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Allgemeine Informationen

Definition Säure-Basen-Stoffwechsel

• Der Säure-Basen-Stoffwechsel beschreibt
  • die Einflüsse von Stoffwechsel-, Verteilungs- und Eliminationsvorgängen auf die Azidität des Bluts (und anderer Körperflüssigkeiten).
  • die Modifikation dieser Einflüsse durch Pufferung und Kompensation.

ICD-10

• E87.2 Azidose
• E87.3 Alkalose
• E87.4 Gemischte Störungen des Säure-Basen-Gleichgewichts
• E87.7 Sonstige Störungen des Wasser- und Elektrolytgehaltes, andernorts nicht klassifiziert

Grundlagen

• Eine stabile Konzentration an Wasserstoffionen ist für die normale Regulation metabolischer und enzymatischer Prozesse notwendig.¹
• Der pH-Wert des Extrazellulärraums wird daher in engen Grenzen gehalten, da nur so eine optimale Funktion von Zellen, Geweben und Organen gewährleistet ist.
• Die Regulation des pH-Wertes erfolgt über die
  • Kontrolle des arteriellen CO₂-Druckes (pCO₂) über die Lungen (schnell, Reaktionszeit Minuten).
  • Kontrolle des Plasmabikarbonats durch die Nieren (langsam, Reaktionszeit Stunden bis Tage).

Herkunft der Säuren

• Säuren entstehen im Rahmen des Stoffwechsels fortlaufend als volatile und nichtvolatile Säuren.
  • Kohlensäure über CO₂ aus der Glukose- und Fettsäureoxidation (Ruheumsatz und zunehmend bei körperlicher Belastung)
    • CO₂ wird vorwiegend gebunden in Erythrozyten transportiert und über die Lungen wieder abgeatmet.
  • nichtflüchtige Säuren aus Nahrung und Intermediärstoffwechsel mit Ausscheidung über die Niere

Puffersysteme

• Zur Aufrechterhaltung eines optimalen Milieus mit einem weitgehend konstanten pH dienen verschiedene Puffersysteme.
  • Bikarbonat-Kohlensäure-Puffer (schnell reagierend) ist mit einem Anteil von ca. 70 % am bedeutendsten.
  • Nicht-Bikarbonatpuffer, deren Konzentrationen im Gegensatz zum Bikarbonatpuffer nicht schnell angepasst werden können:
    • Hämoglobin
    • Plasmaproteine
    • Phosphat

Pulmonale und renale Kompensationsmechanismen

Pulmonale Kompensation

• Regulation über Atemzentrum und periphere Chemorezeptoren durch Verschiebungen des pH-Wertes
• Schnelles Einsetzen
• Steigerung der alveolären Ventilation kurzzeitig auf das 10-Fache möglich
• Eine Verminderung der Ventilation ist stärker begrenzt, da eine sich dadurch schließlich ergebende Hypoxämie das Atemzentrum wieder stimuliert.

Renale Kompensation 

• Erfolgt sowohl bei respiratorischen als auch metabolischen Störungen.
• Langsames Einsetzen, klinische Wirksamkeit frühestens nach Stunden
• Drei Regelkreise zur renalen Kompensation:
  1. gesteigerte Rückresorption von Bikarbonat
  2. gesteigerte Exkretion fixer Säuren über H₂PO₄-
  3. gesteigerte Bildung von Ammoniak

Ursachen für Veränderungen des Säure-Basen-Haushaltes

• Störungen des normalen Säure-Basen-Gleichgewichts können verursacht sein durch:
  • verstärkten Anfall von H⁺-Ionen (z. B. Laktatazidose)
  • verminderte Elimination von H⁺-Ionen (z. B. Niereninsuffizienz)
  • Verlust an H⁺-Ionen (z. B. Erbrechen)
  • Verlust von Bikarbonat (z. B. Diarrhö)
  • verminderte Ausscheidung von Bikarbonat (z. B. bei Chloridmangel)
  • verstärkte Zufuhr von Bikarbonat (z. B. Infusionen)
  • Anstieg des pCO₂ bei alveolärer Hypoventilation
  • Abfall des pCO₂ bei alveolärer Hyperventilation.

Analyse von Säure-Basen-Störungen

• Die traditionelle Interpretation von Säure-Basen-Störungen beruht auf der Henderson-Hasselbalch-Gleichung, die den Zusammenhang zwischen pH, arteriellem CO₂-Partialdruck (pCO₂) und Bikarbonat-Ionen (HCO₃-) beschreibt.
• Neben diesem konventionellen Säure-Basen-Modell gibt es das neuere Konzept nach Stewart.
  • Integrativer Ansatz von Säure-Basen- und Elektrolytstörungen, der allerdings komplexer ist und sich daher in der Routine bislang nicht durchgesetzt hat. 

