Säure Basen Haushalt

Question 1

Info

Accepted Answer

Die Körperflüssigkeiten sind ständig schwankenden Konzentrationen protonenfreisetzender Säuren und protonenaufnehmender Basen ausgesetzt. Der Protonengehalt einer Lösung wird über den pH-Wert angegeben. Viele Prozesse des Körpers benötigen eine pH-Konstanz. Schwankungen des pH-Werts führen zu Denaturierung und Funktionsverlust von Proteinen und müssen daher durch ein Zusammenspiel von im Blut gelösten Puffersystemen, Lungen und Nieren kompensiert werden. Bei Dekompensation der Mechanismen, z.B. bei schlecht eingestelltem Diabetes mellitus, kann es zur Übersäuerung des Blutes(Azidose) kommen. Umgekehrt kann ein übermäßiger Verlust von Protonen, wie etwa durch Hyperventilation, zu einer Alkalisierung des Blutes (Alkalose) führen.

Question 2

Definiton

Accepted Answer

Säure = Protonendonator Base = Protonenakzeptator

Question 3

korrespondierendes Paar

Accepted Answer

Gibt eine Säure ein Proton ab, wird sie dadurch zu einer Base, da sie nun Protonen aufnehmen kann – sie wird konjugierte Base genannt und bildet mit der ursprünglichen Säure ein korrespondierendes Säure-Basen-Paar.

Question 4

Säurestärke

Accepted Answer

Nicht alle Säuren und Basen reagieren gleich stark: Sie lassen sich in starke und schwache Säuren bzw. Basen unterteilen. Diese Unterteilung hat u.a. Relevanz bei pH-Wert-Berechnungen und der Zusammensetzung von Puffern. Säurestärke: Die Stärke einer Säure ist über die Vollständigkeit ihrer Protonenabgabe (= Dissoziation) definiert. Maßzahl: Gleichgewichtskonstante KS des Massenwirkungsgesetzes für die Deprotonierungsreaktion der SäureBerechnung (z.B. für Salzsäure): KS = ([H3O+] × [Cl−]) / [HCl] KS > 1: Starke Säure KS < 1: Schwache Säure pKS-Wert: Negativer dekadischer Logarithmus des KS-Wert

Question 5

Basenstärke

Accepted Answer

Basenstärke: Die Stärke einer Base ist über die Vollständigkeit ihrer Protonenaufnahme (= Protonierung) definiert. Maßzahl: Gleichgewichtskonstante KB des Massenwirkungsgesetzes für die Protonierung der BaseBerechnung (z.B. für Ammoniak): KB = ([OH−] × [NH4+]) / [NH3] KB > 1: Starke Base KB < 1: Schwache Base

Question 6

ph-Wert

Accepted Answer

Definition: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der H3O+-Konzentration in einer Lösung. Er ist eine dimensionslose Größe, wird also ohne eine zugehörige Einheit angegeben.Formel: pH = −lg[H3O+] Beispiel: In reinem Wasser beträgt die Konzentration an Hydronium-Ionen 10−7mol/L. Daraus wird mittels negativem dekadischen Logarithmus der pH-Wert von 7.pH-Skala: 0 (stark sauer) – 7 (neutral) – 14 (stark basisch) Interpretation: Der pH-Wert zeigt an, ob eine Lösung sauer oder basisch ist.

Question 7

Puffer

Accepted Answer

Puffersubstanzen stabilisieren den pH-Wert von Flüssigkeiten. Dies macht sich der Körper in Form körpereigener Puffer (bspw. dem Bicarbonatpuffer) zunutze, um den pH-Wert des Blutes weitestgehend konstant zu halten. Definition: Wässrige Lösung von schwachen(!) korrespondierenden Säure-Basen-Paaren (z.B. Essigsäure/Acetat; Ammonium/Ammoniak )Die Mischung aus Säure und Base kann geringe Änderungen des pH-Werts abfangen, d.h. gibt man etwas Säure oder etwasBase in eine Pufferlösung, so verändert sich der pH zunächst nicht. pH-Wert-Berechnung einer Pufferlösung Henderson-Hasselbalch-Gleichung: pH = pKS + lg(cB / cS)

Question 8

Azidose/Alkalose

Accepted Answer

Einen erniedrigten arteriellen Blut-pH-Wert (pH <7,35) bezeichnet man als Azidose, einen erhöhten arteriellen Blut-pH-Wert(pH >7,45) als Alkalose.

