Physiologie Funktion pH-Wert Stoffwechsel

Extrazellulärer vs. intrazellulärer pH pH und Kaliumwert

Bei der Stabilisierung optimaler pH-Werte an verschiedenen Stellen des Körpers wirken zahlreiche Organe bzw. Vorgänge zusammen, insbesondere die Atmung (Entfernung von Kohlensäure), Nieren (Ausscheidung saurer oder auch basischer Valenzen), Leber (Stickstoffmanagement), Muskulatur (Lactatbildung). Der Magen synthetisiert im Rahmen seiner Säuresekretion Bicarbonat, folgende Darmabschnitte sezernieren Bicarbonat und geben Wasserstoffionen an das Blut ab. Klinisch bedeutsam ist auch die wechselseitige Auswirkung des Kaliumhaushaltes und des Blut-pH (z.B. erhöht Azidose den Kaliumspiegel im Blutserum).

Endogene Säureproduktion

vgl. dort

Zwei Vorgänge bringen H⁺ in den Blutkreislauf: Einerseits die metabolische Produktion von CO₂ (das als schwache Säure wirkt), andererseits die Bildung stärkerer Säuren. Letzteres wird als endogene Säurebildung (endogenous acid production EAP) bezeichnet - diese "nichtflüchtigen" Säuren (organische, wie Lactat oder ß-Hydroxybutyrat, oder "anorganische" wie HCl oder oder H₂SO₄) verbrauchen Bicarbonat zur Pufferung des pH (im Gegensatz zu Kohlendioxid, das den Bicarbonatspiegel nicht absenkt).

Abbildung: Säurebilanz des gastrointestinalen Systems
Nach einer Vorlage in Abelow B, Understanding Acid-Base. Lippincott Williams & Wilkins 1998

Die Schleimhaut des Magencorpus produziert im Ruhezustand etwa 10 mmol Wasserstoffionen pro Stunde, postprandial steigt dieser Wert bis auf 50 mmol/h. Dementsprechend gibt sie Bicarbonat an das Blut ab, wirkt also alkalisierend (hebt den Pufferbasengehalt des Blutes an).

Bicarbonat wird dem Chymus aus drei Quellen beigemischt: Pankreassekret, Gallensaft sowie Sekret der Zwölffingerdarmschleimhaut.

Der Pankreassaft enthält im Ruhezustand ~25, postprandial bis zu 150 mmol/l Bicarbonat; pro Tag bildet das Pankreas ~200 mmol HCO₃^-. Blasengalle hat ~40 mmol/l.

Das Jejunum sezerniert etwas H⁺ in den Darm (und alkalinisiert damit das Blut), das Ileum hingegen Bicarbonat (und senkt etwas den Blut-pH). Ausgiebig azidifizierend wirkt das Colon, es scheidet in 24 Stunden ~200 mmol Bicarbonat in das Darmlumen aus

Die Tatsache, dass der Stuhl - trotz der hohen Bicarbonatproduktion des Colons - eine [HCO₃^-] von nur etwa 15-30 mmol aufweist, erklärt sich durch den Verbrauch von Bicarbonat durch Darmbakterien (diese bilden aus unverdauten Nahrungsresten organische Säuren wie Butter- oder Essigsäure, die einen Teil des Bicarbonats zur Pufferung aufbrauchen - die Konzentration an organischen Säuren im Stuhl kann mehr als 100 mmol/l betragen).

Zelluläre und extrazelluläre Kompartimente haben unterschiedliche pH-Werte

Präzises Einstellen des pH-Wertes ist notwendig, um die normale Funktion von Enzymsystemen, Zellen und Geweben zu ermöglichen. Dabei sind die Anforderungen an den optimalen pH-Wert abhängig von dem jeweiligen Kompartiment - z.B.

intrazellulär: Zytoplasma (pH=7,2), Lysosomen (pH=5-6), Mitochondrien (pH=8)

extrazellulär: Blutplasma (pH=7,3), Pankreassaft (pH=8,2), Magenlumen (pH bis ~1).