10 Therapien des Säure-Basen-Haushalts

Generell ist bei der Behandlung des SBH die Erhaltung einer guten Säurepufferkapazität von der Therapie einer Störung zu unterscheiden. Letztere bedarf deutlich intensiverer Maßnahmen, dagegen reicht für die Erhaltung eines gesunden SBH meist eine entsprechende Ernährung und Lebensführung aus.

10.1 Äußerliche Behandlungen

Eine äußerlichen Behandlung einer Säure-Basen-Störung impliziert eine Therapie über die Haut: Die Haut stellt die physische Grenze zwischen dem menschlichen Körper und der Umwelt dar. Diese Tatsache bedeutet neben ihrer Schutzfunktion auch den Austausch von Stoffen mit der Umwelt. Die Haut atmet mit und sorgt für ca. 1 % der Sauerstoffaufnahme. In Zusammenhang mit der Säure-Basen-Regulation verdienen vor allem die Transpiration und die Möglichkeit der Resorption Beachtung. Der niedrige Schweiß-pH-Wert mit seinem Chlorid- und Laktatgehalt über einer Gesamtfläche von 1.5 – 2.0 m² ermöglicht eine signifikante Entsäuerung. Physiologisch findet das auch bei körperlicher Anstrengung statt , dadurch wird ein zu starker Abfall des pH-Werts vermieden.

Weil die Haut Stoffe mit der Umwelt austauschen kann, wirkt ein bestimmtes äußeres Milieu über sie auf den Säure-Basen-Haushalt ein. Anwendung findet diese Tatsache z.B. bei Thermalbädern: Alkalische Quellen dienen optimal zur Entsäuerung, saure Quellen nützen Patienten, die zu einer Alkalose tendieren. Die Resorption durch die Haut ist vor allem für lipidlösliche Substanzen gewährleistet. Wasserlösliche Verbindungen werden nur geringfügig aufgenommen. Hingegen kann der Vorgang durch hyperämisierende Mittel wie die Temperatur (warmes Thermalwasser), Massagen (Wasserdüsen) oder Bürstenschruppen gesteigert werden. Zudem zeigen kleine polare Moleküle oftmals eine bessere Permeabilität, als man es aufgrund ihrer Lipophilie allein erwarten würde [33].

 

10.1.1 Bäder

Durch das Baden in basischen Thermalwässern (Tab. 10. 1) wird der Säureschutzmantel vorübergehend zerstört. Die Regeneration dauert bis zu drei Stunden und ist ein energiekonsumierender Prozess. Möglicherweise ist dies eine zusätzliche Erklärung dafür, weshalb nach einem Thermalbadbesuch der Wunsch nach Ausruhen groß ist.

Vergleich diverser Thermalquellen

	pH-Wert	Natrium (mg/l)	Chlorid (mg/l)	Sulfat
Krka, Slowenien	8,4	5,8	4,2	20
Bad Gastein, Österreich	8,0	77	25	123
Olimnia, Slowenien	7,6	10	5	49
Baden, Schweiz	6,43	720	1185	1375

Es ist möglich, den Entsäuerungseffekt eines Thermalbades zu sich nach Hause zu bringen. Dafür hat sich das sogenannte Basenbad bewährt. In einem Vollbad werden 100 g Natriumhydrogenkarbonat gelöst. Dadurch wird je nach Wasserqualität der pH-Wert von 7,6 auf ca. 7,9 angehoben, was einer Verdopplung der Basenkonzentration entspricht. Damit kommt man in die Nähe des pH-Werts von Bad Gastein.

Man sollte ca. 45 Minuten im Basenbad verweilen und es 2 – 3 x wöchentlich durchführen. Kontraindikationen bestehen bei folgenden Krankheitsbildern:

• Verdacht auf eine Alkalose
• trockene Hauterkrankungen

Günstig hingegen ist diese Therapie, bei

• nässenden entzündlichen Hauterkrankungen.
• allgemeine regeneration

Der optimale Zeitpunkt für das Basenbad ist abends vor dem Schlafengehen, da die Nacht die Phase der Alkalinität, Anabolie und damit der Erholung ist.

10.1.2 Sauna

Durch Hitzeeinwirkung wird eine intensive Transpiration induziert. Schweiß enthält reichlich Natrium (81 mmol/l) und Chlorid (68,5 mmol/l) bei einem Serum-Natrium-Wert von 138,9 mmol/l und einem Serum-Chlorid-Wert von 102,9 mmol/l [70]. Anders ausgedrückt beträgt der Chloridanteil ca. 115 % im Vergleich zu den Serumwerten. Durch die gesteigerte Ausscheidung von Chlorid im Verhältnis zu Natrium wirkt die Transpiration nicht nur kühlend, sondern zudem entsäuernd. Weil Schweiß gegenüber Serum eine niedrigere Osmolarität aufweist, kann die Serumosmolarität leicht zunehmen, was zu einer Kontraktionsalkalose beitragen kann. Aus diesem Grund ist mineralstoffarmes Wasser beim Saunabesuch zu bevorzugen. Basenmittel nach Saunabesuch sind eher abzuraten, da diese die bereits eingeleitete Alkalisierung unphysiologisch verstärken kann.

10.2 Innere Behandlungen

Neben äußerlichen Anwendungen kommen bei Störungen des Säure-Basen-Haushalts auch innerliche Therapien zum Einsatz, in vielen Fällen werden beide kombiniert.

10.2.1 Perorale Therapien

Bei den inneren Behandlungen werden perorale und parenterale Verfahren unterschieden. Bei den meisten Störungen, vor allem noch vom Organismus kompensierten , werden orale Massnahmen Maßnahmen genügen. Sobald eine Dekompensation eingetreten ist, müssen parenterale Optionen mit einbezogen werden.

Ernährung

Es gibt eine Fülle von Literatur und Webseiten über die „basische Kost“ mit Rezepturen und Diätformen. Aus diesem Grunde wird darauf nicht weiter eingegangen.

Vor allem im Alter mit sinkenden Pufferreserven spielt die Ernährung eine wichtige Rolle. Kommen noch Stoffwechsel-, Leber- oder Nierenkrankheiten hinzu, wird die Ernährung fundamental. In der Regel gilt, dass Senioren basischer essen sollen, jedoch darf der Eiweißanteil in Form von Fleisch durch eine übersteigerte "Angst vor saurer Nahrung" nicht zu kurz kommen. Vielmehr müssen zusätzlich ausreichend basische Äquivalente zugeführt werden. Orientieren kann man sich an den sog. PRAL-Werten.

PRAL steht für „Potential Renal Acid Load“ und ist eine Methode, Nahrungsmittel in ihrer Wirkung auf den Säure-Basen-Haushalt über die Säureausscheidung der Nieren zu erfassen. Im Internet sind auch hier reichlich Listen zu finden.

Nach Remer und Manz (1995) spielen beim Erwachsenen dabei folgende Faktoren eine Rolle:

• Die chemische Zusammensetzung der Nahrung, insbesondere der Protein-, Chlorid-, Phosphor-, Natrium-, Kalzium- und Magnesiumgehalt.,
• Die unterschiedliche Absorptionsrate bestimmter Nährstoffe im Darm.,
• Die Bildung von Sulfat bei der Verstoffwechslung von schwefelhaltigen Aminosäuren.,
• Der Dissoziationsgrad von Phosphor bei pH = 7,4.,
• Die Ionenwertigkeit von Kalzium und Magnesium.

Der PRAL Wert wird wie folgt berechnet:

(Cl^- + PO₄^3- + SO₄^2-)–(Na⁺ + K⁺ + Ca²⁺ + Mg²⁺) = Säurebelastung

Negative Werte bedeuten alkalisierend, positive Werte säurebildend.

Auch die die Resorption im Darm spielt eine wesentliche Rolle, denn nur was aufgenommen wird, kann sich auch auf den Stoffwechsel auswirken. Angenommen wird bei der Berechung folgende intestinale Resorption:

• Protein 75 % (bei einer Gehaltsannahme von 2,4 % Methionin und 2 % Cystein),
• Phosphat 63 %,
• Chlorid 95 %,
• Natrium 95 %,
• Kalium 80 %,
• Kalzium 25 %,
• Magnesium 32 %.

Verschiedene Studien konnten belegen, dass die renale Säureausscheidung mit einer säurelastigen Nahrung proportional zunahm. Danach kam eine saure Ernährung als Ursache für eine Azidose in Frage. Leider wurden in keiner dieser Studien der Säure-Basen-Haushalt im Blut analysiert. Somit sind seine tatsächlich im Organismus stattgefundenen Veränderungen durch eine entsprechende Kost reine Spekulation, denn durch die Säureausscheidung bleibt das innere Milieu intakt.

Mit den PRAL-Werten kann auch nicht über die tatsächliche aufgenommene Menge an Basen und Säuren entschieden werden: Broccoli oder Karotten sind zwar basisch, es kommt aber auch auf die konsumierte Menge an.

Grundsätzlich gilt, dass die Ernährung keinen wesentlichen Einfluss auf den Säure-Basen-Haushalt ausübt, sofern der Organismus gesund und in der Lage ist, jede Säure- oder Basenbelastung renal oder hepatisch auszugleichen. Eine Ausnahme davon bildet die Knochenpufferung. Zudem ist die mittlere Säurebelastung im Verhältnis zum Gesamtprotonenumsatz im Körper fast vernachlässigbar. Mit der physiologisch altersbedingten Abnahme der Leistungsfähigkeit der Nieren und der Leber erhält die Nahrung steigende Bedeutung, wenn sie auch hier nicht in jedem Falle überbewertet werden darf.

Klinische Beispiele zu diesem Sachverhalt:

• Patient, 30-jährig, gesund, hat alles getan, um sich basisch zu erhalten: monatelang nur basische Kost, Basendrinks und Basenbäder. Danach Verzicht auf Basendrinks und Basenbäder und Beschränkung auf basische Kost. Wochen später genoss er seine Ferien in Italien ohne jegliche Einschränkung, er hat sich im Gegenteil nach eigenen Angaben an mehrheitlich sauren Speisen bedient. Die Säure-Basen-Analysen ergaben interessanterweise in allen drei Situationen praktisch identische Werte.
• Patientin, 75-jährig, periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK): verheiratet mit einem Metzger, konsumierte sie seit Jahrzehnten täglich im Schnitt 200 g Fleisch. Eine sukzessive Reduktion auf 100 g und schließlich 50 g täglich spiegelte sofort einen Effekt in der Säure-Basen-Analyse wider. Aus einer ursprünglich schwachen chronischen metabolischen Azidose entwickelte sich gar eine leichte metabolische Alkalose.

Diese Beobachtungen bestätigten die altersbedingte stetige Abnahme der Pufferkapazität. In gleichem Maße steigt die Bedeutung der Nahrungszufuhr.

Mit zunehmendem Alter steigt die Bedeutung einer individuell angepassten gesunden Ernährung auch hinsichtlich des Säure-Basen-Gleichgewichts.

Trotzdem beobachten wir, wie Patienten durch eine extreme säurelastige Kost trotz allen Kompensationsmechanismen in eine dekompensierte metabolische Azidose verfallen können. So eine junge Dame mit einem chronischen Müdigkeitssyndrom. Sie trank zwei Liter Cola täglich, um „wach zu bleiben“. Der Säure-Basen-Haushalt normalisierte sich (und damit auch die Müdigkeit !) nach Einstellen dieser Trinkgewohnheit vollkommen.

Die verbreitete Meinung, dass Fleisch ansäuert, ist aus der Sicht der Aminosäurenanalyse zu bestätigen. Hingegen ist das Fleisch gleichzeitig auch eine gute Quelle für Zink. Zink ist wiederum notwendig für die Karboanhydrase, die einen der wichtigsten Entsäuerungsvorgänge steuert. Dies kann ein Beispiel dafür sein, weshalb die PRAL-Werte zwar chemisch einen Anhaltspunkt liefern, andererseits in vivo durchaus keine entsprechenden „Spuren“ hinterlassen müssen. Genauso ist es bei den Süßigkeiten, die meist als sauer eingestuft werden. Im Falle einer vollständigen Verstoffwechslung zu CO₂ und H₂O ist Zucker aber neutral, der PRAL-Wert ist Null.

Säurespender
Fleisch, Geflügel, Wild, Wurst, Speck, Innereien (Leber, Nieren, Hirn), Fleischbrühe, Butter, Käse, Quark, Eier (Eiweiß ist säureüberschüssig, Dotter allein basisch), Erdnüsse, Vollwertgetreide, Colagetränke.

Basenspendende Nahrungsmittel
Kartoffel, Blattgemüse, Wurzelgemüse, Gemüsefrüchte, Gemüsesuppen, Obst, auch Dörrobst, Mandeln, Wildkräuter, Löwenzahn, Brennnessel, Gewürzkräuter, Kresse, Petersilie, Schnittlauch, Majoran, Thymian, Rosmarin, Salbei, Mineralwasser ohne Kohlensäure.

Nahrungsmittel im Säure-Basen-Gleichgewicht
Wasser, naturbelassene Fette und Öle.

Trinkverhalten

Der Hydratationszustand ist ein wesentlicher Faktor in der Kontrolle des Säure-Basen-Haushalts. Grundsätzlich gilt: Je dehydrierter, umso alkalischer (Kontraktionsalkalose). Entsprechend könnte man erwarten, dass bei reichlichem Trinken das Gegenteil (Dilutionsazidose) zutrifft. Da der Körper aber einen Wasserüberschuss meist problemlos ausgleicht, hingegen kein Wasser erzeugen kann, tritt in der Praxis nur die Kontraktionsalkalose auf. Deshalb ist bei Senioren mit gestörtem Durstempfinden und Diuretika-Patienten  wegen Gefahr der vorbestehenden Alkalose mit Basenmitteln Zurückhaltung geboten.

Alkalose im Alter ist häufig Zeichen von Wassermangel.

Volumenverlust, der sich durch Durst bemerkbar macht, ist damit tendenziell mit einer, wenn auch nur leichten, Kontraktionsalkalose verbunden. So ist es auch verständlich, wenn man vor allem in der Hitze Lust nach sauren Getränken verspürt. In der Tat sind viele Getränke sauer. Basische sind geschmacklich kaum genießbar. Sogar die Milch liegt unterhalb dem Neutral-pH-Wert.

Titration verschiedener Getränke

 

Grundsätzlich gilt dabei: Je weniger Mineralien und schwache organische Säuren vorhanden sind, umso steiler ist die initiale Titration und früher die asymptotische Abflachung der Kurve.

Basensupplemente

Prinzipiell haben Basenpräparate die Lieferung von metallischen Kationen gemeinsam. Es sind vor allem die Alkali- und Erdalkalimetalle, die für ein basisches Milieu sorgen. Ihre Gegenwart verhindert aufgrund des Gesetzes der Elektroneutralität, dass die Anionen nicht zu Säuren protonisiert werden. Im Gegenteil: Die negativen organischen Anionen neutralisieren zusätzlich Protonen dadurch, dass sie zu CO₂ und H₂O substratoxidiert werden. Die Kationen bleiben zusammen mit dem neu entstandenen Bikarbonat zurück.

Kat⁺ + An^- + H₂CO₃ → Kat⁺ + H-An + HCO₃^-

Die unterschiedlichen Mineralien haben neben ihrem basischen Charakter als Enzym-Cofaktoren individuelle Funktionen. In Zusammenhang mit dem Säure-Basen-Haushalt sind vor allem bei den Kationen noch folgende Funktionen hervorzuheben:

Kalzium:

• Knochenpufferung,
• elektromechanische Kopplung bei der Muskelkontraktion,
• Zellmembranstabilität,
• „Second Messenger“ im Intrazellulärraum.

Kalium:

• Membranpotenzial,
• Na/K-ATPase,
• neutralisiert den intrazellulären Kaliummangel bei der Korrektur einer Azidose,

Magnesium

• ATP-Synthese (jedes ATP Molekül ist an Magnesium gebunden),
• Zusammenspiel von Muskel und Nerv sowie für die Muskelkontraktion.

Mangan:

• Cori-Zyklus (Laktatabbau),
• Pyruvat-Karboxylase.

Natrium.

• Membranpotenzial,
• Na/K-ATPase,
• osmotischer Druck (5 g Kochsalz = 2 g Natrium),
• steuert Wasserbewegungen im Körper,
• Renin-Angiotensin-Aldosteronsysten (durch Natriumüberschuss gehemmt → Aldosteronspiegel nimmt ab → Natriumrückresorption vermindert, dadurch auch Säureausscheidung reduziert → tendenzielle metabolische Azidose).

Zink:

• Karboanhydrase,
• Cori-Zyklus,
• Pyruvat-Karboxylase.

Für die orthomolekulare Behandlung der (latenten) Azidose steht inzwischen eine verwirrende Auswahl von Basenmischungen zur Verfügung.

Worauf kommt es bei einem Präparat an?

Prinzipiell können alle metallische Kationen dem Organismus liefern. Vor allem die einwertigen Alkali- und zweiwertigen Erdalkalimetalle fördern ein basisches Milieu.

Basenpulver hingegen unterscheiden sich durch die mitgelieferten Anionen. Ihre Bedeutung ist nicht zu unterschätzen. Sie wirkt sich sowohl in der Dosierung, Verträglichkeit wie in der Resorption aus. Grundsätzlich gilt z.B. bei den Karbonaten, dass sie nur bei genügender Magensäure ausreichend aufgenommen werden, um sie in das lösliche Chlorid überführen zu können. Eine Hypochlorhydrie wirkt sich entsprechend ungünstig auf die Resorption aus. Doch bei bei ausreichender Magensäure kann sich durch die rasche Bildung von Kohlendioxyd ein unangenehmer Meteorismus entwickeln. Dieses Problem besteht bspw. bei den Phosphaten nicht, es ist aber im Darm allgemein schlechter löslich, wodurch die Bioverfügbarkeit nicht garantiert ist.

Am Beispiel des Kalziums unterscheiden sich die eingesetzten Salze entsprechend dem Molekulargewicht zudem in ihrem prozentualen Anteil. Kalziumkarbonat enthält ca. 40 % Kalzium, Kalziumgluconat dagegen nur 9 %. Somit muss eine entsprechend größere Menge bei den organischen Salzen als beim Karbonat verwendet werden, um die gleiche Menge an Kalzium zu erhalten. Dafür sind organische Salze wie

• Zitrate,
• Aspartate,
• Laktate
• Orotate

nicht nur unabhängig von der Säurekonzentration im Magen löslich, sie werden auch besser im Dünndarm resorbiert. Dem Orotat spricht man darüber hinaus eine eigenständige, günstige pharmakologische Wirkung bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu. Außerdem wirken diese negativ geladenen Moleküle zusätzlich basisch, wenn sie in der Leber zu CO₂ und H₂O substratoxidiert werden. Als weiteres Anion ist auch das Chlorid anzutreffen, wie beispielsweise bei dem häufig angepriesenen Magnesiumchlorid. Chloride sind allgemein sauer und können deshalb bei Patienten eingesetzt werden, die unter einem bislang ignorierten aber erstaunlich oft vorkommenden Zustand leiden (z.B. unter Diuretikatherapie), nämlich bei der metabolischen Alkalose.

Am besten sollten Basensupplemente abends verabreicht werden, denn nachts ist die Phase der Erholung und Regeneration. Tagsüber sollten nur bei bestimmten Indikationen (z.B. anaerobe Sportarten) zusätzliche Basenmittel eingenommen werden.

Säuresupplemente

Liegt eine metabolische Alkalose vor, ist die Gabe von Basenmitteln kontraindiziert. An deren Stelle müssen neben der Behandlung der Grundkrankheit Supplemente zum Ausgleich der Alkalose verabreicht werden.

Bei einer Kontraktionsalkalose genügt häufig die Empfehlung, ausreichend zu trinken. Häufig geben Patienten an, sich aus gesundheitlichen Überlegungen salzarm zu ernähren. Hier muss auf eine vernünftige Anwendung von Salz (Salz ist sauer) hingewiesen werden. Auch vermehrter Konsum von z.B. Bouillon ist anzuraten.