Question 9

Regulation des SB Haushalts

Accepted Answer

Um die Konstanz des pH-Werts im Körper zu gewährleisten, besitzt der Körper mehrere permanent aktive Regulationssysteme, die sich zum einen in die Pufferlösungen der Körperflüssigkeiten und zum anderen in die organbezogenen Systeme gliedern lassen. Der Mensch besitzt mehrere Puffersysteme, die akute pH-Wert-Schwankungen des Bluts ausgleichen und seinen pH-Wert konstant um 7,4 halten. 99,99% aller plötzlich anfallenden Protonen werden über die Puffersysteme abgefangen.

Question 10

Bicarbonatpuffer

Accepted Answer

Offene Puffersysteme zeichnen sich dadurch aus, dass ein Reaktionspartner aus dem System entfernt werden kann (z.B. über die Lunge oder über die Nieren), wodurch die Pufferkapazität gesteigert wird. Die zwei wichtigsten offenen Puffersysteme des Menschen sind das Bicarbonat- und das Ammonium-Ionen-Puffersystem. BicarbonatpuffersystemDer Bicarbonatpuffer ist das wichtigste Puffersystem des Menschen. Er wirkt als offenes Puffersystem an der Ausscheidung saurer Valenzen über die Lunge durch Abatmen von CO2 mit. Mit 20–28 mmol/L stellt das Bicarbonatpuffersystem etwa 50% der Gesamtpufferkapazität des Bluts. Puffersystem: H2O + CO2 ⇄ H2CO3 (≈ HCO3− + H+)BeispielGegebenpKS(H2CO3) = 6,1[HCO3−] = 24 mmol/L[CO2] = 1,2 mmol/L Puffersystem: CO2 + H2O ⇄ H2CO3 (≅ HCO3− + H+)BerechnungpH = pKS + lg([Base]/[Säure])Es folgt: pH = pKS + lg([HCO3−]/[CO2])pH = 6,1 + lg(24 mmol/L / 1,2 mmol/L)pH = 6,1 + lg(20) = 6,1 + 1,3 = 7,4Eigenschaften bei KonzentrationsänderungSteigt die Konzentration der korrespondierenden Base HCO3−, steigt der pH-Wert Steigt die Konzentration des als schwache Säure wirkenden CO2, sinkt der pH-Wert Funktion: Pufferung des Blut-pH-Werts durch im Blut gelöstes CO2 Überschuss an Säuren: HCO3− nimmt vermehrt Protonen auf und wird als CO2 abgeatmetÜberschuss an Basen: Gelöstes CO2 geht über H2CO3 in seine deprotonierte Form (HCO3−) über , dabei wird weniger CO2abgeatmetErhöhter CO2-Partialdruck im Blut: Die Gesamtkonzentration der Pufferbasen bleibt konstant Effektivität des Puffers: Steigt bei Alkalose (pH↑) und sinkt bei Azidose (pH↓)

Question 11

Ammoniumpuffer

Accepted Answer

Das Ammoniumpuffersystem ist ein wichtiges Regulationssystem der renalen Säure-Basen-Ausscheidung, mit dem saure Stoffe zwar nur in geringer Menge, dafür aber dauerhaft ausgeschieden werden können. Zusätzlich ist das System an der renalenGluconeogenese, der De-novo-Synthese von Bicarbonat und der Regulation des intrazellulären pH-Werts beteiligt. Reaktion: NH3 + H+ ⇄ NH4+FunktionErmöglicht H+-Ausscheidung über den Harn in Form von NH4+HCO3−-sparende Methode der NH3-Ausscheidung

Question 12

Geschlossene Puffersysteme

Accepted Answer

Geschlossene PuffersystemeBei den geschlossenen Puffersystemen ist der Gehalt der korrespondierenden Säure-Basen-Paare konstant, denn kein Reaktionspartner kann das System über die Lungen oder Nieren verlassen. ProteinpuffersystemProteine im Blut können über ionisierbare Seitengruppen als Puffer fungieren. Das Hämoglobin der Erythrozyten und Albuminspielen durch ihre hohe Konzentration die größte Rolle in der Pufferung des Blutplasmas. Reaktion: H+-Aufnahme über reaktive Gruppen der Aminosäuren (bei Interesse siehe: Säure-Basen-Eigenschaften der Aminosäuren)Basischer Imidazolring von Histidin: Der Imidazolring von Histidin hat einen pKS-Wert von 6,0 nahe dem physiologischen pH-Bereich, weshalb Histidin einen besonders hohen Stellenwert für die Pufferfunktion der Plasmaproteine hatAmino- und Carboxylgruppen aller Aminosäuren Funktion: Regulation des Blut-pH-Werts (stellt 50% der Gesamtpufferkapazität des Bluts) HauptvertreterAlbuminHämoglobin: Desoxygeniertes Hämoglobin (= Hb) weist eine geringere Azidität auf als oxygeniertes Hb → Desoxy-Hb nimmt bei gleichem pH-Wert eher H+ auf als Oxy-HbDaraus ergibt sich auch der Zusammenhang von pH-Wert und der Hb-Sauerstoffbindungskurve: pH↓ → Begünstigt Desoxy-Hb → Rechtsverschiebung; pH↑ → Begünstigt Oxy-Hb → LinksverschiebungPhosphatpuffersystemDas Phosphatpuffersystem ist wichtig für die Regulation des intrazellulären pH-Werts und hat Anteil an der H+-Ausscheidung über den Harn. Reaktion: PO43− + 3 H+ ⇄ HPO42− + 2 H+ ⇄ H2PO4− + H+ ⇄ H3PO4Henderson-Hasselbalch-GleichungpH = pKS + lg ([Base] / [Säure])pH = 6,8 + lg ([HPO42−] / [H2PO4−]) FunktionRegulation des intrazellulären pH-Werts Ermöglicht H+-Ausscheidung über den Harn in Form von HPO42−

