyse)

Regulation des intrazellulären pHBikarbonat-Transportprozesse

Wichtigste Transportprozesse: • HCO3

-/Cl—Austauscher• Na+/HCO3

--Symporter

Das Säure-Basen-GleichgewichtÜbersicht

15 mol/d

50 mmol/d

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 312.

Säure-Basen-Regulation durch die NiereProtonensekretion

Säure-Basen-Regulation durch die NiereBikarbonat Resorption

Säure-Basen-Regulation durch die NiereAmmoniak-Ausscheidung

Säure-Basen-Regulation durch die NiereAmmoniak-Ausscheidung

Das Säure-Basen-GleichgewichtÜbersicht

15 mol/d

50 mmol/d

Regulation des pH-Wertes im BlutNormalbereich der Blutplasmawerte

Normalbereich pH 7,37 – 7,43

Azidose: pH < 7,37Alkalose: pH > 7,43

lebensbedrohlich: pH < 7,0 oder pH > 7,8

Das Säure-Basen-GleichgewichtCharakterisierung des Säure-Basen-Status

Das Säure-Basen-GleichgewichtNormwerte

Tabelle aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 320.

Das Säure-Basen-GleichgewichtDefinition des Standardbicarbonat-Wertes

Das Standardbicarbonat ist die Bicarbonat-Konzentration des Blutplasmas bei• einer normalen Temperatur von 37 °C• einer vollständigen Sättigung des Hämoglobins mit O2• einem CO2-Partialdruck von 40 mmHg

Das Säure-Basen-GleichgewichtDie CO2-Äquilibrierungslinie

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 317.

Das Säure-Basen-GleichgewichtDefinition des Basenüberschusses

Der Basenüberschuss (base excess, BE) gibt an, welche Menge an Säure (bzw. an Base bei einem negativem BE) nötig ist, um einen veränderten pH-Wert des Körpers wieder zurück auf den Normwert einzustellen.

Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichtes

Abb. aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 321.

Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichtes

Tabelle aus: P. Scheid: Säure-Basen-Gleichgewicht. In : Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, 5. Auflage, Thieme Verlag Stuttgart 2005, S. 321.

Ein Beispiel:

Bei einem Patienten ergibt sich in einer arteriellen Blutprobe folgende Befundkonstellation:

pH-Wert 7,49CO2-Partialdruck 4,1 kPa (31 mmHg)Standardbikarbonat 24 mmolBasenabweichung (base excess): 0 mmol/l

Welche Störung des Säure-Basenhaushaltes liegt vor?Was könnte die Ursache hierfür sein?

Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichtes

Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichtes

Bei der Untersuchung des Säure-Basen-Status im arteriellen Blut eines Patienten ergaben sich folgende Werte:pH: 7.50CO2-Partialdruck: 50 mmHgBasenüberschuß: +12 mmol/l

Es handelt sich hierbei um eine(A) voll kompensierte respiratorische Alkalose(B) teilweise kompensierte respiratorische Alkalose(C) respiratorische und nichtrespiratorische Alkalose(D) teilweise kompensierte nichtrespiratorische Alkalose(E) voll kompensierte nichtrespiratorische Alkalose