Der Säure-Basen-Haushalt 2: Puffersysteme im Körper

Eingestellt von am 20.08.2013
säure-basen-gleichgewicht_02

Willkommen zum zweiten Teil unserer Reihe zum Thema Säure-Basen-Haushalt.

Heute geht’s um die im ersten Teil bereits angesprochenen lebenswichtigen Puffersysteme.

 

Tipp: Wer das, was jetzt kommt wirklich nachvollziehen möchte, sollte in jedem Fall noch einmal in den ersten Teil hineinschauen …

Wer das gemacht hat, darf nun weiterlesen:

Puffersysteme im Körper

Ohne Puffer geht es nicht.

Ohne Puffer ist es unserem Organismus nämlich nicht möglich, die „optimalen“ pH-Werte dauerhaft aufrecht zu erhalten.

Und damit hätten wir auch schon die Aufgabe eines Puffers definiert. Sie lautet: Konstanthaltung des pH-Wertes einer Lösung bei Änderungen der Säure-Base-Zusammensetzung. Konkret bedeutet das: Gelangt eine Säure in die Lösung werden die zusätzlichen Protonen (H+) abgepuffert, gelangt hingegen eine Base in die Lösung werden die zusätzlichen Hydroxylionen abgepuffert.

Nur durch diesen Mechanismus bleibt das System im optimalen Zustand. Andernfalls, sprich: ohne diese Pufferkapazität würde z.B. jede saure bzw. basische Speise zu einer drastischen Veränderung pH-Werts führen …

 

Der menschliche Organismus verfügt über verschiedene Puffersysteme. Das „wichtigste“ Puffersystem ist der Kohlensäure- / Bicarbonat-Puffer. (Fast) jede Veränderung der Wasserstoffionenkonzentration kann durch eine Sofortreaktion dieses Puffersystems normalisiert werden.

Und genau das schauen wir uns jetzt einmal genauer an.

Kohlensäure- / Bicarbonat-Puffer

Erhöht sich die H+-Konzentration, z.B. durch die Verstoffwechselung von Kohlenhydraten (Glukose), Fetten oder Proteinen, wird das Säure-Basen-Gleichgewicht gestört. Der ehemals optimale Zustand ist also „in Gefahr“ – und muss bewahrt, d.h. wieder hergestellt werden. Die Folge: Mit Hilfe von Bicarbonat (Hydrogencarbonat) werden die hinzukommenden H+ -Protonen abgefangen, oder besser: abgepuffert, indem sie zu Kohlensäure umgewandelt werden. Die Wasserstoffionenkonzentration wird also gesenkt.

Die dazu passende schematische Formel sieht folgendermaßen aus:

A) HCO3 (Bicarbonat) + H+ (hinzukommende Wasserstoffionen) -> H2CO3 (Kohlensäure).

Das Ganze funktioniert praktischerweise auch umgekehrt, gesetzt der Fall es kommen zu viele Hydroxylionen hinzu:

B) H2CO3 (Kohlensäure) + OH  (hinzukommende Hydroxylionen) -> HCO3 (Bicarbonat) + H2O (Wasser).

 

Formeln hin, Formeln her …

Wirklich wichtig ist Folgendes: Stoffe, die sich durch Aufnahme bzw. Abgabe von Protonen (H+), INEINANDER umwandeln, werden als Puffersystem bezeichnet.

Solche Puffersysteme, auch konjugierte Säure-Basen-Paare genannt, bestehen aus ZWEI Stoffen, die durch Aufnahme (Protonierung) bzw. Abgabe (Deprotonierung) von Protonen, in der Lage sind, pH-Wert-Änderungen gezielt auszugleichen.

 

Ein kleiner Ausflug.

Auch das Gas CO2 kann zu diesem System gezählt werden. Denn überall dort wo Säuren und Basen transportiert werden, also z.B. in unseren Erythrozyten (rote Blutkörperchen), sitzen Enzyme, die die Reaktion von CO2 und H2O zu Bicarbonat und H+ katalysieren. Die Konzentration an gelösten CO2 lässt sich aus dem Partialdruck des CO2 berechnen. Bicarbonat stellt hier also den „Basenanteil“, CO2 den „Säureanteil“ des Bicarbonat-Puffers im Blutplasma dar.

 

Im menschlichen Körper fallen unter „ganz normalen“ Bedingungen täglich 50-100mml Säuren an, dazu kommen noch einmal 13-20 mol CO2:

  • Im Kohlenhydrat- und Lipidstoffwechsel (Fettstoffwechsel) fallen beim vollständigen Abbau Wasser und Kohlendioxid an, die im Blutplasma – wie soeben erläutert, als Bicarbonat und H+ vorliegen.
  • Durch den Abbau von Proteinen fällt NH3 (Ammoniak) an, dass zu NH4+ (Ammonium) protoniert. Die schwefelhaltigen Aminosäuren Methionin und Cystein liefern Schwefelsäure, phosphathaltige Verbindungen liefern Phosphorsäure.
  • Bei einer Sauerstoffunterversorgung entstehen Milchsäure und Ketonkärper.