Liegen schwere Alkalosen vor, kann der Einsatz von Ammoniumchlorid, von einem Aldosteronantagonist oder Karboanhydrasehemmer wie Acetazolamid erwogen werden. Vor allem bei letzterem ist Vorsicht geboten. Wegen der ubiquitären Bedeutung der Karboanhydrase sind Nebenwirkungen zu erwarten und wegen dem renalem Verlust von Natrium und Kalium Kontrollen angebracht. Zudem werden der Kohlensäurestoffwechsel und damit der Sauerstofftransport beeinträchtigt. Die daraus resultierende anaerobe Energiegewinnung trägt letztendlich zur Ansäuerung bei. Bei tiefen Kaliumwerten muss selbstverständlich auch dieses Kation verabreicht werden, am besten in Form von KCl, da Kalium an organische Anionen gebunden, wie das Kaliumzitrat oder -hydrogenkarbonat, die Alkalose nur noch fördern würde.

Kaliumsubstitution:

• bei Alkalose: Kaliumchlorid,

• bei Azidose: Kaliumzitrat, Kaliumlaktat oder Kaliumkarbonat.

Säuremittel Übersicht

• Orthomolekulare Präparate:
  • Aminosäuren supplementieren (500 – 1500 mg/Tag)
    • Methionin, Cystein
      (enthalten Schwefel, was bei der Substratoxidation zu Sulfat umgewandelt wird),
    • Arginin, Lysin, Histidin
      (stickstoffhaltig und damit postiv (–NH₃⁺) geladen. Die Protonen werden bei der Substratoxidation freigesetzt),
  • Kaliumchlorid (KCl bis 1000 mg/Tag):
    • Indikation: Kalium-Substitution bei Kaliummangel mit Tendenz zur Alkalose oder manifester metabolischer, hypochlorämischer Alkalose, z.B. bei Abführmittel-Abusus, Kaliummangel infolge von Saluretika-Behandlung bzw. Missbrauch (Ödeme, Hypertonie, Leberzirrhose oder andere Leberkrankheiten), insbesondere bei digitalisierten Patienten,
  • Magensäurepräparate mit Salzsäure,
  • Magnesiumsulfat (MgSO₄, Bittersalz): Achtung, wenn abführend kann dies auch alkalotisch wirken!
• Allopathische Präparate:
  • Aldosteronantagonist,
    • B. Spironolacton (50 – 100 mg/Tag) (Stada),
  • Ammoniumchlorid: NH₄Cl (2 – 4000 mg/Tag),
    • B. Chloramon (4 – 12 g/Tag) (Streuli),
  • Karboanhydrasehemmer,
    • B. Diamox (ca. 5 mg/kg pro kg/Tag) (Vifor),
  • Kaliumsparende Diuretika,
  • Salicylate

10.2.2 Parenterale Therapien

Reichen perorale Therapiemaßnahmen nicht aus oder liegen deutliche Abweichungen des Säure-Basen-Haushalts mit klinischen Symptomen vor, kann eine Infusionsbehandlung wirksam sein.

Baseninfusionen

Infusionsbehandlungen sind einer klaren Indikationsstellung unterworfen und dürfen niemals ohne eine entsprechende Labordiagnostik zum Einsatz kommen. Zudem sollte die Klinik mit der Labordiagnostik übereinstimmen. Im Vorfeld einer Infusionsbehandlung ist die Urinanalyse keinesfalls ausreichend.

Indikationen

Die wichtigsten Einsatzgebiete sind:

• Behandlung von extrazellulären Azidosen,
• Hyperkaliämie,
• Induktion einer Alkalidiurese.
• Regeneration

Liegt nach klinischem und analytischem Ermessen keine Ventilationstörung vor, darf bei der Konstellation niedriger pH-Werte, geringem Bikarbonat-Gehalt oder geringem Plasmapuffer von einer extrazellulären und damit metabolischen Azidose ausgegangen werden. Wirken sich die respiratorischen Störungen vorwiegend intrazellulär aus, umfassen extrazelluläre Azidosen vor allem das intravasale Kompartiment wie auch das große System der bindegewebigen Matrix. Wenn sich auch hier eine intrazelluläre Azidose entwickelt, ist dies nicht durch eine erhöhte Kohlendioxydkonzentration bedingt, sondern durch den Austausch von intrazellulärem Kalium mit Wasserstoffionen. Die austretenden Kaliumionen können eine Hyperkaliämie verursachen, bei denen Bikarbonatinfusionen zur Korrektur verabreicht werden können.

Aber auch bei Vergiftungen wie z.B. bei der Salicylat- oder Barbituratintoxikation muss Natriumbikarbonat eingesetzt werden. Dadurch wird eine sogenannte Alkalidiurese induziert, wodurch die Toxine beschleunigt ausgeschieden werden. Dosiert wird nach dem Urin-pH-Wert, der einen Wert von über 8 erreichen soll. Die zusätzliche Gabe von Kaliumchlorid ist zu empfehlen, um eine alkalosebedingte Hypokaliämie zu verhindern.

Die Rhabdomyolyse ist eine weitere, wenn auch seltene Indikation (Statine!) zur Alkalidiurese. Sie kommt vor allem bei extremer Muskelaktivität und Muskeltrauma und -ischämie vor. Hierbei wird auch Myoglobin freigesetzt, das bei sauren Urin zu Ferrihämat umgewandelt wird. Dieses ist direkt dadurch nephrotoxisch, weil es in den Tubuli auskristallisieren kann und eine mechanische Obstruktion erzeugt wird.

Kontraindikationen

Die absolute Kontraindikation für Baseninfusionen ist eine respiratorische Azidose. Bei entsprechendem Verdacht müssen die Grundkrankheit und die Ventilation korrigiert werden. Relative Kontraindikationen sind in erster Linie:

• Herzinsuffizienz,
• Niereninsuffizienz,
• Ödemneigungund die
• Hypertonie.

Bei diesen Kontraindikationen spielt vor allem die Volumenbelastung kombiniert mit Natrium eine Rolle (trifft für Natriumbikarbonat zu, weniger jedoch für Trometamol [z.B. in dem Präparat Tham [Köhler]]).

Baseninfusionen sind ebenfalls nicht einzusetzen bei der

• Laktatazidose
• diabetischen Ketoazidose

Grundsätzlich gilt hier immer wenn möglich die Ursache beheben!

Nebenwirkungen

Stets bei der Infusionstherapie ist die Natrium- (nur bei Natriumbikarbonat, nicht bei dem Wirkstoff Trometamol) und Volumenbelastung zu bedenken. Bei Übertherapie besteht die Gefahr einer metabolischen Alkalose mit

• Hypokaliämie,
• Hypocalcämie bis hin zur
• Tetanie.

Die Alkalisierung bewirkt ebenfalls eine Linksverschiebung der Hb-Sauerstoffdissoziationskurve mit der Folge eines peripheren Sauerstoffmangels, was der Entsäuerung durch den jetzt vermehrten anaeroben Stoffwechsel wiederum entgegenwirkt.

Eine (physiologische) Azidose fördert die mitochondriale Aktivität und inhibiert sinnvollerweise die Glykolyse. Es wird weniger Zucker benötigt dank der effizienten mitochondrialen Energiegewinnung. Es wird damit auch eine unnötige Laktatproduktion vorgebeugt.

Eine Alkalisierung hemmt andererseits die Mitochondrien, es wird mehr Zucker gebraucht, die Glykolyse wieder aktiviert und damit die Laktatproduktion wieder gesteigert.

Das Bikarbonat beinhaltet auch Natrium, wodurch eine hyperosmolare Hypernatriämie entstehen kann. In der Folge kann sich ein Hypoaldosteronismus einstellen, der die renale Säureausscheidung wieder reduziert und die Alkalisierung kompensieren wird.

Bikarbonat wird bei der metabolischen Azidose, bei der vermehrt Protonen im Extrazellulärraum vorhanden sind, sich mit diesen zu Kohlensäure verbinden. Wird diese noch außerhalb der Lunge dehydratisiert, kann das entstehende Kohlendioxyd rasch durch die Zellen aufgenommen werden. Intrazellulär wird durch eine erneute Hydratisierung frische Kohlensäure gebildet, wodurch sich eine Azidose intrazellulär entwickeln kann. So lässt sich auch die Entstehung einer „paradoxen“ Azidose des Liquor cerebrospinalis erklären. Dies betrifft jedoch vor allem schwerwiegende metabolische Keto-Azidosen mit hochdosierter Bikarbonattherapie. Dieser Sachverhalt wird auch bei Baseninfusionen im Rahmen von Krebsbehandlungen eingesetzt.

Wenn eine VBGA durchgeführt wird, sollte man sich an der Mitochondriale Aktivität orientieren. Ist er erhöht, kann dieser eine Hinweis für eine bereits bestehende intrazelluläre Azidose gewertet werden. In diesem Falle ist der Einsatz von z.B. dem Präparat Tham zu erwägen.

Die Alkalisierung des Harns führt zu einer beschleunigten renalen Elimination saurer und zur verzögerten Elimination basischer Arzneimittel.

Praktische Anwendung

In der Praxis haben sich die Baseninfusionen bestens bewährt. Tausende von Behandlungen wurden nebenwirkungsfrei toleriert, natürlich eine entsprechende Diagnostik vorausgesetzt. Die Infusionsdauer muss mindestens 90 Minuten betragen.

Vor, allenfalls während und nach der Behandlung sind die Elektrolyte, vor allem Kalium und Natrium zu kontrollieren. Ebenfalls müssen die Glucosespiegel überprüft werden.

Natriumbikarbonat

Durch die Gabe einer 1,4 %igen NaBik-Lösung (500 ml) werden 7 g NaBik entsprechend 83,5 mmol Bikarbonat und die gleiche Menge Natrium geliefert. Deshalb sollte bei entsprechendem Verdacht das Serum-Natrium kontrolliert werden. Ist es erhöht, was bei einer Azidose selten ist (Natrium ist basisch), wird die Verwendung des Wirkstoffes Trometamol angeraten.

Das Natriumbikarbonat neutralisiert überschüssige Protonen, indem es protonisiert zu Wasser und CO₂ zerfällt. Die entstehende CO₂ – 1,9 zusätzliche Liter CO₂ pro Infusion – müssen abgeatmet werden.

Trometamol

Die Vorteile des Wirkstoffs Trometamol liegen sowohl in einer geringeren Natriumlast (Trägerlösung) als auch in einer kleineren Gefahr einer paradoxen intrazellulären Azidose. Ein Präparatbeispiel mit Tromentamol ist „Tham“ (Köhler, ausführliche Informationen können beim Hersteller angefordert werden).

Ist hingegen die Mitochondriale Aktivität im Rahmen einer metabolischen Azidose erniedrigt, kann dies eine intrazelluläre Alkalose signalisieren. Dann wäre die paradoxe intrazelluläre Ansäuerung gar erwünscht und der NaBik-Lösung dem Vorzug zu geben.

Angaben der Firma Köhler
Das Präparat Tham  wird in Form von 20 ml-Ampullen geliefert und darf nicht unverdünnt verwendet werden. Eine Ampulle enthält 7,268 g Trometamol  was einer molaren Konzentration von 3 mmol/ml entspricht. Somit liefert eine Ampulle 60 mmol THAM. Es ist mindestens im Verhältnis 1:10 zu verdünnen, d.h. der Inhalt einer 20 ml Ampulle muss mit mindestens 180 ml isotonischer Kochsalzlösung (0,9 %iger NaCl-Lösung) verdünnt werden. Zur einfacheren Handhabung kann der Inhalt einer Ampulle auch auf ein größeres Volumen verdünnt werden, z.B. eine Ampulle zu 20 ml auf 250 ml isotonische Kochsalzlösung.

Bemerkung des Autors: NaCl ist wieder sauer und kann die Wirkung abschwächen. Gemäss Osmolaritätsberechnung kann auch eine Ampulle Tham in 100ml Aqua ad inject. verdünnt werden. Bei 250ml Aqua besteht bereits eine Gefahr der Hämolyse.

Basen verteilen sich innerhalb ca. 30 Minuten im Extrazellulärraum. Bis die Entsäuerung die Zellkompartimente erfasst hat, vergehen etwa 18 Stunden. In der Regel werden Baseninfusionen nicht häufiger als 2 – 3 x/Woche durchgeführt.

Je nach Bedarf kann ein Zusatz an Kalium und Magnesium oder an Zink indiziert sein.

Baseninfusionen: Maximale maximale Tagesdosis = 5 mmol/kg pro KG/Tag,
Maximale Infusionsgeschwindigkeit = 1 mmol/kg pro KG/Stunde.

Die Menge des benötigten Basenmittels lässt sich aufgrund des Körpergewichts und des Base Excess approximativ berechnen. Schwierig bleibt vor allem die Einschätzung des intrazellulären Bedarfs.

Um hier einen Anhaltspunkt zu erhalten, wurden folgende Überlegungen im Rahmen der Venösen Bluttitration (nicht VBGA) angestellt

• Die Erythrozyten können grundsätzlich nicht als Vertreter der zellulären Strukturen angesehen werden. Eine intrazelluläre Ansäuerung kann jedoch die oxidative Phosphorylierung aktivieren, wodurch den Erythrozyten mehr Kohlendioxyd angeboten wird. Damit fällt die erythrozytäre Pufferkapazität und gleichzeitiger wird der Sauerstoffabgabefähigkeit durch Rechtsverschiebung der SDK verbessert.
• Das Plasma steht auch mit dem Bindegewebe und dieser mit den Zellen in einem ständigen Austausch. Damit kann die Plasmapufferkapazität auch ein gewisses Maß für die intrazelluläre Situation sein.

Säureinfusionen

Obwohl wesentlich seltener in der Praxis anzutreffen, so verlangt eine fortgeschrittene metabolische Alkalose in bestimmten Situationen eine Säureinfusionsbehandlung mit z.B. L-Arginin-Hydrochlorid (Braun).

Indikationen

• metabolische Alkalosen,
• in der Pädiatrie bei erhöhter Konzentration von Ammoniak im Blut (Hyperammonämie) durch schwere angeborene metabolische Defekte.

Kontraindikationen

• absolute Kontraindikationen:
  • Azidosen,
  • Hyperkaliämie,
• relative Kontraindikationen:
  • Aminosäurestoffwechselstörungen,
  • Niereninsuffizienz

Während der Schwangerschaft und Stillzeit bestehen bei entsprechender Indikation keine Bedenken.

Nebenwirkungen

Die Verabreichung größerer Mengen Arginin-Hydrochlorid kann zu Aminosäuren-Inbalancen und Unverträglichkeitsreaktionen wie Übelkeit und Erbrechen führen. Bei Diabetikern kann die Verabreichung von Argininhydrochlorid die Blut-Glucose-Konzentration erhöhen.

Eine fälschlicherweise applizierte Säureinfusion wird wesentlich besser toleriert als eine inadäquate Baseninfusion. Das ist ein weiteres Indiz dafür, dass der Körper gegenüber Säurebelastungen viel besser ausgerüstet ist als gegenüber Alkalosen (ausführliche Informationen zu diesem Wirkstoff können bei der Fa. Braun angefordert werden).

Praktische Anwendung

In der Regel werden die Infusionen je nach Ausmaß der Störung 2 – 3 x wöchentlich durchgeführt. Die maximale Tagesdosis beträgt 1 mmol Arginin-Hydrochlorid/kg pro kg/Tag.

Eine hypokaliämische metabolische Alkalose erfordert die gleichzeitige Zufuhr von Kalium, am besten in Form von KCl.

Bei Diabetikern ist die Kontrolle der Blutglucose erforderlich.

10.3 Weitere Strategien

Der Säure-Basen-Haushalt ist mit fast allen Stoffwechselsystemen vernetzt. Aus diesem Grunde kann neben der Gabe von Säuren oder Basen auch mit anderen Maßnahmen auf ihn Einfluss genommen werden. Hier wird auf die wichtigsten und bewährtesten Verfahren eingegangen.

10.3.1 Hämatokrit-Kontrolle

Die Erythrozyten bzw. das Hämoglobin sind für den größten Teil der Blutpufferkapazität verantwortlich, vor allem wenn das Blut in den Lungen vollständig oxygeniert wird und alle flüchtigen Säuren abgestoßen werden. Die Menge des Bluts bzw. das Hämatokrit haben damit einen wesentlichen Einfluss auf den Säure-Basen-Haushalt. Je höher das Hämatokrit und die Sauerstoffsättigung sind, umso größer ist die Pufferkapazität und damit die Blutstabilität gegenüber Säurebelastungen, aber auch umso weniger Sauerstoff muss ein einzelner Erythrozyt abgeben.

Erythrozyten weisen die ca. dreifache Pufferkapazität auf wie das Plasma. Liegt die normale Konzentration der Plasmapuffer bei 24 mmol/l, beträgt sie bei den Erythrozyten ca. 74 mmol/l (IEP 100 %).

Das Durchschnittsverhältnis der Plasma- zu erythrozytären Pufferkapazitäten beträgt:

• bei einem Hämatokrit von 30% → 1:1.3
• bei einem Hämatokrit von 40% → 1:2
• bei einem Hämatokrit von 50% → 1:3

stets unter der Voraussetzung, dass das Blut vollständig oxygeniert ist und einen physiologischen Hämoglobingehalt aufweist.

Anämie

Patienten mit einer Anämie weisen nicht nur einen geringeren Gesamtsauerstoffgehalt im Blut auf sondern ebenso ein geringes Gesamtsäurepuffervermögen. Eine parzielle Kompensation wird dadurch erreicht, dass die Sauerstoffdissoziationskurve durch größere pH-Wert-Schwankungen hochamplitudig hin und her oszilliert. Damit kann mehr Sauerstoff pro Gramm Hämoglobin abgegeben und zusätzlich Säure aufgefangen werden. Bei einem kritischen Hk-Wert, in der Regel um 28 %, reicht dieser Mechanismus nicht mehr aus. Es beginnt die Dekompensation, bei der körperliche Belastung kaum noch toleriert wird.

Der Verlust dieser reichhaltigen erythrozytären Puffer kann dazu führen, dass die Plasmapuffer, insbesondere das Bikarbonat, ebenfalls verbraucht werden und proportional deren Gehalt zu sinken beginnt. Entsprechend finden sich bei Anämien metabolische Azidosen, die günstig auf Bikarbonatgaben ansprechen. Selbstverständlich müssen jedoch in erster Linie die Anämie behoben und offensichtliche Eisen- oder B 12-Defizite ausgeglichen werden.

Bei anämischen Patienten oder beim Aufenthalt in großen Höhen führt die Hyperpnoe zu einer Senkung des pCO₂. Damit wird die Sauerstoffdissoziationskurve weiter nach links verlagert, wobei der O₂-Mangel im Gewebe zunehmen kann. Andererseits müssen die Erythrozyten bei einer Anämie verhältnismässig mehr Pufferarbeit übernehmen. Je höher die Ec-Säurebelastung, umso mehr Sauerstoff wurde abgegeben. Die SDK tendiert wieder nach rechts.

Polyglobulie

Je größer der Anteil an Erythrozyten, umso höher ist die Vollblutpufferkapazität. Sie ist dadurch begrenzt, dass ab einen bestimmten Hk-Wert das Hämoglobin nicht mehr vollständig mit Sauerstoff gesättigt werden kann. Es bleibt unbesetztes, mit Protonen beladenes Hämoglobin zurück, welches am Vollblutpuffer nicht mehr beitragen kann.

