Physiologie: Säure-Base-Regulation

\(pH = {pK_s + log_{10}} {[Pufferbase]\over [Puffersäure]}\)Henderson-Hasselbalch

Wenn pH = pK, dann ist [Puffersäure]=[Pufferbase], d. h, eine Hälfte des Puffers ist als Säure und eine Hälfte als Base vorhanden. Unter diesen Umständen ist die Pufferwirkung optimal, da für zugegebene (starke) Säuren und Basen die grössten Reserven an Pufferbase beziehungsweise Puffersäure vorliegen. 

Massgebend für die Wirkung eines Puffers sind:

• pKs
• Pufferkonzentration: [Puffer] = [Puffersäure] + [Pufferbase] 

Ideal:

• pKs des Puffers stimmt mit dem pH überein, den man regeln will
• [Puffer] ist so hoch wie möglich 

CO₂ + H₂O ⇔ HCO₃^- + H⁺      pKs = 6.1 

• CO₂ Reguliert über Lunge
• HCO₃^- Reguliert über Niere

Normalwerte:

• [HCO -] = 24 mmol/L
• pCO₂ = 40 mmHg 

Unter normalen Bedingungen liegen 95% des Puffers als Base (HCO -) vor. Dies ergibt eine hohe Kapazität, um Säuren zu puffern. 

Der Phosphat Puffer ist wichtig als intrazellulärer Puffer und als Harnpuffer, er ist aber weniger wichtig für den extrazellulären Raum 

Selbst in einem Protein eingebaut, verfügen gewisse Aminosäuren über Carboxy- oder Aminogruppen in ihrem Radikal, mit pKs ~7. Beispiel: Histidin 

Dank seines hohen Histidinanteils und seiner hohen Konzentration im Blut weist Hämoglobin eine hohe Pufferkapazität auf (6x die der restlichen Plasmaproteine).
Sein pKs hängt von seiner Oxygenierung ab.
Zudem kann Hämoglobin CO2 binden -> Transport nicht nur von O2 aber auch von CO2. 

In den Geweben wird O2 abgegeben. Das erhöht die Affinität des Hämoglobins für CO₂ an Aminogruppen und für H⁺ (pKs steigt). Die Aufnahme von CO₂ wird somit begünstigt. 

HCO3 - wird gegen Cl- über einen HCO3 -/Cl- Antiport ausgetauscht. Die zunehmende [HCO3 -] im Zytoplasma treibt den Efflux von HCO3 -. 

CO2 (klein, apolar) diffundiert leicht durch die Erythrozytmembran. 

In der Lunge wird O2 aufgenommen. Das erniedrigt die Affinität des Hämoglobins für CO2 und für H+ (pKs sinkt). Die Abgabe von CO2 wird somit begünstigt. 

Die abnehmende [HCO -] im Zytoplasma treibt den Influx von HCO -. 

Bikarbonat wird im Glomerulus frei filtriert (ca. 4 mol/Tag !) Dieses Bikarbonat sollte resorbiert werden.

Im proximalen Tubulus wird aber das filtrierte Bikarbonat eigentlich nicht resorbiert, sondern durch die Sekretion von neuem Bikarbonat ins Blut ausgeglichen. In den Epithelzellen entsteht das neue HCO3^- aus CO2 + H2O (Enzym: Carboanhydrase, CA). Das HCO3^- wird basolateral mit Na+ transportiert (Na+/3HCO3 --Symport) und gegen Cl ausgetauscht (HCO3 /Cl -Antiport).
Der intrazellulär entstehende H+ wird apikal gegen Na+ ausgetauscht (Na+/H+-Antiport) oder mit einer Pumpe (H+ V-ATPase) ins Lumen gepumpt. Im Lumen "neutralisiert" H+ das filtrierte HCO3^- (es entsteht wieder CO2 + H2O). 

Im kortikalen Sammelrohr gibt es sogenannte Zwischenzellen vom Typ A und B, die der Regulation des pH-Wertes und der HCO - dienen. Zwischenzellen vom Typ A sekretieren H+ aktiv mit einer apikal gelegenen H+/K+-Pumpe und einer H+ V-ATPase. HCO - wird basolateral gegen Cl- ausgetauscht oder über einen Na+/HCO3 -/CO2--Symport ins Interstitium abtransportiert (CO 2-: Karbonat). Zwischenzellen vom Typ B können HCO3 - in den Harn und aktiv H+ ins Interstitium sezernieren. In diesen Zellen liegt die H+/K+-Pumpe in der basolateralen Membran und der HCO3 - /Cl--Antiport in der apikalen Membran.  

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• a  = primäre Säure-Basen-Störungen
• b  = sekundäre Kompensationen 

• 1 Nichtrespiratorische Azidose
• 2 Nichtrespiratosche Alkalose
• 3 Respiratorische Azidose
• 4 Respiratorische Alkalose 

Respiratorische Einflüsse ändern die pCO2, den BE aber nicht. Metabolische Einflüsse ändern den BE, den pCO2 aber nicht