Langer Rede, kurzer Sinn: Säuren fallen ständig an. Das ist ein völlig normaler Vorgang, auf den unser Organismus „perfekt“ vorbereitet ist.

KEIN GRUND ZUR SORGE.

Die Sachlage ändert sich schlagartig, wenn es zu einer dauerhaften Zufuhr „säureüberschüssiger“ Substanzen kommt. Darauf nämlich ist unser Organismus nicht vorbereitet.

Hinter der schönen Redewendung „dauerhafte Zufuhr säureüberschüssiger Substanzen“ steckt nichts anderes als ein Zuviel. Und zwar ein Zuviel an Denaturiertem. Ein Zuviel an Prozessiertem. Ein Zuviel an Tierischem. Ein Zuviel an Getreide. Vor allem aber: ein Zuviel an Stress. 

Stress und Hektik sind unmittelbar wirkende Säureeinflüsse, „Säureeinfluss pur“ sozusagen.

 

Mehr zur Ernährung gibt es beim nächsten Mal.

Jetzt geht’s zurück zu den Puffersystemen.

Nicht-Bicarbonat-Puffer

Zu den Nicht-Bicarbonat-Puffern, die insgesamt etwa ein Viertel der gesamten Pufferkapazität ausmachen, zählen

  • Hämoglobin- / Hämoglobin (Hb- / Hb-H), das als weiterer wichtiger Blutpuffer agiert.
  • Proteinat / Protein (Proteinat- / Protein); hier vor allem das Albumin, das im Blutplasma wirkt.
  • Hydrogenphosphat / Dihydrogenphosphat (HPO4 2- / H2PO4-), das in erster Linie im Urin wirkt.

 

Unterstützt wird das Kohlensäure- / Bicarbonat-Puffersystem durch Lunge, also Atmung und Niere.

Und genau das schauen wir uns zum Abschluss an.

Es geht schnell … Versprochen.

Regulation durch Atmung und Nieren 

Steigt die Wasserstoffionenkonzentration und infolgedessen die Kohlensäurekonzentration im Blut (s. oben unter A), kann durch ein schnelleres und tieferes Atmen (Hyperventilation) das überschüssige Kohlenstoffdioxid mit der Atemluft abgegeben werden.

Sinkt dagegen die Wasserstoffionenkonzentration und somit die Kohlensäurekonzentration der Körperflüssigkeiten (s. oben unter B), reagiert das Atemsystem mit einer Hypoventilation. Dabei wird vermindert Kohlenstoffdioxid abgegeben – bis der normale pH-Wert wieder erreicht ist.

 

Zum Thema Hyper- bzw. Hypoventilation ein Tipp: Kauft euch das Buch „Befreite Atmung“ von Christian Opitz. Er macht hier auf einige sehr interessante Fehler in unserer Atmung aufmerksam, an der fast alle Menschen leiden – und die bisher kaum Beachtung finden. Lösungswege inklusive… Es lohnt sich. Glaubt mir!

 

Und jetzt noch zu unserer Niere, die wir in einem Satz „abfrühstücken“: Unsere Niere ist in der Lage Wasserstoffionen (H+) an Ammoniak (NH3) zu binden und über den Harn als Ammonium (NH4) auszuscheiden.

 

Normbereiche

Nachdem wir nun sehr theoretisch waren, zum Abschluss noch einige sehr praktische Hinweise.

Es geht um Zahlen. Zahlen. Zahlen.

Und wie immer sind diese mit Vorsicht zu genießen, denn es handelt sich im Folgenden um sogenannte „Normalwerte“ … In diesem Fall ermittelt im Wege der venösen Blut-Titration. (Es gibt natürlich noch weitere Messverfahren.)

ph-Wert des Blutes (pHB)

Der Wert des Vollbluts soll im Normbereich zwischen 7,35 und 7,5 liegen.

Natürlicherweise unterliegt dieser Wert starken Schwankungen, so z.B. nach dem Essen oder nach (sportlichen) Anstrengungen.

Der pH-Wert des Blutes allein lässt keine Aussage über eine Gewebeazidität zu. Der pH-Wert des Blutplasmas spielt eine rolle nur im Rahmen einer Messreihe.

Pufferkapazität Blut (PB)

Hier wird ein Normbereich zwischen 47 und 56 mmol/l postuliert. Auch diese Werte werden selten erreicht.