Spitzensportler trainieren für den Wettkampf in großen Höhen, um ihren Hämatokrit anzuheben. Zu bedenken gilt, dass durch den Sauerstoffmangel ebenfalls hyperventiliert wird. Damit sinkt der pCO₂ und die SDK verlagert sich nach links. Nach ein paar Tagen kompensiert sich die respiratorische Alkalose, indem vermehrt Bikarbonat ausgeschieden wird. Anders ausgedrückt wird der Plasmapuffer gesenkt. Sofern noch eine reine Linksverschiebung der SDK resultiert, kann sich die O₂-Bindung verbessern. Unter Umständen wird aber bald dieser Effekt aufgehoben: Wieder zurück im Tiefland normalisiert sich die Atmung durch die höhere O₂ Konzentration, der pCO₂ steigt, die SDK verlagert sich wieder nach rechts. Damit wird der Nutzen der künstlichen Polyglobulie mehr als fragwürdig. Wenn überhaupt, profitiert man wahrscheinlich vor allem durch die erhöhte Gesamtpufferkapazität.

Patienten, bei denen das erhöhte Hämatokrit lediglich unnötiger Ballast bedeutet, also Menschen mit tiefem Intraerythrozytärpuffer, profitieren von einer Hk-senkenden Behandlung, sei dies durch Aderlässe, Blutspende oder Ernährungsumstellung auf eine vegetarische Rohkost. Selbstverständlich darf ein tiefer Intraerythrozytärpuffer niemals alleine eine Aderlasstherapie begründen. Es muss stets eine Polyglobulie vorliegen. Das Zielhämatokrit bei Männern liegt bei 42 % und bei Frauen um 40 %. Im Gegensatz dazu wird in den Referenzbereichen der meisten Laboratorien ein Hk von 52 % noch als „normal“ angesehen.

Im Vergleich zur Anämie, bei der ein tiefer Intraerythrozytärpuffer auf die essenzielle Pufferfunktion zurückzuführen ist, ist bei der Polyglobulie der niedrige Intraerythrozytärpuffer eine Folge der mangelnden Sauerstoffsättigung und Rechtsverschiebung der SDK.

Vor einer Aderlassbehandlung muss ein Eisenmangel ausgeschlossen werden.

10.3.2 Antioxidation

Nach der Lewis-Definition sind Säuren Oxidationsmittel. In einem sauren Milieu werden entsprechend Substrat-Oxidationen vermehrt anzutreffen sein.

Der Abbau von Nahrungsbestandteilen wie Alkohol, Aminosäuren, biogenen Aminen, Fettsäuren und Purinen erfolgt über das Cytochrom-C unter Einwirkung von Sauerstoff und Reduktionsäquivalenten wie NADPH. Dabei entstehen Oxidationsprodukte sowie das Superoxidradikal. In einem basischen Milieu mit zudem wenig Eisen endet die Reaktion unter der Bildung von Wasser und oxidiertem Glutathion.

Substratoxidation im basischen Milieu mit niedrigem Eisenspiegel

 

Liegt hingegen eine Übersäuerung vor und zudem hohe Eisenspiegel wie z.B. bei der Hämochromatose, so reagiert das Superoxidradikal mit oxidiertem dreiwertigem Eisen und leitet dadurch die Fenton- sowie die Haber-Weiss-Reaktion ein, wodurch reaktive Hydroxylradikale entstehen (Abb. 10.3). Entsprechend hoch ist dann der Bedarf an Antioxidanzien.

Substratoxidation im sauren Milieu mit hohem Eisenspiegel

 

An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass viele heutige Beschwerden auf Eisenmangel zurückgeführt werden. Zwar ist Eisen einerseits als Cofaktor der Katalase essenziell für eine Antioxidation, andererseits könnte ein rascher Anstieg der Eisenkonzentration durch die parenterale Zufuhr kurzfristige hohe Pegel von oxidativem Stress erzeugen. Das infundierte Eisen ist meist dreiwertig und kann dadurch als Oxidationsmittel reagieren, bevor die Katalase hochreguliert wird. Aber auch im sauren oxidierenden Milieu wird mehr Fe³⁺ vorliegen. Entsprechend sollte bei diesen Patienten vor einer Eisentherapie eine Azidose ausgeschlossen bzw. behandelt und ein ausreichendes antioxidatives Potenzial sichergestellt werden. Die wichtigsten Antioxidanzien sind die Vitamine C und E, Glutathion und Selen (am besten in Form von Natrium-Selenit).

Sind kaum beherrschbare oxidative Prozesse wie z.B. bei den

• Autoimmunerkrankungen,
• Colitis ulcerosa oder
• Polymyalgia rheumatika

im Gange, so können Steroide als Antioxidans eingesetzt werden.

10.3.3 Pro-Oxidation

Genau so wie die ständigen Säureängste relativiert werden sollen, muss auch die Oxidation von ihrer positiven Seite beleuchtet werden. Gerade sie ermöglicht überhaupt das Leben. Der Abbau von Substraten bzw. ein großer Teil der Verdauung ist nichts anderes als Oxidation. Schließlich erfolgt die Energiegewinnung im menschlichen Körper über die oxidative Phosphorylierung und das Elektronentransportsystem, bei der zwar weitere Radikale anfallen, aber durch enzymatische und nicht enzymatische Antioxidantien größtenteils abgefangen werden.

Eine weit verbreitete Krankheit der heutigen Zeit ist die chronische Erschöpfung und Müdigkeit oder das Chronische Erschöpfungssyndrom (CFS). In vielen Fällen zeigt sich gerade hier ein Mangel an Oxidationskraft. Betroffene Patienten, die hohe Basen- und Antioxidantiendosen konsumieren, werden entsprechend nicht davon profitieren. Im Gegenteil müssen Verfahren der Pro-Oxidation eingesetzt werden. Darunter sind alle Maßnahmen zu verstehen, die die oxidative Phosphorylierung aktivieren. Dazu zählt die Gabe von Sauerstoff, Verbesserung der Zirkulation und damit der Vitalstoffversorgung der Zellen und Supplementierung von Mineralien, die in der Verwertung von Sauerstoff eine zentrale Rolle einnehmen wie Eisen, Magnesium und Zink. Die Mitochondrien sind aber auch auf ausreichende Protonen angewiesen, um die ATPasen anzutreiben.

Für den Substrateinstieg in die oxydative Phosphorylierung muss zudem Pyruvat zu Coenzym Co-A verstoffwechselt werden. Daran sind drei Enzyme und fünf Cofaktoren (prosthetische Gruppen) beteiligt:

• Thiaminpyrophosphat,
• Flavinadenindinucleotid,
• Coenzym A,
• Nicotinamidadenindinucleotid
• α-Liponsäure.

Vier verschiedene Vitamine, die in der Ernährung enthalten sein müssen, sind somit wesentliche Bestandteile dieses Systems:

• Thiamin(Vitamin B1),
• Riboflavin(Vitamin B2),
• Niacin(Vitamin B3) und
• Pantothensäure(für Coenzym A).

Auch werden

• L-Carnitinund
• Eisen

benötigt. Das Eisen ist hier nicht nur für die Sauerstoffbindung am Hämoglobin verantwortlich, sondern auch für dessen Verwertung im Elektronentransfersystem. Die Bioverfügbarkeit von diesem wichtigen Element (Eisen-II) steigt in einem sauren und oxidierenden Milieu.

Die Säure ist nicht nur für die Oxidation des Eisens verantwortlich, sondern auch für deren Löslichkeit. Fe²⁺ ist bei höheren pH-Werten schlecht löslich und somit nicht resorptionsfähig. Zudem entsteht mehr schlecht resorbierbares Fe³⁺. Aus diesem Grunde ist die Eisenaufnahme bei Magensäuremangel z.B. im Alter oder beim Einsatz von Magensäurehemmer reduziert. Analoge Überlegungen können bei den Nahrungsmitteln angestellt werden. In der Regel werden basische Nahrungsmitteln, vor allem die Milch, die Eisenaufnahme hemmen und Speisen wie z.B. saure Früchte die Resorption erhöhen. Die beste Versorgungsquelle vieler für die oxidative Phosphorylierung benötigten Vitamine und Mineralien ist ausgerechnet das „saure“ rote Fleisch.

Eine vegetarische Ernährung schließt eine ebenso gute Versorgung nicht aus, ist aber nur mit mehr Aufwand zu erreichen. Auch hier gilt die Regel:

• Vegetarismus für die Plethoriker(benötigen eher Antioxidation und Entsäuerung),
• Mischkost für die Athleten und Astheniker (benötigen eher Pro-Oxidation und Ansäuerung).

11 Klinik des Säure-Basen-Haushalts

In diesem Kapitel wird nochmals das bisher Erarbeitete anhand verschiedener wichtiger physiologischer Themenbereiche sowohl zum Teil wiederholt wie auch weiter vertieft und eingehender klinisch beleuchtet.

Der Säure-Basen-Haushalt kann nicht nur durch die Gaben von Basen und Säuren wiederhergestellt werden. Vielmehr müssen die Ursachen und die beeinflussenden biochemischen Prozesse, die zu der Störung geführt haben, korrigiert werden.

11.1 Neuromuskuläre Erregbarkeit

Die neuronale Funktion ist eng an den Säure-Basen-Haushalt gekoppelt. In Anbetracht der enormen Bedeutung des Nervensytems für das menschliche Wohlergehen, sei es in autonomer-vegetativer oder in somatischer-willkürlicher Hinsicht, erhält dieses Kapitel einen besonderen Stellenwert.

11.1.1 Physiologie

Alle lebenden Zellen werden durch eine Biomembran aus einer Doppellipidschicht umhüllt und auf diese Weise von der Umgebung als funktionelle Einheit abgegrenzt. Je nach Spezialisierung erhalten die Zellen ein inneres Milieu, welches sich deutlich von seiner äußeren Umgebung, der Matrix, abhebt. Bei gleichförmigem äußeren Milieu sind die Zellen ausgesprochen differenziert. Aus elektrochemischer Sicht sind es vor allem die Ionen Natrium, Kalium und Chlorid, die die Matrix vom inneren Milieu unterscheiden. Dadurch kann bei gesunden und aktiven Zellen eine charakteristische elektrische Spannung an der Membran aufgebaut werden. Bei den Zellen, die der nicht lokalen Informationsübertragung dienen, ist dieses Potenzial die Grundlage ihrer Aktivität. Dem ruhenden Membranpozential wird eine elektrochemische Welle aufmoduliert, die sich der Membran entlang fortbewegt. Jede gesunde Zelle muss nach der Impulsweitergabe zu der Ausgangsspannung zurückfinden. Bei den Neuronen liegt sie bei (innen) –70 mV, bei den Glia-, Herz- und Skelettmuskelzellen bei ca. –90 mV.

In der Fachliteratur wird immer der aktive Aufbau des Membranpotenzials durch die Zelle zur Bedingung gemacht. Diese Formulierung ist grundsätzlich zu hinterfragen, da das Membranpotenzial jede lebende Zelle charakterisiert. Und nur lebende Zellen können sich fortpflanzen. Entsprechend ist das Membranpotenzial vielmehr als eine unsterbliche Eigenschaft der Zelle anzusehen, die stets an die nächste Generation weitervererbt wird. Die Aufgabe der Zelle ist somit, dieses Potenzial zu erhalten, nicht aber zu erzeugen. Ist die Zelle nicht mehr dazu in der Lage, tritt der geregelte Zelltod (Apoptose) ein, die Zelle stirbt und wird abgeräumt. Würde tatsächlich die ATPase das Membranpotenzial erzeugen, statt zu erhalten, wäre diese Membranspannung je nach verfügbarer Energie größeren und damit gefährlichen Schwankungen unterworfen.

Folgende Voraussetzungen entscheiden über das Membranpotenzial:

• Die Beschaffenheit und Dicke der Doppel-Lipidmembran als isolierende Grenzschicht zwischen „Innen“ und „Aussen“.
• Die Fähigkeit, einen Konzentrationsgradienten aktiv unter Energieverbrauch zu erhalten.

Um zusätzlich ein Aktionspotenzial erzeugen zu können, müssen Membranen eine weitere Bedingung erfüllen; sie müssen für Natrium und Kalziumionen eine kontrollierte Permeabilität aufweisen.

Wie wird das Membranpotenzial erhalten?

Das Membranpotenzial ist ein „Summenpotenzial“, bestehend aus einer chemischen und einer elektrischen Komponente. Erstere ist durch die gegebenen Konzentrationsgefälle der Hauptionen Kalium, Natrium und Chlorid definiert. Diese Konzentrationsdifferenzen erzeugen ihrerseits elektromagnetische Felder direkt an der Membranoberfläche (nicht aber im Zellinneren), die in der Lage sind, je nach Ladungsrichtung und Spannung Ionen anzuziehen oder abzustoßen. Gemeinsam wird vom elektrochemischen Potenzial gesprochen. Diese essenzielle Spannung wird nur durch die energie- bzw. ATP-konsumierenden Na/K-ATPasen aufrechterhalten. Im einzelnen sind die verschiedene Faktoren:

Doppel-Lipidmembran

Um eine Spannung überhaupt erzeugen zu können, müssen Ladungen einerseits durch eine semi-leitende Schicht getrennt werden, andererseits muss diese Trennschicht eine gewisse Durchlässigkeit für diese Ladungsträger aufweisen. Dies ist am Ohm’schen Gesetz ablesbar:

U = R x I
U: Potenzial bzw. Spannung
R: Widerstand bzw. 1/Permeabilität
I: Ladungsstrom

Bei einer völligen Isolation (R → Unendlich) ist der Ladungsstrom Null, somit herrscht kein Potenzial. Dies trifft beispielsweise für die negativ geladenen großen Proteinmoleküle zu.

Bei einer völligen Leitfähigkeit (R → 0) ist das Potenzial ebenfalls Null.

Zellmembranen müssen somit eine Leitfähigkeit zwischen diesen Extremwerten aufweisen, um eine Spannung aufbauen zu können.

Kaliumionen

Je nach Literaturquelle schwankt die Kaliumkonzentration innerhalb der Zelle um den Faktor 40 höher als in der Matrix (160/4 mmol). Entsprechend stark ist der Diffusionsdruck von Kalium aus der Zelle hinaus und damit die chemische Spannung. Durch die relativ gute Membranpermeabilität für Kalium sickern diese Ionen entlang diesem Konzentrationsgradienten permanent nach außen. Diese Bewegung ist für die Erhaltung des Potenzials entscheidend, da dadurch positive Ladungen von der Membraninnenseite abtransportiert werden, woraus ein negativer Ladungsüberschuss resultiert.

Natriumionen

Die Natriumkonzentration ist ausserhalb ca. 14-mal größer als innerhalb der Zelle (140/10 mmol). Somit herrscht ein Konzentrationsgefälle und Diffusionsdruck nach innen. Dieser Ioneneinstrom tendiert im Gegensatz zum Kaliumauswärtsstrom dazu, das Membranpotenzial zu reduzieren. Die Membranpermeabilität von Natrium ist jedoch im Vergleich zu Kalium gering und die Wirkung auf das Ruhepotenzial daher bescheiden (Gegensatz: Aktionspotenzial).

Chloridionen

Durch die ca 20-fache höhere extrazelluläre Konzentration (100/5 mmol) ist ein deutlicher Einwärtsstrom zu erwarten. Diese wird im Gleichgewicht durch das negative Innenpotenzial begrenzt, welches zusätzlich durch die zellulären negativ geladenen Proteinmoleküle verstärkt wird.

Membranpotenzial

Zellmembranen sind auf der Innenseite negativ und damit definitionsgemäß außen positiv geladen. Ihre negative Innenladung erfüllt verschiedene Aufgaben. Einerseits ist sie für das Ionic Trapping verantwortlich, dadurch verbleiben negative Ionen im Zellinneren. Andererseits zieht diese negative Ladung positive Kaliumionen an und erleichtert ihren Transport nach außen. Im Gleichgewicht wird das Kalium aber auch durch die negative innere Ladung in die Zelle „zurückgezogen“, was der Auswärtsbewegung entgegenwirkt. Trotzdem weist das Kalium im Vergleich zu den anderen Ionen eine gute Membranpermeabilität auf, welche als Referenzwert für die anderen Ionen gewählt wurde. Somit erhielt das Maß der Kaliumpermeabilität den relativen Permeabilitätswert P_K von eins.

So wie das Innenpotenzial negativ ist, müsste das Aussenpotenzial die gleiche Stärke nur mit umgekehrten Vorzeichen haben. Es ist aber definitionsgemäss Null, was nicht ganz korrekt ist. Als Vergleich soll eine Batterie mit ihrem positiven und negativen Pol dienen. Diese Sachlage ist für das Verständnis der Membranphysiologie wichtig, denn das positive Potenzial an der Außenmembran wird den chemischen Druck der zahlreichen ebenfalls positiven Natriumionen durch lokales Abstoßen abschwächen. Damit verschlechtert sich die Membranpermeabilität für Natrium erheblich. Der relative Permeabilitätswert für Natrium P_Na beträgt auch lediglich 0,04, was 1/25 der Kaliumpermeabilität entspricht.

Chloridionen werden ihrerseits durch das positive Außenpotenzial an die Zelle herangezogen, wodurch der Permeabiltitätswert eine Mittelstellung einnimmt, nämlich P_Cl = 0,45. Weil die Chloridionen ebenfalls durch das negative Innenpotenzial zurückgestoßen werden, entsteht bei einer bestimmten Konzentration automatisch ein Gleichgewicht, welches ebenso an der Größe des Membranpotenzials beteiligt ist.

Die Goldman-Gleichung

Die Goldman-Gleichung (GHK) bietet eine Möglichkeit für die Berechnung des Membranpotenzials für eine Membran, die für verschiedene Ionen, wie z.B. Natrium-, Kalium- und Chlorid-Ionen durchlässig ist.

Goldmann-Gleichung zur Berechnung des Membranpotenzials durch die Konzentrationen der wichtigsten Anionen und Kationen (dabei gilt: Em = Ruhepotenzial an der Zellmembran, P = Permeabilität der Membran für eine Ionensorte)

R = Universelle Gaskonstante; R = 8.314471 J mol-1
T = Thermodynamische Temperatur in Kelvin; 0 K = -273.15oC
F = Faraday Konstante; F = 96,485.3415 C mol-1

Das Ruhepotenzial kann unter konstanten Bedingungen (d.h. wenn sich Konzentration und Permeabilität nicht ändern) durch die Goldman-Gleichung berechnet werden, wobei die Ähnlichkeit mit der Ohm’schen Formel offensichtlich ist.

Aus dieser Formel lässt sich Wesentliches herleiten. Das Potenzial wird in erster Linie durch die Konzentration von Kalium ausserhalb und in zweiter Linie von der Chloridkonzentration innerhalb der Zelle beeinflusst. Und es sind genau diese Ionen, die auf Veränderungen des Säure-Basen-Haushalts am empfindlichsten reagieren. Mit höheren Konzentrationen von Kalium außerhalb und Chlorid innerhalb der Zellen, wie dies normalerweise bei einer Azidose vorkommt, nimmt das Membranpotenzial der Zelle ab. Bei einer Alkalose trifft man sinngemäß auf umgekehrte Verhältnisse, das Membranpotenzial nimmt zu.

Na/K-ATPase

Dieses Enzym ist für die Erhaltung des Membranpotenzials verantwortlich und damit für die Kommunikation der Zelle mit ihrer Umgebung. Durch das Membranpotential muss die ATPase „nur“ die Sickerströme von Ionen ausgleichen. Dieser energiekonsumierende Vorgang transportiert überschüssige Natriumionen aus der Zelle hinaus und gleichzeitig Kaliumionen in die Zelle hinein und zwar im Verhältnis Na:K von 3:2. Dadurch wird nicht nur das physiologische Ionenungleichgewicht erhalten, sondern auch das negative Potenzial im Inneren. Wie die ATPase dieses Verhältnis aufrecht erhält, erklärt die Fachliteratur durch die unterschiedliche Spezifität der Ein- und Auswärtscarrier. Interessant ist aber auch die Tatsache, dass drei Natriumionen ungefähr das gleiche Volumen einnehmen wie zwei Kaliumionen. Spielt die „Taschengröße“ des Enzyms ebenfalls eine Rolle?

