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Chemie für Mediziner: Säuren und Basen

Exkurs: Säure-Basen-Haushalt

Die durch den Stoffwechsel umgesetzte Menge H3O+-Ionen ist beachtlich: Im Ruhezustand 15.000mmol pro Tag, bei körperlicher Anstrengung deutlich mehr. Ein paar Zahlen zur Veranschaulichung: Die Menge würde ausreichen, um 15 Liter destilliertes Wasser auf einen pH von 0 anzusäuern. Die Quelle der freigesetzten H3O+-Ionen ist in erster Linie das Kohlendioxid, das bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen frei wird und im Wasser zu Kohlensäure reagiert. Die Stoffmenge von 15.000mmol freigesetztem Kohlendioxid entspricht einer Masse m von 450 Gramm umgesetztem Traubenzucker (Glucose). Berechnung: Die Molmasse der Glucose (C6H12O6) ist 180 gmol-1 . Ein mol freigesetztes Kohlendioxid entspricht 1/6 mol umgesetzte Glucose, also gilt m(Glucose) = (180 gmol-1 · 15 mol) / 6 = 450 g.

Eine weitere H3O+-Quelle sind auch organische Säuren und Schwefelsäure, die als nichtflüchtige Säuren zusammengefasst werden. Die Schwefelsäure entsteht beim Abbau von Aminosäuren mit Thiolgruppen (Methionin, Cystein). Im Blut ermöglichen zwei Vorgänge, dass der pH im gesunden Organismus trotzdem konstant bleibt:

  1. die Abpufferung der H3O+-Ionen, die beim Stoffwechsel entstehen
  2. die Elimination von H3O+-Ionen zur Regeneration der Puffersysteme.

Die anteilsmäßig wichtigsten Puffersysteme des Blutes sind der Kohlendioxid-Bicarbonatpuffer, der Proteinpuffer (insbesondere das Hämoglobin der Erythrocyten) und der Phosphatpuffer.

Abb.1

Bemerkung: Die pK-Werte sind im Blut und bei 37°C etwas niedriger als in einer wässrigen Lösung bei 25°C.

Die Konzentration der Gesamtpufferbasen des Blutes beträgt 48 mmolL-1 . Bei der hohen Säureproduktion des Stoffwechsels wäre die Pufferkapazität des Blutes schon nach einigen Minuten überschritten. Die Puffersysteme müssen also schnell regeneriert werden können. Dies erfolgt über die Abgabe von CO2 in der Lunge durch die Atmung und durch protonenverbrauchende Reaktionen in der Niere:

Tab.1
Atmung: Entlastung des Körpers von flüchtigen Säuren (CO2) Menge: > 15.000mmol d-1
Niere: Aktive Ausscheidung von Ammonium-Hydrogencarbonat (NH4HCO3), dessen Bildung aus Glutamin zwei Protonen verbraucht. Menge: 10 - 60 mmol d-1
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