Question 13

Lunge im SB Haushalt

Accepted Answer

Die Aufgabe der Lunge innerhalb des Säure-Basen-Haushalts ist das Abatmen der „flüchtigen Säure“ CO2, die im Körper permanent als Abbauprodukt des Energiestoffwechsels entsteht. Nur wenn der arterielle CO2-Partialdruck konstant gehalten wird, bleibt auch der Blut-pH-Wert unverändert. Mechanismus: Elimination der flüchtigen Säure CO2 über die AusatemluftCO2-produzierende Reaktionen im KörperPhysiologisch: Stoffwechsel → Oxidation der C-Atome von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen/Aminosäuren → CO2Pathologisch: Bei Kompensation metabolischer Azidosen durch das Bicarbonatpuffersystem → HCO3− + H+ ⇄ H2O + CO2Bilanz: Elimination von durchschnittlich 16.000 mmol CO2 pro Tag RegulationCO2-Atemantrieb: pCO2-Anstieg im Blut → Stimulation der AtmungpH-Atemantrieb: pH-Abfall im Blut → Stimulation der AtmungMechanorezeptoren: Grad der körperlichen Aktivität wird in Skelettmuskulatur/Gelenken gemessenHohe Aktivität, die mit vermehrtem Anfall von CO2 einhergeht → Stimulation der AtmungHyperventilation führt durch Abatmen der schwachen Säure CO2 zu einem pH-Anstieg (Alkalose), während bei Hypoventilationvermehrt CO2 im Körper verbleibt und es so zu einem pH-Abfall kommt (Azidose)!

Question 14

Niere im SB Haushalt

Accepted Answer

Die Nieren regulieren den pH-Wert über zwei Mechanismen: Einerseits scheiden sie überschüssige H+-Ionen größtenteils in Form von NH4+ und HPO42− aus. Andererseits halten sie die HCO3−-Konzentration im Blut aufrecht, indem sie es aus dem Harn reabsorbieren und HCO3−-De-novo-Synthese betreiben. Bei Interesse siehe dazu auch Protonensekretion und Bicarbonatresorption. Ausscheidung saurer ValenzenProtonensekretion: Über den Na+/H+-Antiporter im proximalen Tubulus und eine H+-ATPase sowie H+/K+-ATPase der Schaltzellen im späten distalen Tubulus und SammelrohrPufferung im Harn über Bindung an Ammoniak und PhosphatRegulationBei Azidose: Ausscheidung von NH4+ und PO43− steigt durch vermehrte Ammoniakproduktion in der Niere(Glutaminaseaktivität↑) und verminderte Phosphatreabsorption im proximalen TubulusEnzyminduktion: Chronische Azidose → Renale Glutaminase und Glutamat-Dehydrogenase werden verstärkt exprimiertProduktion und Reabsorption basischer ValenzenHCO3--De-Novo-Synthese der Niere: Durch den renalen Abbau von einem Molekül Glutamin zu einem Molekül α-Ketoglutarat (vgl. NH4+-Ausscheidung, Ablauf) gewinnt der Körper zwei Moleküle HCO3- HCO3--Reabsorption: Indirekte Reabsorption im proximalen Tubulus über Umwandlung zu CO2 unter ProtonenverbrauchRegulationBei Azidose: HCO3− wird zu annähernd 100% wieder resorbiert Bei Alkalose: HCO3−-Reabsorption↓ und Stimulation des Cl−-/HCO3−-Austauschers

Question 15

Störungen SB Haushalt

Accepted Answer

s. Amboss

Physiologie (Fach) / Säure Basen Haushalt (Lektion)