Approximative Atomgröße:

Natrium = 25.000.000 pm³ x 3 = 75.000.000 pm³ (Gesamtvolumen für 3 Atome)
Kalium = 45.000.000 pm³ x 2 = 90.000.000 pm³ (Gesamtvolumen für 2 Atome)

Aktionspotenzial

Mit Hilfe des Aktionspotenzials kann das Nervensystem Informationen übertragen und koordinieren, sowohl zwischen Nervenzellen als auch mit anderen wichtigsten Signalempfängern im menschlichen Organismus wie z.B. der Muskulatur und die endokrine Organe. Erst dadurch wurde überhaupt komplexes Leben ermöglicht. Die Höhe des Membranpotenzials ist für die Verarbeitung und Weiterleitung dieser Impulse mitverantwortlich.

Signalempfang

Neurone erhalten ihre Signale meist über Synapsen, Miniaturverbindungen zwischen den Dendriten, Axone und Zellkörper. Im Zusammenhang mit dem Säure-Basen-Haushalt ist entscheidend, dass alle Synapsen Transmittersubstanzen in den synaptischen Spalt entleeren, die an der postsynaptischen Membran eine Veränderung des dortigen Potenzials bewirken. Dabei werden aktivierende und hemmende Neurotransmitter unterschieden. Diese Aktion hängt weniger vom Neurotransmitter ab als vielmehr von der Art des Rezeptors an der postsynaptischen Membran. Aktivierende Neurotransmitter tendieren dazu, die Membran zu depolarisieren und sinngemäß werden hemmende die Membran hyperpolarisieren.

Signalverarbeitung

Die Verarbeitung eines Signals ist nichts anderes als die Aufsummierung der eingehenden aktivierenden und hemmenden Informationspakete. Erreicht die Potenzialsumme an der Axonbasis den Schwellenwert, wird die Bildung eines Aktionspotenzials angeregt. In der Regel werden mehrere eingehende Signale benötigt, um ein ausgehendes Aktionspotenzial zu generieren. Die wichtigsten hemmenden Neurotransmitter sind γ-Aminobuttersäure (GABA), Serotonin und Glycin. Zu den aktivierenden Neurotransmittern zählen Glutamat, Adrenalin und Noradrenalin.

Signalweiterleitung

Wird die Axonbasis (Axonhügel) durch die Summe der einfallenden Signale ausreichend depolarisiert (Schwellenpotenzial), wird ein Aktionspotenzial ausgelöst. Dieses besteht aus verschiedenen charakteristischen Phasen, die im Folgenden vereinfacht dargestellt werden:

• Durch die initiale Depolarisation verliert die Membran an innerer Negativität und damit auch an äußerer positver Ladung. Neben einer Zunahme der Permeabilität werden die Natriumionen weniger abgestoßen und fließen dadurch verstärkt in die Zelle hinein. Die Membran wird damit noch weiter depolarisiert. Wird das Schwellenpotenzial erreicht, nimmt diese positive Rückkopplung schlagartig zu und endet im Gipfel des Aktionspotenzials.
• Jetzt beginnt die Repolarisationsphase. Das viele Natrium stösst nun die Kaliumionen hinaus, auch dank dem großen Konzentrationsgradienten und der nun fehlenden rückziehenden Kraft der inneren Negativität und dies ohne Energieaufwand. Durch die Trägheit der Kaliumausstromdynamik wird das Ruhepotenzial vorübergehend unterschritten, was sich als kurzfristige Hyperpolarisation manifestiert (Refraktärphase). Dieses Verhalten ist überall in biologischen Systemen zu beobachten und spiegelt das Phänomen der gedämpften Schwingung wider, eine notwendige Voraussetzung quasistabiler kybernetischer Schaltkreise. Diese Hyperpolarisation sorgt auch dafür, dass Nerven nur unidirektional leiten können.

11.1.2 Neuronale Störungen: Azidosen

Azidosen verursachen unterschiedliche Veränderungen der neuronalen Funktion. Klinische Symptome sind vor allem bei metabolischen Störungen anzutreffen, bei respiratorischen sind sie wesentlich unauffälliger.

Eine geringere Distanz zum Schwellenpotenzial bedeutet bei dem Krankheitsbild der Azidose für die Praxis, dass die eingehenden Impulse durch die nachgeschaltete Nervenzelle weniger gefiltert, entsprechend unkontrollierter aber dafür langsamer weitergeleitet werden.

Zu Beginn sind beim Patienten die Reflexe lebhaft, entsprechend der fortschreitenden Depolarisation mit abnehmender Erregbarkeit tritt bei zunehmender Azidose dann eine schlaffe Lähmung ein. Kardial sind entsprechend Arrhythmien zu erwarten, die bis in ein Kammerflimmern münden können. Endlich kann sogar ein Herzstillstand eintreten. Im EKG sind typische Befunde zu erkennen.

Metabolische Azidose

Durch die intrazelluläre Aufnahme von Protonen werden metabolische Azidosen abgepuffert. Damit die Elektroneutralität trotzdem gewährt bleibt, wird Kalium nach außen befördert. Dadurch senkt sich die Kaliumkonzentration intrazellulär und nimmt gleichzeitig extrazellulär zu. Der Konzentrationsgradient von Kalium sinkt und damit auch das Membranpotenzial, wodurch die Distanz zum Schwellenpotenzial abnimmt. Auf diese Weise werden einerseits die Aktionspotenziale schwächer, andererseits rascher ausgelöst, was sich zunächst als Übererregbarkeit manifestieren wird. Die intrazelluläre Hypokaliämie führt ebenfalls zu einer langsameren Repolarisierung des Membranpotenzials wie auch der Nervenleitgeschwindigkeit.

Bei einer metabolischen Azidose ist die Nervenreizbarkeit auf Kosten der Signalleitung erhöht.

Nimmt die Azidose und damit die Hyperkaliämie zu bzw. der Kaliumgradient weiter ab, kann die Erregbarkeit völlig erlöschen. Es kann weder ein Aktionspotenzial ausgelöst noch weitergeleitet werden.

Bei den Azidosen wird noch zwischen organischen und nicht organischen Azidosen unterschieden.

• Nichtorganische metabolische Azidosengehen mit einer unveränderten Anionenlücke einher, der Chloridspiegel steigt also auf Kosten des Bikarbonats an. Das Bikarbonat beeinflusst das Membranpotenzial nicht, das Chlorid hingegen schon. Eine Zunahme der extrazellulären Chloridionen würde die Membran wieder diskret repolarisieren, gleichzeitig steigt aber das intrazelluläre Chlorid verhältnissmäßig stärker an, da dort die Ausgangskonzentration sehr viel niedriger liegt. Dieses Verhalten führt nach der Goldmann-Gleichung zu einer verstärkten Depolarisation, denn mehr intrazelluläres und negativ geladenes Chlorid drängt nach außen, wodurch die innere negative Ladung weiter abnimmt. Dies verstärkt die durch die Hyperkaliämie und damit ein intrazelluläres Kaliumdefizit bereits eingeleitete Depolarisation.
• Anders ist die Situation bei den organischen metabolischen Azidosen (z.B. Ketoazidose, Laktatazidose) mit erhöhter Anionenlücke. Hier werden sowohl Bikarbonat wie auch das Chlorid durch organische Anionen ausgetauscht. Diese organischen Säuren beteiligen sich wie das Bikarbonat kaum am Membranpotenzial kaum, da ihre Membranleitfähigkeit äußerst gering ist. Dadurch, dass im Gegensatz zu den nichtorganischen Azidosen die Chloridkonzentration abnimmt, wird ein Teil der hypokaliämiebedingten Depolarisation wieder ausgeglichen. Aus diesem Grunde werden die organischen Azidosen vom Nervensystem besser toleriert als die mineralischen Azidosen.

Respiratorische Azidose

Ein gesteigertes Angebot an Kohlendioxyd wird gleichzeitig durch sämtliche Körperzellen abgefangen. Intrazellulär wird durch die Hydratisierung des CO₂ Kohlensäure produziert, welche dann zu Bikarbonat und H⁺ dissoziiert. Weil die die Säure gleichzeitig ihr konjugiertes Anion mitliefert, müssen keine Kaliumionen zur Erhaltung der Elektroneutralität die Zelle verlassen. Aus diesem Grunde sind wesentliche klinische Symptome nicht zu erwarten. Durch den pH-Wert-Abfall wird extrazelluläres Kalzium vom Träger Albumin weggedrängt, wodurch der freie Kalziumanteil zunimmt und die Nerven sich leicht hyperpolarisieren. Ihre Erregbarkeit nimmt daher leicht ab.

11.1.3 Neuronale Störungen: Alkalosen

Bei Alkalosen verhalten sich die Nerven entgegengesetzt wie bei einer Azidose. Klinische Symptome sind vor allem bei metabolischen Störungen anzutreffen, bei respiratorischen sind sie jedoch dramatischer.

Bei einer größeren Distanz zum Schwellenpotenzial, wie sie bei Alkalosen vorliegt, werden die eingehenden Impulse durch die nachgeschaltete Nervenzelle stärker gefiltert und entsprechend selektiver (bis gar nicht) weitergeleitet. Bei Weiterleitung erfolgt die Informationsübertragung aber jetzt rascher.

Das Ausmaß klinischer Kaliummangelsymptome ist nicht mit der im Serum gemessenen Hypokaliämie streng parallel. Es finden sich alle Schweregrade vom klinischen Normalbefund bis zu schwersten neuromuskulären Symptomen. Je rascher sich eine metabolische Alkalose und damit ein Kaliumdefizit entwickelt, desto ausgeprägtere Symptome sind zu erwarten.

Neben den Allgemeinsymptomen wie

• Müdigkeit,
• Adynamie und
• Apathie

stehen vor allem Zeichen der neuromuskulären Erregbarkeitsstörung im Vordergrund, die sich an der Skelettmuskulatur durch

• Schwäche,
• Tonusverlust, in schweren Fällen durch
• schlaffe Lähmung

äußern. Zusätzlich ist bei ausgeprägten Hypokaliämien das Auftreten von Rhabdomyolysen mit einem Anstieg der Creatininphosphokinase (CPK) möglich. Durch die Funktionsstörung der glatten Muskulatur kommt es zur intestinalen Atonie mit

• Obstipation,
• eventuell paralytischem Ileus und zu
• Störungen der Blasenmotilität.

Kardiale Symptome sind die erhöhte

• Glykosidempfindlichkeitund
• Rhythmusstörungen.

Das Hypokaliämie-EKG zeigt eine Abflachung der T-Welle, Senkung der ST-Strecke, zunehmende Ausbildung einer U-Welle, die mit der T-Welle verschmelzen kann. Eine deutliche Verlängerung der QT-Zeit und ein vorzeitiger Einfall des zweiten Herztons sind bereits Zeichen einer ausgeprägten myokardialen Stoffwechselstörung. Als Zeichen des Kaliummangels kann schließlich auch eine Störung der Nierenfunktion auftreten (hypokaliämische Nephropathie). Sie äußert sich durch eine Beeinträchtigung des Konzentrationsvermögens mit Polyurie.

Metabolische Alkalose

Metabolische Alkalosen senken die intrazelluläre Protonenkonzentration und sind ausnahmslos anorganischen Ursprungs. Damit die Elektroneutralität gewährt bleibt, wird vermehrt Kalium in die Zelle befördert. Dadurch erhöht sich ihre intrazelluläre Konzentration, während der extrazelluläre Pool abnimmt. Durch den Anstieg des Membran-Konzentrationsgradienten des Kaliums steigt auch das Membranpotenzial i.S. zunehmende Negativität, die Distanz zum Schwellenpotenzial nimmt zu. Auf diese Weise werden einerseits die Aktionspotenziale stärker, andererseits langsamer ausgelöst, was sich hauptsächlich als Untererregbarkeit bemerkbar macht. Die intrazelluläre Hyperkalie führt ebenfalls zu einer beschleunigten Repolarisierung des Membranpotenzials wie auch der Nervenleitgeschwindigkeit.

Nehmen die Hyperkalie und der Kaliumgradient weiter zu, kann die Erregbarkeit völlig zum Erliegen kommen. Wie bei der schweren metabolischen Azidose wird kein Aktionspotential mehr ausgelöst. Im Gegensatz dazu ist hier jedoch die Summe der depolarisierenden Reize nicht mehr in der Lage, das Schwellenpotenzial zu erreichen.

Alle metabolischen Alkalosen gehen mit einer unveränderten Anionenlücke einher, meist steigt die Menge an Bikarbonat auf Kosten der Chloridspiegel. Eine Abnahme der extrazellulären Chloridionen würde die Membran wieder etwas depolarisieren, gleichzeitig sinkt aber das intrazelluläre Chlorid verhältnissmäßig stärker ab, da dort die Ausgangskonzentration sehr viel niedriger liegt. Dieses Verhalten führt nach der Goldmann-Gleichung zu einer verstärkten Repolarisation: Weniger intrazelluläres und negativ geladenes Chlorid drängt nach außen, wodurch die innere negative Ladung weiter zunimmt. Dies verstärkt die durch die Hypokaliämie und den intrazellulären Kaliumüberschuß bereits eingeleitete Repolarisation.

Respiratorische Alkalose

Bei starker Hyperventilation kann der Kohlendioxidanteil im Blut in weniger als 30 Sekunden um 50 % abnehmen. Durch den Abzug von CO₂ in den Zellen sinkt die Konzentration von Bikarbonat und den Protonen. Die freiwerdenden Bindungstellen an den Proteinen, vor allem Albumin, nehmen vermehrt Kalzium auf. Das bioverfügbare Kalzium nimmt ab, wodurch eine Depolarisierung des Membranpotentials erfolgen kann. Die Erregbarkeit nimmt zu.

Entsprechend der gesteigerten neuromuskulären Erregbarkeit ist die Symptomatik eindrücklich. Die respiratorische Alkalose führt zur Hyperventilationstetanie mit Parästhesien, Muskelzittern und Karpopedalspasmen.

11.1.4 Schmerzen

„Schmerz ist ein unangenehmes Sinnes- oder Gefühlserlebnis, dass mit tatsächlicher oder drohender Gewebeschädigung einhergeht oder von betroffenen Personen so beschrieben wird, als wäre eine solche Gewebeschädigung die Ursache.“ (International Association for the Study of Pain)

Andererseits ist für den Patienten der Schmerz das, was er als solches auch empfindet. Um einen Schmerz wahrzunehmen, muss dieser über die sogenannten afferente Fasern aus der Peripherie zum Zentralnervensystem weitergeleitet werden, und die Nervenleitung ist von der Dynamik des Membranpotenzials abhängig.

Sensorische Nervenzellen enden blind im Bindegewebe und in der Matrix der Organe. Je nach dem dort herrschenden elektrochemischen „Klima“ werden die Nerven ein unterschiedliches Ruhepotenzial aufweisen. In der Regel wird jede pathologische Veränderung und lokale Azidose mit interstitiellem Kaliumanstieg das Membranpotenzial abschwächen. Damit nimmt die Nervenreizbarkeit zu und ein Schmerzsignal kann bereits auch auf leichte Reize hin ausgelöst werden. Wird das Gewebe entsäuert, kann die Membran repolarisiert werden, wodurch zumindest ein Teil des schmerzausschaltenden Effektes dieser Therapie erklärt werden kann.

Klinisch kann eine interstitielle Azidose an Hand der Kiblerfalte vermutet werden. Man hebt am unteren Rücken eine Hautfalte und stösst diese wellenförmig von unten (steißwärts, caudal) nach oben (schädelwärts, cranial) vor sich hin. Empfindet der Patient dabei einen Schmerz (was erstaunlich häufig in der Praxis beobachtet werden kann), ist die Schmerzschwelle wie das bedingende Schwellenpotenzial erniedrigt. Eine chronische subklinische metabolische Azidose kann hier als Ursache in Frage kommen.

Grundsätzlich müssen Schmerzen in zwei Kategorien unterteilt werden: Entzündliche und degenerative Formen.

Entzündliche Schmerzen

Entzündungschmerzen entstehen durch einen gesteigerten Stoffwechsel und werden vor allem in Ruhe wahrgenommen. Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Sauerstoffversorgung in der Peripherie. Je mehr Energie für die Entzündung bereitgestellt werden muss, umso intensiver die oxidative Phosphorylierung. Damit steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass freie Radikale produziert werden. Durch den hohen Sauerstoffverbrauch und damit auch der Kohlendioxydfreisetzung werden im Plasma die Bikarbonatspiegel ansteigen. Damit ist nicht primär mit einer metabolischen Azidose zu rechnen. Die Therapie muss sich vielmehr dem Grundprozess und dem Aspekt des oxidativen Stresses widmen.

Entzündliche Schmerzen entstehen auch durch die Aktivierung von Protonen-Rezeptoren, welche Schmerzsignale auslösen können.

Degenerative Schmerzen

Diese Art von Schmerz entsteht vor allem durch strukturelle Veränderungen wie sie bei z.B. Arthrosen, Veränderungen der Sehnen und Bandscheiben aber auch bei Tumorerkrankungen gefunden werden. Die Schmerzen manifestieren sich vor allem bei Belastung und klingen in der Ruhe ab. Der Stoffwechsel und der Sauerstoffumsatz sind allgemein verlangsamt.

11.2 Stoffwechsel

Aus der großen Anzahl an Stoffwechselerkrankungen sind der Diabetes mellitus und das Metabolische Syndrom für den Säure-Basen-Haushalt am bedeutsamsten. Sie sind in erster Linie durch eine Störung des Zuckerstoffwechsels und der Sauerstoffverwertung gekennzeichnet. Hauptursachen sind ein Mangel an Insulin bzw. deren Resistenz und Störungen der allgemeinen Durchblutung. Das Gesamtkrankheitsbild präsentiert sich unabhängig der Ätiologie relativ einheitlich und lässt sich als eine gestörte Energieproduktion sowie -verwertung summarisch charakterisieren.

Verschiedenste potenzielle metabolische Defekte sind in der Lage, zu diesem Syndrom beizutragen, von der Substrataufnahme bis hin zu der mitochondrialen Nutzung. Einerseits sind viele dieser Mechanismen zumindest parziell vom Säure-Basen-Haushalt abhängig, Störungen dieser Mechanismen werden andererseits nicht ohne Folge dafür sein.

11.2.1 Enterale Glucoseaufnahme

Zwar wird für die eigentliche Verdauung der Kohlenhydrate (KH) keine Magensäure gebraucht, trotzdem ist die Magensäureproduktion indirekt mit der KH-Resorption verknüpft. Die intestinale Glucoseresorption wird großteils durch spezielle natriumabhängige Cotransporter (vereinfachte Diffusion) gesteuert. Jedes Glucosemolekül hängt sich an ein Natriumion, das durch den hohen Natriumgradienten leicht in die Zelle eindringen kann.

Damit der Salzbedarf bei KH-reicher Kost nicht zu hoch ansteigt, wird das Natrium durch den Kochsalzkreislauf wiederverwertet und vom Pankreas in Form von Natriumbikarbonat in das Duodenum erneut ausgeschieden. Eines der stärksten Sekretionsreize dafür ist die Ansäuerung des Mageninhalts. Geht die Magensäure zurück, entweder durch Protonenpumpenblocker oder eine gestörte Zellenergieproduktion, könnte theoretisch die Glucoseaufnahme beeinträchtigt werden.

Längerfristig würde diese Störung eine gegenregulatorische Cortisolproduktion einleiten, zum Fettansatz in den Eingeweiden beitragen und das Metabolische Syndrom provozieren. Ein nur diskreter Anstieg von Cortisol wäre bereits in der Lage, das Risiko einer Insulinresistenz zu erhöhen. Zudem ist der immunsuppresive Effekt des Cortisols bekannt. Hier könnte ein Grund für die gehäuft auftretenden Pneumonien beim Langzeiteinsatz von Protonenpumpenblockern liegen. Eine noch besser bekannte Nebenwirkung dieser Medikamentengruppe ist Durchfall. Die könnte teilweise durch den Ausfall der natriumgebundenen Resorption von Wasser und Zucker aus dem Darm („Solvent Drag“) erklärt werden.