Terminologie

• Im klinischen Alltag wird bei Abweichungen vom normalen pH im Allgemeinen von Azidose oder Alkalose gesprochen.
• Streng genommen handelt es sich bei Blut-pH-Werten < 7,35 um eine Azidämie, bei Blut-pH > 7,45 um eine Alkalämie.
• Azidosen und Alkalosen sind die Prozesse, die zu einer Verschiebung des pH-Wertes führen können (in der Gesamtbilanz aber nicht müssen).
• Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann somit
  • nur entweder eine Alkalämie oder eine Azidämie oder ein ausgeglichener pH-Wert vorliegen.
  • gleichzeitig mehrere Azidosen und Alkalosen nebeneinander bestehen.

Klinische Auswirkungen

• Die Bedeutung von Verschiebungen des pH im Blut besteht letztlich in den pathophysiologischen Auswirkungen.
  • Azidämie
    • kardiovaskuläres System
      • Kontraktilität ↓
      • Herzzeitvolumen ↓
      • Blutdruck ↓
    • Stoffwechsel
      • Insulinresistenz ↑
    • ZNS
      • Bewusstseinsstörung, Koma
  • Alkalämie
    • kardiovaskuläres System
      • arrhythmogen
      • Angina pectoris
    • Stoffwechsel
      • anaerobe Glykolyse ↑
    • ZNS
      • zerebraler Blutfluss ↓
      • erniedrigte Krampfschwelle
      • Bewusstseinsstörung, Koma

Problemstellung für die ärztliche Arbeit

• Störungen des Säure-Basen-Haushalts sind häufig, werden jedoch im Alltag nicht selten übersehen.
• Dies ist auch dadurch bedingt, dass Ärzt*innen die Interpretation des Säure-Basen-Haushalts als aufwändig und kompliziert wahrnehmen.
• An Störungen des Säure-Basen-Haushalts ist z. B. zu denken bei Patient*innen mit:
  • Niereninsuffizienz
  • Diabetes mellitus
  • COPD/Emphysem
  • Durchfällen
  • häufigem Erbrechen
  • Leberzirrhose.
• Mit der Blutgasanalyse besteht ein grundsätzliches einfaches Werkzeug zur zunächst formalen Analyse einer Säure-Basenstörung mit anschließender differenzialdiagnostischer Einordnung.
• Eine Blutgasanalyse steht normalerweise nicht in der Hausarztpraxis zur Verfügung.

Blutgasanalyse (BGA) bei Spezialist*innen

• Basis der Säure-Basen-Diagnostik ist die arterielle BGA (alternativ Kapillarblut aus dem hyperämisierten Ohrläppchen).
  • venöses Blut zur Beurteilung nicht geeignet
• Die zentralen Parameter einer BGA sind pH-Wert, Bikarbonat (und Basenabweichung), pCO₂ und pO₂.
  • Die Basenabweichung oder Base Excess (BE) gibt den Überschuss oder Mangel an pufferaktiven Basen an: Menge an Pufferbase (oder Säure), die bei standardisierten Bedingungen (pCO₂ 40 mmHg, Temperatur 37 °C) zugeführt werden muss, um einen pH-Wert von 7,4 zu erreichen.
• Darüber hinaus werden routinemäßig bestimmt: Elektrolyte (Natrium, Kalium, Chlorid), Glukose, Hämoglobin (Hb) und Laktat.
• Abhängig vom Gerät können weitere Parameter bestimmt werden: vor allem die Anionenlücke sowie Methämoglobin und CO-Hämoglobin.

Normwerte der BGA

• pH: 7,36−7,44
• Standard-Bikarbonat: 22−26 mmol/l (BE ± 2 mmol/l)
• pCO₂: 35−45 mmHg
• pO₂: 75−100 mmHg

Bestimmung des Säure-Basen-Status

• Die Beurteilung des Säure-Basen-Status beruht primär auf pH, Bikarbonat (BE) und pCO_2, für die klinische Gesamtbeurteilung ist aber natürlich auch der pO₂ essentiell.
• Systematisches Vorgehen ist hilfreich für eine rasche und zuverlässige Aussage zum Säure-Basen-Status.
• Folgende Fragen sind zu beantworten:
  • Ist der pH sauer oder alkalisch?
  • Besteht eine primär metabolische oder respiratorische Störung?
  • Gibt es eine kompensatorische Gegenregulation?
  • Besteht eine kombinierte Störung?
• Bei einfachen (d. h. nicht kombinierten) Säure-Basen-Störungen helfen folgende Grundregeln:
  • Bei metabolischen Störungen sind Bikarbonat (BE) und pCO₂ gleichsinnig zum pH verändert.
    • metabolische Azidose: pH↓, Bikarbonat (BE)↓, pCO₂↓ (Kompensation)
    • metabolische Alkalose: pH↑, Bikarbonat (BE)↑, pCO₂↑ (Kompensation)
  • Bei respiratorischen Störungen sind pCO₂ und Bikarbonat (BE) gegensinning zum pH verändert.
    • respiratorische Azidose: pH↓, pCO₂↑, Bikarbonat (BE)↑ (Kompensation)
    • respiratorische Alkalose: pH↑, pCO₂↓, Bikarbonat (BE)↓ (Kompensation).
• Allerdings können auch kombinierte Störungen vorliegen oder eine fehlende Kompensation, sodass sich weitere Konstellationen ergeben.
• Zur Beurteilung einschließlich auch komplexerer Störungen kann z. B. nach folgendem Schema vorgegangen werden:^2-3

Schritt 1: Wie ist der pH?

