Puffer & physiologischer pH-Wert
- The lethal pH 7.35–7.45 windownoch nicht geprüft
- Bicarbonate, the lung-fast and kidney-slow knobsnoch nicht geprüft
- Phosphate, histidine, and hemoglobin inside cellsnoch nicht geprüft
- Acidosis in CKD, DKA, and COPDnoch nicht geprüft
Menschliches arterielles Blut hält sich in einem Band, das kaum zu glauben ist: pH-Wert 7,35 bis 7,45, jede Minute jedes Tages, ein Leben lang. Unter 7,35 verlieren Enzyme den Griff, der Herzmuskel wird schwach, das Bewusstsein trübt sich; über 7,45 fällt Calcium aus der Lösung und Nerven feuern von allein. Ein Absacken auf 6,8 oder ein Anstieg auf 7,8 endet in aller Regel binnen Stunden tödlich. Und derselbe Körper, der im gewöhnlichen Stoffwechsel Tag für Tag so viel Säure erzeugt, dass sich davon ein kleiner Brocken Kalkstein auflösen ließe, hält seinen eigenen pH-Wert konstanter als jede Reagenzienflasche im Labor. Der Mechanismus dahinter ist unsichtbar, läuft von selbst und ist allen Zellen gemeinsam.
Der Trick ist der Hydrogencarbonat-Puffer: ein Zusammenspiel von gelöstem CO₂ und dem Hydrogencarbonat-Ion HCO₃⁻, mit der Kohlensäure als flüchtiger Zwischenstufe. Fällt Stoffwechselsäure an, nimmt das Hydrogencarbonat das Proton auf, und es entsteht CO₂, das die Lunge abatmet; kommt eine Base hinzu, hydratisiert CO₂ wieder zu Hydrogencarbonat und neutralisiert sie. Weil die Lunge die CO₂-Abgabe in Sekunden verstellen kann und die Nieren die Hydrogencarbonat-Rückhaltung über Stunden, sitzen an demselben Gleichgewicht ein schneller und ein langsamer Regler. Die für das Blut geschriebene Henderson-Hasselbalch-Gleichung — pH-Wert = 6,1 + log([HCO₃⁻]/0,03·pCO₂) — bringt die Anordnung in eine Zeile, und wer eine arterielle Blutgasanalyse liest, liest genau diese drei Zahlen ab, um zu entscheiden, ob eine respiratorische Azidose vorliegt, eine metabolische oder eine kompensierte Mischung aus beidem.
In der Zelle sieht die Chemie anders aus. Der wichtigste intrazelluläre Puffer ist das Phosphat-System (H₂PO₄⁻ ↔ HPO₄²⁻, pKs 6,86, gut abgestimmt auf einen zytoplasmatischen pH-Wert nahe 7,2), dazu kommen die Histidin-Seitenketten der Proteine, die für sich genommen ebenfalls puffern, weil ihre Imidazolgruppen einen pKs genau im physiologischen Bereich haben. Das Hämoglobin nutzt dieselbe Chemie: Gibt es im arbeitenden Gewebe Sauerstoff ab, nehmen seine Histidinreste Protonen auf und tragen die Stoffwechselsäure mit zur Lunge zurück. Auf die Kompartimente kommt es an: Außerhalb der Zellen bestimmt das Hydrogencarbonat den pH-Wert, und geregelt wird er über die Atmung; innerhalb bestimmen ihn Phosphat und Proteine, und er bewegt sich träger. Versagt das eine oder das andere Kontrollsystem, ist das als eigenes klinisches Syndrom erkennbar.