11.2.2 Glucoseregulation bei Insulinmangel

Die hepatische Gluconeogenese und Glykogenolyse werden gesteigert durch

• Insulinmangel,
• erhöhte Katecholamine,
• Cortisolund
• Glucagon

Hypercortizismus beschleunigt den Proteinkatabolismus, um Aminosäuren der Gluconeogenese zuzuführen. Damit wird zwar das Angebot von Glucose erhöht, trotzdem hungern auf Grund des Insulindefizites die Zellen. Zum wenigen Insulin kommt noch die Insulinresistenz hinzu, welche durch die gesteigerte Konzentration von freien Fettsäuren verstärkt wird. Die Folge ist ein hoher Blutglucosespiegel mit

• Glucosurie,
• osmotischer Diureseund entsprechender
• Dehydratation.

Diese vermindert die Durchblutung der Nieren und damit auch die renale Glucose-Clearance, welche den Blutzuckerspiegel weiter ansteigen lässt.

Der Flüssigkeitsverlust kann zusätzlich verstärkt werden durch:

• Hyperventilation,
• Fieber und
• verstärktes Schwitzen

Interessant ist, dass beim Vorliegen einer Hyperglykämie trotz hoher Ketonkörper-Konzentration nur selten eine Azidose auftritt. Einerseits ist dies durch die erhöhte Anionenlücke zu erklären (Abnahme auch des sehr sauren Chlorids bei gleichzeitiger Erhaltung der basischen Natriumspiegel), aber eventuell auch durch eine osmotischen Diurese mit einer kompensierenden Kontraktionsalkalose.

11.2.3 Insulin und metabolische Azidose

Ein bestehender oder relativer Insulinmangel beeinflusst nicht nur den Stoffwechsel, sondern auch kompensatorische Gegenmaßnahmen, vor allem die gesteigerte Sekretion von Katecholaminen, Glucagon, Wachstumshormon und Cortisol.

Die fettabbauenden Lipasen in den Adipozyten sind hormonsensitiv und werden durch Insulinmangel sowie Überschuss an Katecholaminen und Cortisol aktiviert. Die Folge ist eine verstärkte Freisetzung von Glycerin und Fettsäuren. Glycerin wird sowohl in der Leber wie auch in den Nieren der Gluconeogenese zugeführt. Die freien Fettsäuren werden in den Mitochondrien vor allem der Leber zu den Ketonkörpern Acetoacetat und 3-Hydroxybutyrat transformiert. Diese sind starke organische Säuren (β-Hydroxybutyrat pKa = 4,8 / Acetoacetat pKa = 3,8), sie verdrängen aus Gründen der Elektroneutralität das Bikarbonat. Daraus resultiert eine metabolische Azidose mit gesteigerter Anionenlücke.

11.2.4 Metabolische Azidose und Insulin

Unterschiedliche Effekte von Säure-Basen-Störungen werden von Autoren berichtet:

• Smellie und seine Kollegen konnten kurzfristig keinen unmittelbaren Effekt weder einer Azidose noch einer Alkalose auf die Insulinproduktion feststellen.
• Andererseits wird von McCarty berichtet, wie eine chronische metabolische Azidose längerfristig durchaus einen Einfluss auf den SBH haben kann. Überschüssige Protonen werden bekanntlich durch die Nieren eliminiert. Sie werden unter anderem zu dieser Leistung durch eine gesteigerte Sekretion von Adreno-Corticotropem Hormon (ACTH)und damit von Cortisol sowie Aldosteron befähigt. Diese bewirken in den Nierentubuli eine vermehrte Ammoniumproduktion aus Glutamin, um vermehrt Säure ausscheiden zu können. Gleichzeitig wird das erhöhte Cortisol längerfristig das Risiko von einem Fettansatz in den Eingeweiden, einer Insulinresistenz und damit einem Diabetes Typ II erhöhen.
• Eine dritte Studie an Urämiepatienten konnte zeigen, dass im Vergleich zur gesunden Kontrolle alle niereninsuffiziente Patienten eine verminderte Glucose-Clearance mit geringerer Insulinantwort aufwiesen. Die Gabe von Bikarbonat verbesserte die Insulinresistenz und Glucose-Clearance bei Patienten mit einer schweren metabolischen Azidose (Blut-Bikarbonat < 16 mEq/l), hingegen blieb bei Patienten mit einer moderaten metabolischen Azidose (Blut-Bikarbonat 16 – 20 mEq/l) dieser Effekt aus.
• Rebolledo und seine Kollegen konnten im Experiment mit narkotisieren Ratten zeigen, wie in einem alkalischen Milieu um pH = 7.8 das basale Insulin niedriger lag als in einem azidotischen Milieu bei pH = 7,0. Im Gegensatz zu den höheren Insulinspiegeln bei einer Azidose reagierten die β-Zellen auf eine Glucosebelastung bei pH = 7,0 mit einer schwächeren Insulinantwort. Bei einer metabolischen Azidose, wie z.B. bei einem Leistungssportler, wird durch den Energiebedarf mehr „Langzeit“-Insulin benötigt, um ausreichend Glucose in die Muskelzellen einschleusen zu können.

Bei einer physiologischen metabolischen Azidose sind die Mitochondrien dazu angeregt, Energie zu produzieren. Dafür sind die Zellen auf eine ausreichende Zufuhr von Glukose angewiesen. Entsprechend höher ist das basale Insulin.

11.2.5 Elektrolyte

Hyperglykämie und Ketonämie verursachen eine osmotische Diurese und damit einen Verlust an Elektrolyten, vor allem Natrium, Kalium und Magnesium. Der Natriumverlust wird noch gesteigert durch den Insulinmangel und Glucagonüberschuss. Kalium geht durch eine azidosebedingte Umverteilung in den Extrazellulärraum rascher über die Nieren verloren. Damit ergibt sich trotz erhöhtem Plasma-Kalium ein Gesamtdefizit. Dieser Mangel ist ein Risiko für

• Herzrhythmusstörungenund
• Muskelschwäche.

Verstärkt werden diese negativen klinischen Effekte durch einen gleichzeitigen Verlust an Phosphat und Magnesium, zu dem die diabetische Ketoazidose ebenfalls beiträgt.

Die Behandlung besteht in der vorsichtigen Gabe von Insulin und Flüssigkeit, sonst kann die Kaliumverlagerung in die Zelle so abrupt geschehen (Aktivierung der Na/K-ATPasen), dass die initiale Hyper- in eine ebenso gefährliche Hypokaliämie umkippen kann.

11.2.6 Mitochondriale Störungen

Eine gestörte mitochondriale Energieproduktion vermindert das verfügbare ATP und NAD⁺ (die Mitochondrien oxidieren NADH zu NAD⁺). Die Mitochondrien nehmen deshalb weniger Pyruvat auf, und es kann sich dadurch im Zytosol anhäufen. Durch die dort herrschende hohe Konzentration an NADH wird das Pyruvat zu Laktat verstoffwechselt. So regeneriert sich wieder NAD⁺ für den Abbau von Glucose, es resultiert wenigsten eine kleine ATP-Ausbeute (2 ATP im Vergleich zu 38 bei der aeroben Glykolyse). Der ATP-Mangel sorgt ebenfalls dafür, dass ausreichend Glucose zur Verfügung steht. Ein ATP-Defizit beschleunigt nämlich die Glykolyse durch die Aktivierung des Enzyms 6-Phosphofruktokinase, obwohl für die Reaktion interessanterweise selber ATP benötigt wird.

Gründe für eine mitochondriale Störung sind mannigfaltig. Theoretisch sind außer Sauerstoffmangel und Durchblutungsstörungen auch andere Defizite in der Lage, die aerobe ATP-Synthese zu hemmen. An erster Stelle ist das Eisen zu nennen, welches sowohl für den Sauerstofftransport wie auch in der oxidativen Phosphorylierung essenziell ist. Zudem werden das Coenzym Q 10, Magnesium, Mangan, die Vitamine B 1, 2, 3 und die α-Liponsäure benötigt.

Gerade das Coenzym Q10 kommt zunehmend ins Gespräch, weil es durch die breit eingesetzten Lipidsenker (Statine) aus der Gruppe der HMG-CoA-Reduktasehemmer beeinträchtigt werden kann. Coenzym Q10 katalysiert die Umwandlung von 3-Hydroxy-3-methyl-glutaryl-Coenzym-A zu Mevalonat, dem Vorläufer von Sterolen einschließlich des Cholesterins. Statine reduzieren aber nicht nur das Cholesterin, sondern über den gleichen Mechanismus ebenso das verfügbare Coenzym Q 10 über die Hemmung der Squalensynthese und gefährden auf diese Weise die mitochondriale Funktion.

Zur Synthese dieses Enzyms Q10, zu der alle lebenden Zellen befähigt sind, werden die Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Methionin als Baustoffe, Vitamin B 12, Folsäure und weitere B-Vitamine als Katalysatoren benötigt. Diese sind in der Regel in ausreichender Konzentration vorhanden. Zudem kann es durch die Nahrung zugeführt werden. Im Alter jedoch sinkt aus physiologischen Gründen seine Bioverfügbarkeit und es sind gerade die Senioren, die unter einer Dauertherapie mit Statinen stehen. Durch diese Kumulierung von negativen Faktoren kann die Coenzym-Q10-Produktion unter eine kritische Schwelle sinken. Das Resultat sind lokale azidotische „Herde“, die nicht nur die Muskelschmerzen, die 10 % der Statinpatienten beklagen, erklären, sondern auch im Extremfall die Rhabdomyolyse. Durch den Wegfall der ATP-Produktion verliert die Zelle ihr Membranpotenzial und stirbt. Durch das Ausschwemmen von Myoglobin kann es schlimmstenfalls sogar zu einem akuten Nierenversagen kommen.

Patienten unter Statintherapie müssen mit der gebührenden Vorsicht „entsäuert“ werden. Eine allzu drastische Basentherapie könnte theoretisch die Sauerstoffversorgung der Mitochondrien durch die Linksverschiebung der Dissoziationskurve weiter verschlechtern.

Auch ein Mangel an Eisen kann die mitochondriale Funktion beeinträchtigen. Insbesondere wirkt sich dieses Defizit auf die oxidative Phosphorylierung aus. Patienten mit diesem Befund klagen häufig über eine ausgeprägte Müdigkeit, die als „Chronisches Müdigkeits-Syndrom“ (CFS) diagnostiziert wird. In der eigenen Praxis wurde zudem bei diesen Patienten manchmal eine kompensierte metabolische Azidose beobachtet, die sich durch die Gabe von Ferrum i.v. korrigieren ließ. Die Substitution muss jedoch langsam und vorsichtig erfolgen, denn in einem sauren und damit oxidierenden Milieu kann das Eisen unter Umständen den oxidativen Stress weiter ansteigen lassen.

Interessanterweise wurde aber auch gegensätzliches Verhalten beobachtet, so normalisierte sich der oxidative Stress durch Eiseninfusionen wieder. Vermutlich überwiegt in diesen Fällen die antioxidative Eigenschaft des Eisens als Coenzym des Radikalfängers Katalase. Zudem benötigt Vitamin C Eisen für seinen antioxidativen Effekt. Patienten mit hohen Eisenspiegeln leiden andererseits häufig unter einem relativem Vitamin-C-Mangel, denn Ascorbinsäure wird auch zur Kontrolle der oxidativen Eigenschaften von Eisen benötigt.

11.2.7 Laktatazidose

Diabetische Entgleisungen führen vor allem zu Keto- und nicht zu Laktatazidosen. Der Mangel an Insulinwirkung führt dabei zu einem Defizit des Ausgangsstoffes der Milchsäure, der Glucose. Die Hauptursache einer Laktatazidose ist dagegen eine mangelhafte mitochondriale Energieproduktion auf Grund einer ungenügenden Sauerstoffversorgung bzw. –verwertung.

Ketoazidose: Insulindefizit/Mangel an Glucose in der Zelle.
Laktatazidose: Sauerstoffdefizit/ausreichend Glucose in der Zelle.

Selbstverständlich erhöht eine diabetische Stoffwechsellage die Wahrscheinlichkeit, eine Laktatazidose zu entwickeln. Es kommt bei diesen Patienten durch die häufigen Durchblutungsstörungen zu entsprechenden Versorgungsengpässen. Auch Antidiabetika aus der Gruppe der Biguanide sind in der Lage, eine Laktatazidose zu erzeugen.

Patienten mit einer Leberzirrhose weisen eine reduzierte Kapazität auf, um auch in physiologischen Mengen produzierte Milchsäure (1500 mmol, 20 mmol/kg/Tag) zu neutralisieren. Herz- und Nierenleiden beeinträchtigen den Laktatverbrauch bzw. die -ausscheidung ebenso. Meist dekompensiert die Situation erst dann, wenn weitere Faktoren wie Sepsis, Hämorrhagie, Schock oder Alkoholabusus dazukommen. Stoffwechselveränderungen bei der Katecholamine und damit zusätzlich Glucose freigesetzt werden, können die Laktatazidose verstärken.

11.2.8 Milchsäure und Azidose

Das Laktatmolekül ist die konjugierte Base der Milchsäure oder 2-Hydroxypropionsäure. Daraus wird meist vermutet, dass die Azidose durch die Abgabe eines Protons von der Säure entsteht. Das Problem dabei ist jedoch, dass in der gesamten Glykolyse bis zur Bildung des Laktatmoleküls die Netto-Protonenproduktion ausgeglichen ist.

Bis zum Pyruvat lautet die Gesamtgleichung der Glykolyse:

Glucose + 2 NAD⁺ + 2 ADP^3- + 2 HPO^2- → 2 Pyruvat^- + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP^4- + 2 H₂O

Hier werden tatsächlich Protonen freigesetzt. Wird Pyruvat zu Laktat weiter verstoffwechselt, werden aber diese 2 Protonen wieder verbraucht:

2 Pyruvat^- + 2 NADH + 2 H⁺ → 2 Laktat^- + 2 NAD⁺

Die Gesamtreaktion Glucose zu Laktat wäre somit:

Glucose + 2 ADP^3- + 2 HPO^2- → 2 Laktat^- + 2 ATP^4- + 2 H₂O

Eine den Ansäuerungseffekte erklärende Nettoproduktion von Protonen fehlt. Stattdessen wurden negative Ladungen vom Hydrogenphosphat auf Substrate der Glykolyse übertragen. Dies erfüllt die Säuredefinition nach Lewis, wonach Säuren als Oxidationsmittel Elektronen aufnehmen.

Die Ansäuerung beruht letztendlich vor allem darauf, dass die Säurestärke des Laktatanions (pKs = 3,86) wesentlich höher ist als die des Phosphatmoleküls (pKs = 7.2), welches inzwischen in ATP eingebaut und damit dem Säurebasenmilieu entzogen wurde. Das Laktat verlässt die Zelle in Richtung Leber, um in den Cori-Zyklus eingeschleust zu werden. Das ATP bleibt jedoch in der Zelle zurück und wird lokal seinen Zweck als Energielieferant erfüllen und dabei wieder zu ADP und H₂PO₄^- zerfallen.

ATP + H₂0 → ADP + H₂PO₄^-

Zwar wird je nach Umgebungs-pH-Wert das Dihydrogenphosphat sein Proton abgeben, aber durch die Anwesenheit des basischen Hydrogenphosphats ist keine wesentliche Ansäuerung zu erwarten. Zudem speist das Dihydrogenphosphat wieder die mitochondriale Energiegewinnung.

Die eigentliche Ansäuerung bei der Laktatazidose findet – sofern keine Gegenregulation erfolgt – vor allem systemisch und nur zum Teil in der Zelle statt, der ursprünglichen Laktat-Produktionsstätte. Das Laktat hat beim Verlassen der Zelle auch bereits ein Kalium mitgenommen (Kalium sickert auch physiologischerweise aus der Zelle heraus, wobei das ATP-Proton in der Zelle zurückgeblieben ist. Damit hat der azidotische transzelluläre K⁺/H⁺-Austausch faktisch bereits stattgefunden.

Bemerkenswert ist, dass – je nach Betrachtungsweise – die Laktatproduktion tatsächlich eine Art „Entsäuerung“ darstellt und zwar des Pyruvats. Mit seinem pKs-Wert von 2.5 (fast der der Magensäure) ist Pyruvat ca. 23-mal saurer als Laktat und weist dazu noch zwei überschüssige Protonen auf. Bei der Umwandlung in Laktat wird diese Energie wieder in das Laktatmolekül integriert bzw. freigesetzt und auf das NAD⁺ übertragen, welche dann in Form von NADH für die erneute Produktion von ATP im nächsten Glucoseabbauzyklus zur Verfügung stehen wird. Unter normalen aeroben Umständen wäre dieser Energiebetrag den Mitochondrien zu Gute gekommen.

Eine systemische Laktatazidose kommt erst zustande, wenn die Leber mit der anfallenden Milchsäure nicht mehr fertig wird. Dann muss aus Gründen der Elektroneutralität vermehrt Bikarbonat ausgeschieden werden, es entsteht eine metabolische Azidose mit vergrößerter Anionenlücke. Grundsätzlich davon zu unterscheiden sind im Übrigen die lokalen Laktatazidosen durch regionale Durchblutungsstörungen. Hier wird eine Säure-Basen-Analyse in der Regel normal ausfallen.

Therapeutisch ist die Laktatazidose nicht zu verwechseln mit der Gabe von Natriumlaktat als Infusion. Dadurch wird das basische Kation gleich mitgeliefert, die Elektroneutralität bleibt gewährt und das Bikarbonat wird nicht durch Laktat ersetzt. Die eigentliche Entsäuerung erfolgt durch das Einschleusen des Laktats in die Gluconeogenese der Leber und der dabei erfolgenden Neutralisation von zwei Protonen pro Glucosemolekül.

Stoffwechselstörungen: Diabetes mellitus, Ketoazidose

Hauptursachen dafür sind ein Mangel an Insulin bzw. deren Resistenz und Störungen der allgemeinen Durchblutung. Das Gesamtkrankheitsbild präsentiert sich unabhängig der Ätiologie relativ einheitlich und lässt sich als eine gestörte Energieproduktion sowie -verwertung summarisch charakterisieren.

Basenmittel bei Keto- und Lactatazidosen

Verschiedene Studien über die Bikarbonatbehandlung bei Patienten mit einer schweren Ketoazidose konnten keinen Nutzen dokumentieren [38; 103; 53]. Eine andere Studie vermochte mit Bikarbonatgabe trotz Anstiegs des Blut-pH-Werts keine hämodynamische Verbesserung festzustellen [19].

Nachteile der Bikarbonatbehandlung beinhalten vermehrte Hypokaliämien [83; 92], Hypocalcämie, paradoxe Azidose der Cerebrospinalflüssigkeit [83; 71; 98], eine Verstärkung der intrazellulären Azidose [98; 84] und Hypoxie [83; 35]. Zudem wurden auch Hirnödeme beobachtet [35]. Weitere Hinweise deuten darauf hin, dass die Basentherapie sogar die Ketonproduktion verstärken bzw. deren Rückgang verzögern kann. Aus dem geht unmissverständlich hervor, dass hier die Behandlung der Grundkrankheit im Vordergrund stehen muss.

Bei der Laktatazidose muss von einer Basentherapie abgeraten werden, kann sie die Sauerstoffdissoziationskurve nach links verschieben und damit die Sauerstoffversorgung noch weiter drosseln. Die primäre Behandlung besteht in der Behebung einer Durchblutungsstörung oder eines Sauerstoffmangels.

11.2.9 Oxidativer Stress

Bei einer Oxidation werden Molekülen Elektronen entzogen. Das Oxidationsmittel wird reduziert und das Reduktionsmittel oxidiert. Der Vorgang kann anschließend wieder umgedreht werden. In der Summe werden diese Prozesse als Redoxreaktionen zusammengefasst, sie sind zum großen Teil physiologisch ablaufende und lebensnotwendige Vorgänge.