• Im ersten Schritt wird betrachtet, ob eine Azidose oder Alkalose vorliegt.
• pH ≤ 7,35: Azidose 
• pH ≥ 7,45: Alkalose

Schritte 2 und 3: Betrachtung von Bikarbonat (BE) und pCO₂

• Zunächst wird durch Betrachtung von Bikarbonat (bzw. BE) die Anzahl der möglichen Störungen weiter eingegrenzt.
• Durch weitere Zuordnung des pCO₂-Wertes ergibt sich schließlich die definitive Säure-Basen-Störung.

Azidose (pH ≤ 7,35)

• Bikarbonat (BE)↓
  • pCO₂↓: metabolische Azidose mit respiratorischer Kompensation
  • pCO₂ normal: metabolische Azidose ohne Kompensation
  • pCO₂↑: kombiniert metabolisch-respiratorische Störung
• Bikarbonat (BE) normal
  • pCO₂↑: respiratorische Azidose
• Bikarbonat (BE)↑
  • pCO₂↑: respiratorische Azidose mit renaler Kompensation

Alkalose (pH ≥ 7,45)

• Bikarbonat (BE)↑
  • pCO₂↑: metabolische Alkalose mit respiratorischer Kompensation
  • pCO₂ normal: metabolische Alkalose ohne Kompensation
  • pCO₂↓: kombinierte respiratorisch-metabolische Alkalose 
• Bikarbonat (BE) normal
  • pCO₂↓: respiratorische Alkalose
• Bikarbonat (BE)↓
  • pCO₂↓: respiratorische Alkalose mit renaler Kompensation

Schritt 4: Betrachtung der Anionenlücke

• Die Betrachtung der Anionenlücke ist vor allem für die weitere Eingrenzung von metabolischen Azidosen von Bedeutung.
  • Entspricht der Fraktion der nicht messbaren Anionen (z. B. Albumine, Sulfate, Phospate).
  • Säuren, die krankheitsbedingt zu einer Vergrößerung der Anionenlücke führen können, sind z. B. Laktat (Milchsäure), Hydroxybuttersäure (Ketone).
• Im Einzelfall kann sie aber auch der einzige Hinweis auf eine Störung des Säure-Basen-Haushaltes sein.
  • pH, pCO₂ und HCO3 – können u. U. auch bei schweren gemischten Störungen normal sein.
• Die Anionenlücke wird vom Analysegerät häufig automatisch bestimmt, ansonsten kann sie berechnet werden: AG = [K⁺] + [Na⁺] – [Cl^–] – [HCO₃^–]
• Normwert: 11–12 mmol/l

Plausibilitätskontrolle

• Es gibt Fehlermöglichkeiten bei Abnahme und Verarbeitung der Blutprobe, z. B. Luftblasen, unzureichende Probendurchmischung, Lagerung der Probe vor der Messung, Hämolyse u. a.
• Vor therapeutischen Entscheidungen sollten die Ergebnisse der BGA daher immer auf ihre Plausibilität im klinischen Kontext überprüft werden.
• Auch hier gilt der Grundsatz: Behandle Patient*innen, keine Laborparameter!

Weitere Differenzialdiagnostik der einzelnen Säure-Base-Störungen

• Im Anschluss an die primäre Eingrenzung der Säure-Basen-Störung erfolgt die weitere ätiopathogenetische Zuordnung.
• Zu weiteren Details hierzu siehe die Artikel:
  • Metabolische Azidose
  • Metabolische Alkalose
  • Respiratorische Azidose
  • Respiratorische Alkalose

Indikationen zur Überweisung/Klinikeinweisung

• Überweisung zur Blutgasanalyse, je nach Grunderkrankung z. B. an Praxis für Pulmologie oder Nephrologie
• Die Entscheidung zur Überweisung/Klinikeinweisung erfolgt im klinischen Kontext.
• Bereits länger bestehende, zumindest teilkompensierte Störungen (z. B. bei chronische Niereninsuffizienz) können auch ambulant weiter abgeklärt und behandelt werden, zumeist steht die Behandlung der Grunderkrankung im Vordergrund.
• Akute Störungen, meistens auf der Basis schwerer akuter Erkrankungen, bedürfen der raschen stationären Einweisung und ggf. auch intensivmedizinischen Behandlung.