Zur Beurteilung der gemessenen Werte sollte in jedem Fall auch der Hämoglobinwert berücksichtigt werden. Wie gesagt, Hämoglobin oder besser: der Hämoglobinatpuffer macht immerhin 35% des Blutpuffersystems aus.

Pufferkapazität Plasma (PPL)

Hier liegt der Normbereich zwischen 27 und 36 mmol/l. Auch diese Werte werden nur selten erreicht.

Intrazellulärpuffer (IZP)

Als normal gilt, was unterhalb von 20 mmol/l liegt. Der IZP ermöglicht einen Rückschluss auf den Säurezustand der Gewebe.

Basenüberschuss (BE)

Er gibt den freien Überschuss an Basen an. Ein idealer Wert wird bei 28 mmol/l postuliert.

 

So. Das war’s für heute.

Nächste Woche geht’s ans Eingemachte.

Wir wenden uns der Ernährung zu – und damit: (auch) dem grünen Smoothie.

 

Bis dahin!
Carlos

Carlos

Carlos

Carlos trinkt seit vielen Jahren Grüne Smoothies und ist Blogger der ersten Stunde von GrüneSmoothies.de. Als ausgebildeter Ernährungs- und ganzheitlicher Gesundheitsberater sowie Personal Coach beschäftigt er sich intensiv mit den Zusammenhängen zwischen Ernährung und Gesundheit. Ihn zeichnet seine leidenschaftliche Skepsis und Neugierde aus, denn er will es meistens ganz genau wissen.
Carlos vertritt die Auffassung, dass „Ernährung die vielleicht wichtigste Variable zur Gesunderhaltung ist, auf die jeder Mensch am besten Einfluss nehmen kann.“ Grüne Smoothies sind für ihn ein wesentlicher Bestandteil einer gesunden Ernährung, weil sie den Körper natürlich, einfach und wirkungsvoll mit allem versorgen, was er für einen guten Start in den Tag braucht.

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2 Kommentare

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Vielen Dank für den Beitrag, der über einen wichtigen Mechanismus im menschlichen Körper aufklärt.Es wird in einfachen Worten gut erklärt, was Aufgabe von Puffern in Blut ist und wie sie funktionieren.

Leider gibt es in den Formulierungen ein paar chemische Ungenauigkeiten.

Während die Aufgabe des Puffers sehr gut erfasst wurde, ist die Definition nicht zutreffend. Stoffe, die sich durch Protonenabgabe bzw. deren Aufnahme ineinander umwandeln können, bezeichnet man tatsächlich als konjugierte Säure-Base-Paare. Nur das vorliegen eines solchen Paares macht allerdings nocht keinen Puffer aus. Vor allem schwache Säuren, zu denen Kohlensäure gehört (pKs = 6,52) zeichnen sich durch ein stark auf Seiten der Säure verschobenes Dissozioations-Gleichgewicht aus (H2CO3 <-- HCO3- + H+; Diese Reaktionsrichtung ist bevorzugt). Kohlensäure dissoziiert also nur in geringen Anteil zu Bicarbonat und Wasserstoff-Ionen. Das macht das System anfällig für Übersäuerung. Die Pufferwirkung ist quasi nicht vorhanden.

Wichtig für einen Puffer ist, dass sowohl die schwache Säure, als auch die konjugierte Base in etwa gleichen Konzentrationen vorliegen (1:1 ist das ideale Pufferverhältnis). Sonst besteht die Pufferwirkung nur in eine Richtung. Im Fall der Kohlensäure würde nur die Alkalose abgepuffert, die Acidose jedoch kaum.

Außerdem wäre es fachlich falsch zu sagen, dass CO2 den "Säureanteil" des Puffers darstellt, das CO2 per Definition keine Säure sein kann. Das Molekül besitzt kein H, das abgegeben werden könnte. Die zugehörige Säure in diesem System ist die Kohlensäure, die zugegebenermaßen nicht stabil ist und sehr schnell in CO2 und Wasser zerfällt.

Zum Schluss ist mir noch ein kleiner Widerspruch aufgefallen: Oben wird bei den Nicht-Bicarbonatpuffern angesprochen, dass sie 25% der Puffer ausmachten, weiter unten aber allein der Hamobloginat-Puffer mit 35% veranschlagt.

Anne von GrüneSmoothies.de

Liebe(r) T.F.,
vielen Dank für Deine ausführliche Rückmeldung zu diesem komplexen Thema und Deine wertvollen chemischen Ergänzungen. Gerne gebe ich dies an den Autor des Artikels, Carlos, weiter.
Mit den besten Grüßen
Anne