Redoxreaktionen sind mit entsprechenden Prozessen im Säure-Basen-Haushalt offensichtlich verwandt bzw. an ihnen beteiligt. Sie unterscheiden sich nur dadurch, dass dabei Elektronen an Stelle von Protonen verschoben werden. Auch die pH-Wert-Messung beruht auf Redox-Prinzipien.

Bei oxidativem Stress können Redoxreaktionen aber beträchtlichen Schaden in biologischen Systemen auslösen. Dann entziehen sogenannte freie Radikale oder reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS) anderen biomolekularen Strukturen unkontrolliert Elektronen und macht sie dadurch biologisch inaktiv. Da diese Vorgänge sogar oft Kettenreaktionen auslösen, schützt sich der Organismus durch die Bereitstellung von Antioxidanzien (z.B. Vitamin C) intra- und extrazellulär davor.

Oxidativer Stress wird bei der Metabolisierung von Sauerstoff erzeugt. Je höher der Sauerstoffumsatz für die ATP-Produktion ist, umso größer ist die Bildungswahrscheinlichkeit dieser freien Radikale. So geht z.B. bei allen entzündlichen Prozessen ein hohes Maß an oxidativem Stress einher. Im Gegensatz dazu sind degenerative „Mangel“-Krankheiten häufig mit einem geringem oxidativen Stress verbunden. Für Gesunde gilt: Aufrechterhaltung einer ausreichenden Metabolisierung von Sauerstoff und das effiziente antioxidative Auffangen der dabei entstehenden Radikale.

Ein oxidierendes Milieu ist grundsätzlich ein saures. Nach der Nernstschen Gleichung ist die Aktivität der Protonen umso höher, je stärker das Redoxpotenzial ist. Ein Beispiel dafür sind die sauren pH-Werte um 5 in den Lysosomen, die mit Peroxiden stark beladen sind. Diese chemische Korrelation gestattet die grundsätzliche Annahme, dass eine Entsäuerung antioxidative Effekte entfalten muss.

Die Themen Oxidation sowie Antioxidation sind sehr weitläufig und deren Behandlung nicht immer unproblematisch. Dies soll exemplarisch durch die Interaktionen von Ascorbinsäure (Vitamin C) mit katalytischen Metallionen, insbesondere dem Eisen, dargestellt werden. Vitamin C ist chemisch eine polyprotische Säure. Sie kann mehrere Protonen abgeben.

Die unteren Hydroxylgruppen geben stufenweise ihre Protonen ab.

 

Bei einem pH-Wert von 7,4 ist Vitamin C zu 99,95 % als AscH- vorhanden. Aus diesem Grunde ist die Biochemie von Vitamin C die Chemie von AscH-.

Die Regeneration von Dehydroascorbat

Diese Reaktion wird bei der Anwesenheit von Hydrogenphosphat um den Faktor 10 beschleunigt . Aus der Reaktionsgleichung geht hervor, dass eine Säureaktivität für die Regeneration von Ascorbat notwendig ist. In einem alkalischen Milieu wird das Gleichgewicht nach links verschoben (Bors und Büttner 1997).

Die zweite Regenerationsstufe mit Dehydroascorbat (DHA) erfolgt über das Glutathionsystem, das die nötigen zwei Elektronen liefert. Gleichzeitig werden aber auch zwei Protonen benötigt. Dies lässt vermuten, dass bei einer Alkalose Vitamin C verzögert regeneriert werden könnte (May und Li X 2002; Vethanayagam et al. 1999; Mendiratta et al. 1998).

Jede Zwischenstufe als konjugiertes negativ geladenes Anion ist theoretisch in der Lage, ein Elektron abzugeben. Diese Eigenschaft ist ein Charakteristikum der Antioxidantien.

Vitamin C ist essenziell für die Regeneration von Vitamin E, ein Schlüsselmolekül für den Schutz und die Reparatur von Lipidmembranen.

Eine wichtige Voraussetzung für die Oxidation von Vitamin C ist die Anwesenheit von katalytischen Metallionen. Insbesondere ist hier das Fe³⁺ zu nennen. Ohne Metallionen kann das Vitamin C keine Elektronen abgeben und damit keine antioxidative Wirkung enfalten (Büttner 1988; Büttner 1990). Vitamin C überträgt ein Elektron an das Fe^3+, wodurch Fe²⁺ entsteht. Dieses kann dann das Elektron nach Bedarf weiterreichen, wobei es selber wieder zu Fe³⁺ rückoxidiert wird. Das Eisen dient hier als Reduktionsmittel bzw. Antioxidanz. Das Fe³⁺ ist ebenfalls essenzieller Cofaktor der enzymatischen Antioxidation durch die Katalase.

Die Janusköpfigkeit des Eisens wird vor allem bei der Lipidperoxidation deutlich. Nach einer Hypothese erfolgt diese vor allem, wenn das Eisen in Form von Fe²⁺– O₂–Fe³⁺ vorliegt (Bucher et al. 1983). Liegt demnach Fe³⁺ in gleicher Konzentration wie Fe²⁺ vor, kann eine maximale Lipidperoxidation erwartet werden (Minotti und Aust 1992). Über diesen Mechanismus kann Ascorbinsäure überraschenderweise die Lipidperoxidation beschleunigen, statt sie zu hemmen. Beim Vorliegen von überschüssigem Fe³⁺, wie dies z.B. nach einer Infusionstherapie mit dreiwertigem Eisen oder bei einer Azidose der Fall sein kann, wird Vitamin C das Fe³⁺ oxidieren, bis unter Umständen das Verhältnis zu Fe²⁺ 1:1 beträgt.

Eine Studie von Leveque und Kollegen (2003) zeigte, dass Patienten mit einer entzündlichen atopischen Dermatitis signifikant mehr Eisen und weniger Ascorbinsäure in der Haut als Gesunde aufweisen. Liegt Vitamin C hingegen in einer viel höheren Konzentration als das Fe³⁺ vor, wird das Eisen praktisch vollständig in seine zweiwertige Form zurückgeführt und das Risiko der Lipidperoxidation reduziert (Miller und Aust 1988). Mit anderen Worten: Wenn Vitamin C zusammen mit Eisen gegeben werden soll, dann in hoher Dosierung.

Diese komplexen Zusammenhänge lassen den Nutzen einer Vitamin-C- wie auch einer Eisen-Gabe nicht immer vorhersagen. Deshalb sollte vor Beginn einer entsprechenden Therapie der vorhandene oxidative Stress zusammen mit Parametern des Säure-Basen-Haushalts gemessen werden. Liegen eine Azidose, eine erhöhte mitochondriale Aktivität oder ein erhöhter oxidativer Stress im Direktnachweis (Photonenemissionsanalyse, Weblink [8]) vor, ist für eine Eisentherapie vorerst Zurückhaltung oder zumindest Vorsicht empfohlen. Liegt dann trotz einer Basentherapie immer noch erhöhter oxidativer Stress vor, sollte dieser zuerst durch die Gabe von Antioxidantien/Vitamin C korrigiert werden. Erst dann darf mit der Verabreichung von Eisen begonnen werden. Sinngemäß liegt bei Krankheiten mit einer Eisenüberladung, wie zum Beispiel bei der Hämochromatose, häufig ein relativer Vitamin-C-Mangel vor.

Eisen nimmt im Metabolismus weitere Schlüsselstellungen ein. Insbesondere ist es das Element der oxidativen Energiegewinnung und essenziell sowohl für die hämatogene Sauerstoffbewegung wie auch für die mitochondriale Verwertung. Unter diesem Aspekt kann Eisen bei einer Laktatazidose zu einer Entsäuerung beitragen.

Auch in der heutigen Zeit ist die Versorgung mit Eisen nicht selbstverständlich. Die intestinale Resorption ist mit ca. 3 – 10 % sehr gering und der Verlust vor allem bei menstruierenden Frauen relativ hoch. Klinische Studien konnten zeigen, dass der Referenzbereich der heutigen Ferritinspiegel vor allem im unteren Bereich deutlich zu niedrig angesetzt wurde (Weblink [4]). So wird der Eisenvorrat von Patientinnen mit Ferritinwerten deutlich unter 50 μg/l noch als normal angesehen. Tatsächlich konnten symptomatische Patientinnen mit

• Erschöpfung,
• Müdigkeit,
• Haarausfallund/oder
• Migräne,

die solche Eisenwerte präsentierten, von Eiseninfusionen deutlich profitieren und wurden zu einem hohen Prozentsatz bei Ferritinwerten von 80 – 120 μg/l weitgehend beschwerdefrei. Die perorale Applikation war auch nicht nach längerer regelmäßiger Einnahme selten zu einem ähnlichen Resultat in der Lage.

Diesem Therapieerfolg muss entgegengehalten werden, dass Eisenmangelpatientinnen mit chronischer Erschöpfung zugleich häufig einen erniedrigten oxidativen Stress aufweisen. Dieses Phänomen lässt sich durch die reduzierte oxydative Phosphorylierung in den Mitochondrien und damit der geringeren Produktion von Singulettsauerstoff erklären. Die Diskussion über die statistisch längere Lebenserwartung von Frauen gegenüber Männern könnte durchaus auf dieser Ebene geführt werden. Frauen mit ihren menstruationsbedingen geringen Eisenspiegeln sind vielleicht nicht so dynamisch wie die Männer, weisen aber einen geringeren oxidativen Stress auf und altern möglicherweise dadurch etwas langsamer.

Im Zusammenhang mit dem oxidativen Stress und Vitamin C nimmt die Harnsäure eine interessante Stelle ein. Harnsäure entsteht beim Abbau der Purine Adenosin und Guanosin als Oxidationsprodukt aus dem Xanthin, katalysiert durch die Xanthinoxidase. Harnsäure besitzt einen pKs-Wert von 3.89 und wird deshalb bei physiologischem pH-Wert als Base vorliegen.

In der Enolform gibt die Harnsäure ein Proton von der OH-Gruppe am Fünfer-Ring ab und ist damit bei physiologischem pH-Wert einfach negativ geladen. Entsprechend der strukturellen Ähnlichkeit mit Ascorbinsäure ist auch die Harnsäure als Urat ein sehr gutes Antioxidans und könnte sogar der Wirkung von Vitamin C überlegen sein (Pullman und Pullmann 1963). Harnsäure liegt im Blut in einer so niedrigen Konzentration vor (ca 290 umol/l , im Vergleich: Bikarbonat 28.000 umol/l), dass sie kaum auf den Säure-Basen-Haushalt einen Einfluss ausübt. Hingegen wird eine Azidose die Bildung von Harnsäuresteine (z.B. Ammoniumurat) fördern.

11.3 Herz-Kreislauf-System

Die Funktion des Herzkreislaufsystems ist eng mit dem Säure-Basen-Haushalt verbunden. Einerseits beeinflussen pH-Wert-Veränderungen die cardiale Nervenreizleitung, andererseits sind Blutdruckregulationsmechanismen mit der pH-Homöostase verknüpft. Über die Beeinträchtigung des Reizleitungssystems sei auf Kap. 12.1 verwiesen.

Die Kreislaufregulation resultiert aus der Summe der cardialen Pumpleistung und den Veränderungen des peripheren Widerstands. Für das Verständnis im Zusammenhang mit dem Säure-Basen-Haushalt müssen verschiedene Szenarien unterschieden werden.

• Physiologische Störungen des SBH durch Muskelarbeit, Stress etc., hier ist die Regulationsfähigkeit erhalten.
• Pathologische Störungen des SBH durch Krankheit, hier ist die Regulationsfähigkeit selbst beeinträchtigt.

11.3.1 Störungen des Säure-Basen-Haushalts durch physiologische Stressoren

Die Überschrift ist insofern irreführend, als dass es sich hier um normale Regulationsvorgänge handelt, die die Gesundheit widerspiegeln. Durch sie soll die geforderte Leistung erbracht werden, um danach wieder in den Ausgangszustand zurückzukehren. Der Körper ist jedoch nicht in der Lage, diese Leistungssteigerung auf Dauer aufrecht zu erhalten. Nach einer individuellen Zeitspanne werden die Kompensationsmechanismen erschöpft. Wird die Leistung trotzdem erbracht, beginnt sich ein Missverhältnis zwischen Energie-Angebot und -Nachfrage zu entwickeln. Erst dann entwickelt sich aus der physiologischen Regulation allmählich eine pathologische Form.

In der heutigen Leistungsgesellschaft ist der chronische Dysstress, negativer und schädlicher Stress, immer häufiger anzutreffen. Die Stressantwort ist vielschichtig und umfasst neuroendokrine, zelluläre und molekulare Prozesse. Trotz dieser Komplexität ist sie bei allen Betroffenen relativ einheitlich und zudem von mentalen oder physischen Komponenten unabhängig. Im Folgenden wird nur auf die Systeme eingegangen, die mit dem Säure-Basen-Haushalt in Verbindung stehen.

Stress verlangt eine Adaptation im Sinne der gesteigerten Vigilanz, Reaktionsfähigkeit, Analgesie und Kraftentwicklung. Somit müssen Sauerstoff und Nährstoffe zu den Regionen des erhöhten Bedarfes (um)geleitet werden wie zum Gehirn oder zur Muskulatur. Dazu werden verstärkt Katecholamine einerseits zur Beschleunigung der allgemeinen Zirkulation und andererseits zur Aktivierung der Atmung sezerniert. Im Normalfall und zu Beginn einer gesunden Stressantwort entwickelt das Gehirn dabei angenehme Gefühle („Glückshormone“), die auch dem Überleben, Wohlergehen, Existenz und der Fortpflanzung dienen.

Schon die beschleunigte Atmung deutet darauf hin, dass der Körper im Stressvorfeld eine physiologische metabolische Azidose erwartet. Kohlensäure wird abgeatmet und macht dadurch Platz für das neu gebildete Bikarbonat aus den sauerstoffabgebenden Erythrozyten im Austausch für Chloridionen. Die Hyperpnoe alkalisiert zudem das lokale Lungen-Milieu, wodurch mehr Sauerstoff besser an Hämoglobin gebunden werden kann.

Stress aktiviert über das vegetative Nervensystem den Sympathikus und erzeugt damit eine leichte Vasokonstriktion, um den Blutdruck zu erhöhen. In bedrohlichen Situationen ist er auch für die Zentralisierung verantwortlich, wenn nur noch lebensnotwendige Organe, nicht mehr periphere Regionen, mit dem (Rest-)Blut versorgt werden sollen.

Dort, wo physiologischerweise Leistung erbracht wird, muss die Blutversorgung angemessen angepasst werden. Dies geschieht unter anderem durch eine stoffwechselbedingte regionale Überwärmung, (Laktat-)Ansäuerung, Hyperkaliämie, Anstieg der Sauerstoffschuld und der pCO₂ sowie der Osmolarität [39]. Dabei beeinflusst eine systemische Azidose den peripheren Gefässwiderstand nur bei Aktivierung des Sympathikus [90; 101]. Die Pumpleistung eines gesunden Herzens bleibt trotz physiologischer Azidose unverändert [88]. Erst wenn eine koronare Herzerkrankung vorliegt, kann sich eine Azidose negativ inotrop (Verminderung der Schlagkraft) auf die myocardiale Funktion auswirken [21; 37; 104].

Physiologische, zeitlich limitierte Regulationen im Säure-Basen-Haushalt bedürfen in der Regel keinerlei medizinischer Maßnahmen. Dauert eine Azidose hingegen an, können weitere Langzeitmechanismen in Gang kommen. Beispielsweise werden mehr Hydroniumionen über die Nieren ausgeschieden. Dazu muss auch das Angiotensin-Aldosteronsystem aktiviert werden. Die eliminierten Protonen werden für Natrium (und Wasser) ausgetauscht, was zusammen mit dem Angiotensin zu einem Blutdruckanstieg beiträgt. Ist somit eine Hypertonie mit einer metabolischen Azidose kombiniert, kann der Blutdruck mittels Basentherapie gesenkt werden.

11.3.2 Störungen des SB-Haushaltes durch Herz-Kreislauf-Krkh

Im Gegensatz zur physiologischen Reizantwort, bei der Stressoren auf eine gesunde Regulation treffen, sind im pathologischen Fall die Regulationsorgane selber im Krankheitsgeschehen involviert. Dieser Zustand kann sich schleichend als Folge einer chronischen Belastung entwickeln (Hypertonie – Myocarddilatation – Herzinsuffizienz), oder akut eintreten wie beim

• Herzinfarkt,
• Lungenembolieoder
• Beinthrombose.

In allen Fällen sind die Regulationsorgane selbst betroffen. Entsprechend werden die klinischen Bilder wesentlich dramatischer sein, die Veränderungen im Säure-Basen-Haushalt sind nun nicht mehr zweck-, sondern ursachenorientiert. Alle Konditionen führen letztendlich zu Kreislaufversagen und damit zu einem akuten bis lebensbedrohlichen Mangel an Sauerstoff und Entsorgungsleistung. Der Stoffwechsel dauert an und liefert unter diesen anaeroben Bedingungen fortwährend Milchsäure, die schwache Atmung hält für die Ausscheidung bestimmte Kohlensäure zurück und es kommt zu einer ausgeprägten häufig kombinierten (lokalen) Azidose. Bald reicht die Energie für die elementarsten Schutzmaßnahmen nicht mehr aus. Die α2-Rezeptoren sprechen nicht mehr auf Norepinephrin an, die sympathikusvermittelte Gefäßverengung lässt dadurch nach [16]. Der Organismus gleitet in eine dekompensierende Azidose.

11.4 Nierensystem

Wandelt die Leber nichtflüchtige Säuren vor allem metabolisch um, scheiden die Nieren definitiv diese Säuren aus dem Organismus aus. Im Verhältnis zum Gesamtumsatz von ca. 570 mol muten die ca. 0,1 mol eliminierten Protonen bescheiden an. Doch sie haben trotzdem eine Bedeutung, denn: Wie würde sich der Blut-pH-Wert ohne diese Ausscheidung verändern?.

In Anlehnung an das Experiment von Swan und Pitt beim Hund, müsste bei einer Säuregabe von 14 mmol/l Körperwasser die Hydroniumionenkonzentration von 40 nmol/l auf 76 nmol/l ansteigen bzw. der pH-Wert von 7,44 auf 7,14 sinken. Beim gesunden Menschen werden täglich ca. 2 mmol/l Körperwasser (total 100 mmol) ausgeschieden, was im Verhältnis zur obigen Berechnung einer Reduktion der Hydroniumionenkonzentration von ca. 5 nmol und einer Pufferfreisetzung von 999'995 nmol/l entspricht (die Summe dieser Zahlen ist wieder 100 mmol). Ohne die renale Säureausscheidung und unter Ausklammerung anderer Faktoren müsste somit der Blut-pH-Wert nach der ersten Woche von 7,4 auf 7,1 und nach drei Wochen auf einen Wert von 6,8 gesunken sein.

11.4.1 Störungen der renalen Protonenausscheidung

Die Nieren mit ihrer Ausscheidungseinheit „Nephron“ (Glomerulum & Tubuli) können unterschiedlich durch krankhafte Veränderungen qualitativer wie auch quantitativer Art betroffen sein.

Niereninsuffizienz

Die Niereninsuffizienz ist durch eine signifikante Abnahme funktionierender Nierengewebe (Glomeruli und Tubuli) gekennzeichnet, wodurch vor allem das glomeruläre Primärfiltrat unter ein kritisches Niveau absinken kann. Die Nieren werden ineffizient, die Ausscheidung und Rückresorption erheblich verlangsamt. Mit der Zeit häufen sich die ausscheidungspflichtigen Substanzen im Organismus an und durch die tubulären Störungen können gleichzeitig essenzielle Vitalstoffe verloren gehen. Die Primärerkrankung beeinträchtigt meist auch die endokrinen Funktionen. Entsprechend vielfältig können die daraus resultierenden Symptome bzw. Laborbefunde sein. Und weil die Niere selbst ein Säure-Basen-Regulationsorgan ist, können hier Störungen in erheblichem Ausmaß auftreten.

In der normal funktionierenden Niere ist demzufolge die Elektrolyt- und Säureausscheidung im Endharn das Produkt der glomerulären Filtration und tubulären Sekretion einerseits und der tubulären Rückresorption andererseits. Die folgenden Substanzen sollen in Zusammenhang mit der renalen Funktion näher erläutert werden:

• Natrium,
• Kalium,
• Bikarbonat,
• Chlorid
• Vitamin D
• Erythropoetin

Natrium wird als Hauptkation im Plasma glomerulär filtriert und muss zu 99 % rückresorbiert werden. Diese Rückgewinnung ist der wichtigste energieverbrauchende Prozess der Nieren und korreliert direkt mit dem renalen Sauerstoffverbrauch. Jede Schädigung der Tubuli wird deshalb zu einem Verlust an Natrium führen.

Durch das Versagen der Kapazitätsfunktion im proximalen Tubulusabschnitt wird dem Körper auch Wasser entzogen, die Patienten vermitteln einen ausgetrockneten Eindruck. Die daraus entstehende verminderte Blutmenge im Organismus (Hypovolämie) und der niedrige Blut-Natrium-Spiegel (Hyponatriämie) sind ihrerseits Sekretionsreize für das Hormon Aldosteron (sekundärer Hyperaldosteronismus). Auf diese Weise wird das Natrium (zusammen mit Bikarbonat), soweit es die tubuläre Restfunktion zulässt, vermehrt in Austausch für Kalium und Protonen zurückgehalten. Eine parzielle Alkalisierung ist die Folge.

Einerseits muss Natrium aktiv zurückgewonnen und andererseits muss das Kalium wegen der relativ tiefen Plasmakonzentration (trotz „Hyperkaliämie“ bei einer Azidose) und dadurch niedrigen Filtrationsrate ebenso aktiv ausgeschieden werden. Regulatorisch verantwortlich dafür ist das Aldosteronsystem. Es kontrolliert im distalen Nierentubulus die Ausscheidung aus dem intrazellulären Kaliumreservoir. Bei einer Störung wird weniger Kalium ausgeschieden, der Körperbestand steigt und gleichzeitig damit auch eine etwaige vorhandene azidosebedingte Hyperkaliämie.

Das Bikarbonat wird in der Regel tubulär nahezu vollständig (ca. 85 %) regeneriert. Damit die Elektroneutralität gewährt bleibt, muss ebenfalls Natrium rückresorbiert werden. Das gleiche gilt für die übrigen Anionen. Die grobe „Nieren-Rechnung“ ist relativ einfach, dabei müssen die Anionen und Kationenladungen identisch sein:

28 mmol Bikarbonat (Plasmakonzentration) + 100 mmol Chlorid (Plasmakonzentration) + organische Säuren + Phosphat = 140 mmol Natrium (Plasmakonzentration) + andere Kationen (Proteine müssen in der Berechung nicht berückichtigt werden, da sie nicht glomerulär filtriert werden.)

Somit wird der Großteil der Natriumrückresorption elektrophysiologisch durch Chlorid begleitet. Chlorid ist das wichtigste Gegenion zu Natrium im Extrazellulärraum. Es ist nicht nur mit seinem 100 mmol ca. vier Mal konzentrierter als das Bikarbonat, sondern mit seinem pKs von ca. -2 ungefähr 10.000.000 Mal saurer und entsprechend einflussreich auf die Lage des Säure-Basen-Haushalts. Das Chlorid ist ein über das Verhältnis von Bikarbonat zu Kohlensäure in der Henderson-Hasselbachschen Gleichung entscheidenden Hauptfaktors. Das Bikarbonat und die Kohlensäure haben sich nur deshalb bewährt, weil sie sich sowohl bei metabolischen wie auch bei respiratorischen Störungen charakteristisch verändern.

Bei bestehender Bikarbonatrückresorption muss das Defizit durch Chlorid ersetzt werden, damit die Elektroneutralität gewährt bleibt. Weil aber Chlorid einerseits um ein Vielfaches saurer ist als Bikarbonat und andererseits auch sauer gegenüber dem basischen Natrium, wird sich dabei eine hyperchlorämische metabolische Azidose entwickeln. Ist die Natriumrückresorption ebenfalls gestört, kann sich eine Azidose auch ohne eigentliche Hyperchlorhydrie entwickeln und man sprich von einer hyponatriämischen Azidose.

In den Nieren werden daneben Vitamin D und Erythropoetin produziert. Sinkt die Vitamin-D-Konzentration, wird sowohl weniger Kalzium und Phosphat über den Darm aufgenommen als auch weniger Phosphat über die Nieren ausgeschieden. Dies kann sich auf den Knochenstoffwechsel auswirken. Zusammen mit der renalen Azidose wird der Knochen zum Abpuffern der überschüssigen Säuren verstärkt abgebaut. Wegen der übergeordneten Bedeutung des Säure-Basen-Haushalts wird der längerfristige Knochenverlust wohl oder übel in Kauf genommen. Durch den Mangel an Vitamin D und damit an Calcium wird Parathormon freigesetzt, wodurch vermehrt Calcium dem Knochen entzogen und gleichzeitig die Phosphatausscheidung beschleunigt werden. Würde nämlich die Konzentration des Phosphats zusammen mit dem aus dem Knochen freigesetzten Kalzium ansteigen, wären Weichteilverkalkungen in den Koronargefäßen, Lungen oder Nieren möglich (CAVE! Vitamin-D-Gabe bei Hypoparathyreoidismus, z.B. nach vollständiger Schilddrüsenentfernung).

Eine Nephrocalcinose (Kalziumablagerungen im Nierenparenchym) würde die Säureausscheidung noch weiter einschränken. Bei einer metabolischen Azidose ist das Phosphat als Ersatz für das fehlende puffernde Bikarbonat von Bedeutung. Nimmt das Hydrogenphosphat ein Proton auf, entsteht Dihydrogenphosphat, das Substrat der oxydativen Phosphorylierung. Was jedoch die Ausscheidung betrifft, ist das Phosphat unvergleichlich träger als die volatile Kohlensäure.

Leider wird bei fortschreitender Niereninsuffizienz auch weniger Erythropoetin produziert, wodurch sich eine renale (normochrome normozytäre) Anämie ausbilden kann. Die Erythrozytenanzahl sowie das Sauerstoffangebot in den Mitochondrien nehmen ab. Eine erhöhte anaerobe Energiegewinnung ist die mögliche Folge. Fehlen zudem Erythrozyten mit ihrer Säurepufferkapazität von ca.75 mmol/l (dreimal höher als Plasma), kann sich zusammen mit der mangelhaften Phosphorsäureausscheidung eher eine gefährliche Azidose entwickeln. Aus diesem Grund muss die Therapie eine phosphatarme basische Ernährung beinhalten.

11.4.2 Tubuläre Störungen

Entspricht der Urinbefund den Erwartungen inkl. Blut-Laborwerten ist eine Störung eher nicht tubulär und auf die Glomeruli beschränkt. Verhalten sich die Parameter gegenläufig, sind tubuläre Defekte wahrscheinlich.

Diese werden unter den renal tubulären Azidosen (RTA) zusammengefasst, die sich weiter unterteilen lassen in:

• Typus 1, distale RTA oder „klassische“ RTA,
• Typus 2, proximale RTA,
• Typus 3, Kombination von 1 + 2 (nicht mehr üblich),
• Typus 4, distale RTA mit speziellem Defekt.

Nierenstörungen: distale oder „klassische“ renale tubuläre Azidose vom Typus I

Im distalen Tubulus wird die meiste Arbeit geleistet, hier muss ein hoher Konzentrationsgradient vom Urin zum Interstitium aufgebaut bzw. überwunden werden. Entsprechend ist dieser Abschnitt der Tubuli am empfindlichsten gegenüber systemischen Erkrankungen, die die lokale Matrix und Energieproduktion beeinträchtigen. Neben genetischen Ursachen wären vor allem

Autoimmunerkrankungen

• Sjögren-Syndrom,
• systemischem Lupus erythematodes
• Thyreoiditis

primärem Hyperparathyreoidismus und Vitamin D-Intoxikation

• Nephrocalcinose

Andere Medikamente und Toxine wie

• Amphotericin Bund
• Toluolkommen

In allen Fällen können die Tubuluszellen nicht mehr Protonen entgegen einem hohen Konzentrationsgradienten ausscheiden. So bleibt der Urin-pH-Wert relativ alkalisch, obwohl eine (hyperchlorämische) Azidose vorliegen kann. Zudem ist die Natriumausscheidung durch die fehlende Rückresorption gesteigert, was das Extrazellulärvolumen schrumpfen lässt (milde Dehydratation). In der Folge kann sich ein sekundärer Hyperaldosteronismus mit Kaliumverlusten im Urin entwickeln (tiefe Kaliumspiegel hemmen wiederum die Aldosteronsekretion).

Die renale tubuläre Azidose I erzeugt längerfristig eine Osteoporose, Knochenschmerzen, Nierensteine (durch den alkalischen Harn und Hypocitraturie) und letztendlich eine Niereninsuffizienz. Durch die metabolische Azidose ist die Atmung beschleunigt. Die Hypokaliämie führt zudem zur Muskelschwäche, Reflexverminderung und zu Lähmungen.

Nierenstörungen: Proximale proximale renale tubuläre Azidose vom Typus II

Ist die RTA Typus I meist erworben, ist Typus II in der Regel als Teil des sogenannten Fanconi-Syndroms angeboren. Wesentlich seltener begleitet sie andere Erbkrankheiten wie

• Zystinose,
• hereditäre Fruktose-Intoleranzoder
• Morbus Wilson.

Auch Medikamente sind in der Lage, eine proximale RTA zu induzieren. Vor allem sind das

• Analgetika,
• Lithium,
• Ifosfamid (im Rahmen einer Chemotherapie),
• Azetazolamidund
• Tetracycline.
• Schwermetallbelastung,
• Vitamin D Mangel oder
• Amyloidose

In diesen Fällen muss die Grundkrankheit behandelt werden.

Die proximale RTA betrifft den Kapazitätsabschnitt, in dem vor allem Flüssigkeitsvolumen und Bikarbonat rückresorbiert werden. Die Folgen lassen sich damit herleiten. Der Verlust an Bikarbonat lässt eine hyperchlorämische Azidose entstehen, es entwickelt sich eine leichte Dehydratation und durch den sekundären Hyperaldosteronismus niedrige Kaliumspiegel. Die klinischen Symptome sind analog derer des Typus I, jedoch wesentlich milder. Harnsteine sind hier kaum anzutreffen, da der Urin im Vergleich zum Typus I doch deutlich besser angesäuert werden kann.

Assoziierte Defekte sind beim Typus II ebenfalls zu beobachten. So kann die intestinale Resorption von Glucose, Phosphat und von Aminosäuren gestört sein.

Nierenstörungen: Distale distale renale tubuläre Azidose mit speziellem Defekt vom Typus IV

Die RTA Typus IV unterscheidet sich von den anderen Formen durch das Auftreten einer Hyperkaliämie. Die wichtigsten Ursachen sind ärztliche Maßnahmen, die zu einer Hemmung des Aldosteronsystems führen können.

• Diuretika wie z.B. Spironolacton
• Antihypertensiva aus der Gruppe der ACE (Angiotensin-Converting-Enzym)-Hemmer
• Antibiotikum Trimethoprimwie z.B. Bactrim (Roche)
• Blutverdünner Heparin
• nichtsteroidale Antirheumatika (NSAR)
• Immunsuppressiva

 

11.4.3 Nierensteine

Nierensteinleiden gehören zu den häufigsten (ca. 5 % der Bevölkerung) und leider auch zu den schmerzhaftesten renalen Krankheiten. Die meisten Nierensteine bleiben zum Glück klein und werden spontan aus den Harnwegen herausgespült. Andere nisten sich in die Schleimhaut ein und beginnen als Kristallisationskeime zu wachsen. Sobald sie sich wegen ihrer Größe von ihrer Nische gelöst haben, erzeugen sie Passagehindernisse und Koliken.

Weil der Harn viele verschiedene Stoffe beinhaltet (ca. 50 g pro Tag), sind Steine unterschiedlichster Zusammensetzungen möglich. Drei Harnsteintypen überwiegen:

• Kalziumoxalat
• Kalziumphosphat
• Harnsäuresteine

Welche Steine entstehen entscheidet sowohl die Substratkonzentration in Bezug zum Löslichkeitsprodukt (Überschreitung führt zur Kristallisation), wie auch der Urin-pH-Wert. Auch die Temperatur spielt generell eine Rolle. Je wärmer der Harn, bspw. bei adipösen Patienten, umso besser ist die Substratlöslichkeit.

Die wichtigsten Harnsteinleiden (Urolithiasis) induzierenden Bestandteile sind die Anionen

• Karbonat
• Urat
• Oxalat
• Phosphat
• Sulfat

sowie die Kationen

• Kalzium und Ammonium

Kochsalz fördert die Kalziumausscheidung wegen seiner ansäuernden Eigenschaft (Natriumbikarbonat senkt die Kalziumausscheidung). Hemmer der Steinbildung sind

• Chlorid (Antagonist zu Karbonat und Phosphat)
• Zitrat (Chelator von Kalzium)
• Magnesium (Antagonist zu Kalzium)

Harnstoffbildet keine Harnsteine, ist aber bei der Entstehung von infektiösen Struvitsteinen involviert.

Lösungs- und Ausfällungsprozesse sind Gleichgewichtsreaktionen. Bei einer gesättigten Lösung lösen sich ständig Ionen aus dem Kristall bzw. lagern sich ein. Sind diese Mengen gleich, befindet sich das System in einem (dynamischen) Gleichgewicht.

Steinbildung im sauren Milieu (durchschnittlich < pH 5,8):

• Kalziumoxalatsteine,

• Harnsäuresteine.

Steinbildung im alkalischen Milieu (durchschnittlich > pH 6,8):

• Kalziumphosphatsteine,

• Kalziumkarbonatsteine

Die Bildung von bestimmten Steinarten verlangt stets die gleichen chemischen und physikalischen Bedingungen. Daraus lässt sich bereits die einfachste Prophylaxe herleiten: abwechslungsreiche Ernährung. Da hohe Substratkonzentrationen das Steinrisiko vergrößern, sollte zudem viel getrunken und vor allem „Überschussnahrung“ vermieden werden. Um die Zitratversorgung sicherzustellen, gehört auch ausreichend saures Obst auf den Teller. Für eine wirksame Vorbeugung müssen mindestens 300 mg (1,7 mmol) Zitrat am Tag über die Harnwege ausgeschieden werden. Neben einer mangelhaften Zufuhr sind weitere Ursachen für einen Zitratmangel

• chronischer Durchfall
• renale tubuläre Azidosen
• protein-, salz- und kalziumreiche Ernährung

Vorteilhaft im Sinne der Steinprophylaxe ist zudem ein sogenannter pH-„Pendelurin“. Normalerweise ist Urin am Morgen sauer (pH 6,2 – 6,8) und am Abend, je nach Aktivität und Nahrung basisch (pH 6,8 – 7,4). Weist hingegen der Urin ständig einen gleichartigen pH-Wert auf, ob sauer oder basisch, ist bei prädisponierten Personen Vorsicht geboten. Die Lebensweise sollte zum erneuten Erzeugen eines „Pendelurins“ entsprechend angepasst werden.

Je nach Harnsteinzusammensetzung können auch Stoffwechselstörungen vorkommen. So kann eine Hypercalciurie neben einer kalziumreichen Ernährung auch durch einen Hyperparathyreoidismus, Vitamin D-Überdosierung oder Knochenmetastasen verursacht werden.

Abnehmende Löslichkeit der Harnsteine (je nach Quelle leichte Abweichungen möglich)

Steintyp	Hauptkomponente	Summenformel
Brushit	Kalziumhydrogenphosphat	CaHPO4
Harnsäuresteine	Harnsäure	C5H4N4O3
Kalzit	Kalziumkarbonat	CaCO3
Whewellit	Kalziumoxalat	CaC2O4
Struvit	Magnesium-Ammonium-Phosphat	Mg(NH4)PO4
Apatit	Kalziumphosphat	Ca3(PO4)2

 

Häufigkeit der Harnsteine

Steinzusammensetzung	Häufigkeit (%)
Kalziumoxalat	70 – 75 %
Kalziumphosphat	10 – 15 %
(freie) Harnsäuresteine	10 – 15 %
Magnesium-Ammonium-Phosphat	5 – 10 %
Kalziumhydrogenphosphat	1 %
Kalziumkarbonat	< 1 %

 

Steinbildung im sauren Milieu

Oxalatsteine

Obwohl Oxalat allgemein vom Darm schlecht resorbiert wird, ist es wesentlich in der Entstehung von Harnsteinen beteiligt. Wie in der Tabelle ersichtlich, sind Oxalatsteine am häufigsten anzutreffen, vermutlich, weil bereits geringe Konzentrationänderungen von Oxalat im Urin über die Ausfällung entscheiden können. Risikopatienten müssen oxalsäurereiche Kost einschränken. Hohe Dosen an Vitamin C sind ebenfalls problematisch, denn Ascorbinsäure kann in Oxalsäure umgewandelt werden. Vitamin B 6 hingegen kann durch die Aktivierung des Enzyms Alanin-Glyoxylat-Transaminase den Oxalat-Spiegel senken.

• Pankreasinsuffizienz überprüfen,
• Coeliakie und Ileumresektion überprüfen
  bei Fettsäurenmalabsorption
  → Mehr FS im Colon fördert dort die Oxalatresorption
  und
  → FS binden Kalzium → mehr lösliches Oxalat zur Resorption vorhanden

Harnsäuresteine

Leidet ein Patient unter einem erhöhten Harnsäurespiegel, können nicht nur wie bei der Gicht im Gewebe Urate ausfallen, sondern auch in den Harnwegen. Ist der pH-Wert des Urins deutlich sauer, können sich reine Harnsäuresteine bilden, in einem basischeren Milieu sind es Natrium- und Ammoniumsalze. Zu den wichtigsten Maßnahmen bei erhöhtem Harnsäurespiegel gehört die Reduktion der Purin-Zufuhr. Die Patienten müssen angehalten werden, viel zu trinken. Zwar ist die Löslichkeit der Harnsäure schlecht, trotzdem wird sie rascher herausgespült.

Ernährung

• Verboten
  • B. Innereien, aber auch Fleisch, Fisch, Meeresfrüchte und Hülsenfrüchte,
• Alkohol einschränken (Alkohol fördert die Harnsäureausscheidung),
• generell basische Nahrung,
• Vermeiden
  • Fruktose fördert Harnsäuresteine,
  • Bier (höhere Puringehalt als Wein oder Spirituosen),

Steinbildung im basischen Milieu

Phosphatsteine

Eine Hyperphosphaturie, also eine vermehrte Phosphatausscheidung über die Niere, kann beim gesunden Menschen durch

• stark alkalisierende Nahrung,
• erschöpfende Muskelarbeit oder
• Hunger
• Chronische Harnwegsinfekte überprüfen,
  • Bakterien verbrauchen Zitrat,
  • Bakterien sind Kristallisationskeime,
• Rachitis,
• Osteomalazie,
• Osteodystrophia deformans,
• Cushing-Syndrom,
• Akromegalie,
• Plasmozytomen,
• Hyperparathyreoidismus(zusammen mit einer Hyperkalziurie),

ausgelöst werden. Auch bei bestimmten Krankheiten sind hohe Phosphatkonzentrationen im Harn zu beobachten.

Doch die häufigste Ursache für das Auftreten von Phosphatsteinen sind Infektionen. Viele Bakterien besitzen das Enzym Urease. Durch dieses Enzym wird Harnstoff in Kohlendioxid und Ammoniak gespalten. Durch den gebildeten Ammoniak, eine schwache Base, wird der Harn alkalisch. Damit nimmt die Löslichkeit von Kalzium- und Magnesiumphosphaten stark ab. Hierbei treten vor allem Kalziumphosphatsteine (Karbonatapatit) und Magnesiumammoniumphosphatsteine (Struvit) auf. Weil der Urin-pH-Wert meistens Schwankungen unterworfen ist, sind Mischsteine häufig anzutreffen. Ist der Harn phasenweise saurer, wird an Stelle des Kalziumphosphats vor allem Kalziumhydrogenphosphat (Brushit) abgelagert.

Verhalten

• pH-Pendelurin anstreben (Urin-pH-Messstreifen – hier sinnvoll),
• regelmässige sportliche Tätigkeit, aber ausreichend Flüssigkeitsersatz beim Schwitzen,
• Antigravitationssport: Knochenaufbau wird gefördert, damit Kalziumspiegel durch Verbrauch gesenkt,

Kalziumkarbonatsteine

Solitäre Kalziumkarbonatsteine sind selten. Um der Bildung dieser Steine vorzubeugen, kann Vitamin C eingenommen werden. Ascorbinsäure senkt den pH-Wert des Urins.

Hyperkalzurie

• Hyperparathyreoidismus,
• Vitamin-D-Überdosierung,
• Hyperthyreose,
• Vitamin-A-Intoxikation,
• Tumore (Knochenmetastasen),
• aktive Tuberkulose,
• Histoplasmose,
• Coccidiomykose,
• Milk-Alkali-Syndrom,
• Immobilisation,
• maligne Osteoporose,
• renale tubuläre Azidose
• kalziumhaltige Antazida,
• Schleifendiuretika (Furosemid, z.B. Lasix [Aventis]), da diese die Kalziumausscheidung erhöhen

11.5 Harnwegesinfekte

In den Harnwegen werden Krankheiten, die sich auf den Säure-Basen-Haushalt auswirken, vor allem durch den Einfluss von Bakterien verursacht.

11.5.1 Bakterien

Bakterien und andere Mikroben können nur in einem für sie bestimmten physikalisch und chemisch definierten Milieu leben und sich vermehren. Einflussfaktoren sind unter anderem

• gelöste Gase
• osmotischer Druck
• Temperatur
• Wasserverfügbarkeit
• pH-Wert

Die meisten Bakterien haben ihr pH-Wert-Optimum zwischen 6,5 und 7,0, können aber über einem Bereich von drei pH-Einheiten existieren.

Urin ist normalerweise steril, da die Harnwege ständig ausgespült werden. Das wirft die Frage auf, wie Bakterien vor allem beim Mann gegen den Strom in die Blase gelangen. Eine denkbare Erklärung wäre eine permanente leichte hämatogene Streuung vor allem der im Darm sehr zahlreich vorkommenden Colibakterien. Diese sind auch am häufigsten mit Harnwegsinfekten assoziiert. Sie vermehren sich am besten im pH-Wert-Bereich des menschlichen Urins zwischen 6,0 – 7,0. Hinzu kommt ihr Temperaturoptimum von 37°Celsius, das der menschlichen Körpertemperatur in etwa entspricht.

Zu anderen potenziell pathogenen Bakterien, die jedoch viel seltener die Ursache von Harnwegsinfektionen sind, zählen Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus und Ureaplasma urealyticum. Obwohl sie ähnliche Umweltoptima wie Colibakterien aufweisen, sind sie viel weniger häufig im Darm anzutreffen. Viele dieser Bakterien besitzen das Enzym Urease, das den reichlich im Urin vorhandenen Harnstoff in Kohlendioxid und Ammoniak spaltet:

CO(NH₂)₂ + H₂O → CO₂ + 2NH₃

Dieses Ammoniak alkalisiert den Harn. Aus diesem Grunde können chronische Infekte mit einem konstant basischen Urin einhergehen und damit zu Harnsteinbildung prädisponieren. Andererseits muss die Vorstellung, dass Pendelurin Harnwegsinfekte verhindern kann, relativiert werden, da Bakterien sehr wohl im gesamten physiologischen Harn-pH-Wert-Bereich leben und sich vermehren können.

11.6 Osteoporose

Die Knochen sind aktiv am Stoffwechselgeschehen beteiligt, ihre Interaktionen jedoch bidirektional. Metabolische Störungen wirken sich auch auf den Knochen aus und können längerfristig zu strukturellen Veränderungen führen. Die zwei wichtigsten Krankheiten in diesem Zusammenhang sind die Osteoporose und die Osteomalazie.

11.6.1 Osteoporose und Osteomalazie

Osteoporose besteht in einem Abbau von Knochenmasse und das Krankheitsbild der Osteomalazie aus einem Verlust an Knochenkalk. Nach allgemein herrschender Lehrmeinung liegen zwei Krankheiten vor. Debrunner [23] schrieb dazu über die Knochenentwicklung im Alter: „Während im Knochen des Kindes der Anteil der organischen Substanzen (Kollagen) noch verhältnismässig groß, der Knochen noch biegsam ist, nimmt im Alter der anorganische Anteil (Kalziumsalze) ständig zu, die Knochen werden starrer und brüchiger”.

Trotzdem wird in der klinischen, pharmakologischen Medizin die Osteoporose der Osteomalazie gleichgestellt und überall dort, wo von der Ursache und Behandlung der Osteoporose die Rede ist, steht Kalziummangel praktisch an erster Stelle. Andererseits ist in der Naturheilkunde eine ähnliche Kausalitätsentwicklung zu beobachten, nur wird stellvertretend für den Kalziummangel die – meist nahrungsbedingte – "Übersäuerung" zitiert, die gleich dem sauren Regen das Kalzium ausschwemmen soll.

Akute Störungen des Säure-Basen-Haushalts werden keinen signifikanten Einfluss auf die Knochenstruktur ausüben. Dazu ist die Dauer der Einwirkung zu kurz. Es werden lediglich bei einer akuten Azidose Protonen in der äußeren Hydrathülle eingelagert oder Karbonatverbindungen herausgelöst. Diese werden im Falle einer Normalisierung oder momentanen Alkalose wieder regeneriert.

Ist die Azidose chronisch geworden, können zwei Hauptmechanismen am Knochen unterschieden werden: eine mineralische und eine zelluläre Komponente. Diese sind in der Regel nicht zu trennen. Überwiegen die zellulären Effekte, ist die Folge eine klassische Osteoporose, überwiegen die mineralischen, resultiert eine Osteomalazie.

Die Säureeinwirkung auf die Osteoblasten und -klasten ist direkt und unabhängig von der Einwirkung des Parathormons (PTH). Andererseits sind die Effekte des PTH stärker beim Vorliegen einer metabolischen Azidose. Eine intrazelluläre Azidose senkt die Konzentration von Kalzium [97] und erhöht das Angebot von Protonen in den Osteoklasten, wodurch diese aktiviert werden. Das mitochondrial gebildete CO₂ wird zu Kohlensäure hydratisiert, welche weitere Protonen abgibt. In einem ATP-verbrauchenden Prozess werden diese gegen einen Konzentrationsgradienten in die Knochenmatrix ausgeschieden. Die lokale Azidose am Knochen löst das Hydroxyapatit und setzt Kalzium frei. Das aus der Kohlensäure entstehende intrazelluläre Bikarbonat wird mit Chlorid aus dem Blut ausgetauscht und neutralisiert auf diese Weise eine systemische Azidose.

Eine Säurebelastung wirkt somit multifaktoriell osteoporotisch: einerseits aus der Knochenmatrix direkt kalziumfreisetzend, andererseits osteoklastenstimulierend. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass im Gegensatz zu einer metabolischen Azidose eine respiratorische Übersäuerung keinerlei negative Auswirkungen auf die Knochenstruktur entfaltet.

Entscheidend für den osteoporosefördernden Effekt ist die Dauer der Azidose. Das Risiko steigt von der

• chronischen latenten Azidose (häufig) über die
• renale tubuläre Azidose(selten) bis hin zu der
• Urämie(sehr selten),

bei der die Wahrscheinlichkeit am größten ist, eine Osteoporose zu entwickeln. Steht bei der RTA lediglich die Übersäuerung im Vordergrund, zeigen sich bei der Urämie bzw. Niereninsuffizienz weitere Störungen. Neben der Azidose besteht ein Vitamin-D-Mangel, da die Transformation in der Niere zum aktiven Vitamin D reduziert ist. Dieser Mangel führt zu einer verstärkten Ausschüttung von Parathormon, um den Kalziumspiegel anzuheben. Die Osteoklastentätigkeit steigt. Das Parathormon verstärkt zudem die renale Phosphatausscheidung, wodurch eine zusätzliche Störung des Phosphatstoffwechels resultieren kann.

Die Gabe von Vitamin D bei der Behandlung der Osteoporose ist inzwischen zum Standard geworden. Trotzdem wird paradoxerweise bei einer solchen Therapie gerade die Osteoporose als Nebenwirkung aufgeführt. Schließlich dient Vitamin D in erster Linie dazu, die Kalzium- und Phosphatspiegel im Blut anzuheben und nicht zur Einlagerung von Kalzium in die Knochen.

Die Vitamin-D-bedingte Freisetzung von Kalzium aus dem Knochen tritt vor allem bei gleichzeitiger metabolischer Azidose auf. Interessant ist dabei, dass durch die höheren Kalzium- und Phosphatspiegel die Mitochondrien besser mit Brennstoff versorgt werden. Damit nimmt Vitamin D für die Energiegewinnung und Bildung von Muskelkraft wie auch für eine intakte Nervenreizleitung eine bisher unterschätzte Rolle ein. Es drängt sich sogar die Frage auf, ob die günstige Wirkung von Vitamin D auf den Knochen bzw. auf das Frakturrisiko nicht vielmehr dadurch erklärt werden könnte. Eine flinke und kräftige Muskelfunktion senkt signifikant die Wahrscheinlichkeit von frakturgefährdenden Sturzereignissen. Werden Vitamin D und Kalzium andererseits hochdosiert und langfristig verabreicht, könnten sich über eine Hypercalcämie eine Nephrocalcinose und damit auch eine Niereninsuffizienz entwickeln, mit allen nachteiligen Folgen für den Säure-Basen-Haushalt und den Knochen.

Knochen und Durchblutung

Knochensubstanz ist wie das übrige Gewebe auf eine ausreichende Blutversorgung angewiesen. Die Gefäss- bzw. Kapillardichte entscheidet über das Ausmaß der Markdurchblutung. Nimmt die Zirkulation und damit auch das Sauerstoffangebot im Alter ab, entwickelt sich eine latente Ischämie/Hypoxie mit der Folge einer Laktatazidose. Durch die Senkung des pH-Werts werden die Osteoklasten stimuliert und die Osteoblasten gehemmt. Neben der Knochenresorption verliert das Gewebe durch die Mangelversorgung ihre Differenzierung, das Knochenmark verfettet (gelbes Mark).

Knochen und Ernährung

Mit dem Alter steigt die Anfälligkeit auf Ernährungsfehler vor allem deshalb, weil die Gesamt-Säurepufferkapazität abnimmt. Sind es somit insbesondere Senioren, die von einer basischen Kost profitieren werden? Jedenfalls zeigte die Framinghamstudie [100](Tucker et al. 2001), dass im Alter sehr wohl eine ausreichende Proteinversorgung von 1.0 – 1.25 g/kg (KG/Tag) für eine gesunde Knochenmasse von Bedeutung ist. Dem scheint aber das Ergebnis von Frassetto und Sebastian [30](1996) zu widersprechen. In dieser epidemiologischen Ländervergleichsstudie wurde eine Korrelation der Häufigkeit von Hüftfrakturen mit steigendem Anteil tierischer Nahrung aufgezeigt. In Kontrast dazu steht ein weiteres Zitat von Arnett [2](2003), nach dem Allesfresser (Omnivoren) möglicherweise höhere (!) Blut-pH-Werte aufweisen als Vegetarier im Altersvergleich.

Das Thema Osteoporose und Nahrung ist umgeben von widersprüchlichen Aussagen und Studienergebnissen. Aktuelle Artikel tendieren eher zur Aufnahme von maßvoll fleischhaltiger Nahrung. Aus den hier geschilderten Theorien, Beobachtungen und der Evaluation einer signifikanten Anzahl wissenschaftlicher Arbeiten habe ich versucht, einen orientierenden Risiko-Überblick zusammenzustellen. Diese wiederum erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und soll mehr zu Diskussionen Anlass geben.

• Bestimmte Nahrungsmittel einschränken (z.B. Salz, Zucker, Phosphate [Softdrinks, Fertignahrung], Koffein, Alkohol),
• besonders oxalhaltige Nahrung einschränken (hemmt Kalziumresorption): Rhabarber, Spinat, Mangold, Erdnüsse, Schokolade, Schwarztee, Petersilie,

Metastatische Verkalkungen

Der Organismus benötigt einerseits ausreichend Kalzium und Phosphat für die Knochenbildung, andererseits darf er aber eine kritische Schwelle des Löslichkeitsprodukts von Ca₃(PO₄)₂ nicht überschreiten. Gewebeverkalkungen werden bei einem azidosebedingten Knochenabbau durch vermehrte Phosphatausscheidung verhindert. Zudem ist Kalzium in einer saureren Umgebung besser löslich. Problematisch wird es, wenn das Milieu mit dem gelösten Kalziumphosphat plötzlich basisch wird, wie es vor allem in der Niere oder der Lunge durch die lokale Säureausscheidung geschehen kann. Dann steigt das Risiko einer Gewebeverkalkung. Nephro- und Lungenkalzinosen sind klassische Beispiele dafür.

Relativ hohe Kalzium- und Phosphatkonzentrationen kommen auch in den Mitochondrien vor. Die oxydative Phosphorylierung setzt zudem eine relative Alkalisierung der mitochondrialen Matrix voraus. Aus diesem Grunde wird häufig eine Kalzifizierung von hier ausgehen, was eine Verkalkung vor allem in Geweben mit einer hohen mitochondrialen Dichte erklären könnte (Muskel- und Herzgewebe).

Ernährung, Sport und Knochengesundheit

11.7 Magen- Darm-System

Die gesunde Verdauung ist auf einen normal funktionierenden Säure-Basen-Haushalt angewiesen. Die erste Stufe der Nahrungsassimilation findet mit dem Kauvorgang in einem alkalischen Milieu statt. Danach wird sie in der sauren Umgebung des Magens weitergeführt, um anschliessend im Dünndarm erneut in einer basischen Umgebung fortgesetzt zu werden. Im Colon erfolgt wieder eine leichte Ansäuerung. Dieser Milieuwechsel ist physiologisch und in der Jugend maximal (optimal) ausgeprägt, wodurch praktisch alles verdaubar zu sein scheint. Im Alter flachen diese Wellen ab und immer weniger Nahrungsmittel können toleriert werden.

pH-Wellen der Verdauung

 

Damit die Magensäure auf eine möglichst große Fläche einwirken kann, muss die Nahrung maximal zerkleinert werden. Gerade im Alter, mit zunehmendem Verlust eines funktionstüchtigen Gebisses, wird diese Forderung immer weniger erfüllt. Die durch den bakteriellen Zuckerabbau entstehenden organischen Säuren schädigen die restlichen Zähne noch weiter. Dazu nimmt auch die Speichelproduktion ab, worunter die initiale orale Verdauung ebenfalls leidet.

11.7.1 Sodbrennen

Ein wachsendes Problem, nicht nur im Alter, ist das Magen- und Sodbrennen. Wurde früher auf eine basische Magenschonkost verwiesen, werden heute handelsübliche potente Säureblocker immer häufiger eingesetzt. Doch mit zunehmendem Alter nimmt die Säureproduktion nicht zu, sondern praktisch ausnahmslos ab. Säureblocker unterdrücken die verbliebene restliche Säureproduktion vollends. Erstaunlicherweise wird diese Maßnahme bei den meisten Patienten aber gut toleriert.

Trotzdem wird häufig von Nebenwirkungen berichtet, welche die Bedeutung der Salzsäure für unseren Magendarmtrakt demonstrieren. Die häufigsten gastrointestinalen Symptome sind nach dem Schweizerischen Arzneimittelkompendium [111]:

• Diarrhöe,
• Flatulenz,
• Bauchschmerzen,
• Nausea,
• Erbrechen,
• Obstipation

Seltener anzutreffen sind

• Stomatitis und
• gastrointestinale Candidiasis.

Ebenfalls können

• polypöse Schleimhautverdickungen des Magens auftreten, die histologisch meist sog. «Drüsenkörperzysten» entsprechen. Sie sind gutartig und zum Teil reversibel. Ihre Bedeutung ist zurzeit unklar.

Als weitere Nebenwirkungen entstehen z.B.:

• Kopfschmerzen, Benommenheit/Schwindel,
• Dermatitis,
• Hypersensitivitätsreaktionen (z.B. Angioödem, anaphylaktische Reaktion),
• erhöhte Leberenzyme und Myalgie,
• saures Aufstoßen, postprandialer Reflux, Sodbrennen,
• Schwindel und Schlafstörungen,
• Depressionen und Halluzinationen,
• Anstieg der Leberenzyme, Leberentzündung mit und ohne Gelbsucht, Leberversagen,
• Überempfindlichkeitsreaktionen wie z.B. Nesselsucht, Angioödem, Temperaturanstieg.

Trotz dieser Begleiterscheinungen ist es heute unbestritten, dass bei Krankheiten wie fortgeschrittenen Magenschleimhautschäden, –erosionen und –ulzerationen aber auch bei deren Prophylaxe bspw. bei der Einnahme von NSAR bei gleichzeitiger Antikoagulation die Protonenpumpenblocker unverzichtbar sind.

Die Auflistung zeigt jedoch, dass andere metabolische Effekte durch die Blockade der H/K-ATPasen vorkommen. In der Therapie müssen Nutzen und Risiko vorsichtig gegeneinander abgewogen werden. Als Beispiel soll der häufige Einsatz von Protonenpumpenblockern bei Beschwerden wie saurem Aufstoßen dienen. Sodbrennen muss eben nicht immer ein Zeichen dafür sein, dass ein Zuviel an Magensäure vorliegt.

Im Gegenteil kann es paradoxerweise auch durch Magensäuremangel auftreten. Hier verschlechtert sich entsprechend die Verdauung, die Nahrung verweilt länger im Magen und es können geringe Säuremengen in die Speiseröhre zurückfließen. Der Pylorus-Abfluss ist u.a. säuregesteuert! Wenig Säure, wenig geöffnet, der Magenbrei fliesst nicht ab, sondern wird durch die Magenperistaltik nach oben befördert. Auch diese wenige Säuremengen können in der säureempfindlichen Speiseröhre sehr unangenehm sein und tatsächlich den Eindruck einer Magensäureüberproduktion vermitteln. Gerade in solchen Fällen kann eine Therapie mit Magensäureersatzpräparaten erfolgreich sein. Die Verdauung wird dadurch beschleunigt und die Speisen samt Säure rascher in den Dünndarm befördert.

Abgesehen von einer therapeutischen Hemmung der Magensäure kann natürlich auch die Bildung von schützendem Magenschleim gefördert werden. Dieser enthält Bikarbonat, das mit Hilfe des Enzyms Karboanhydrase sezerniert wird. Damit kann die Gabe von Zink unter Umständen nützlich sein. In der Tat konnten zwischen der Produktion der Magensäure und des Magenschleims synergistische Mechanismen festgestellt werden.

Interessanterwiese konnten signifikante Veränderungen des allgemeinen Säure-Basen-Haushalts bei Patienten unter Langzeit-Protonenpumpenblockerbehandlung nicht nachgewiesen werden. Diese produzieren zwar einerseits weniger Magensäure und damit eine bescheidenere Basenflut, anderereits sind durch die geringere Ansäuerung des Nahrungsbreis weniger Basen zur Neutralisierung des Darminhalts nötig. Doch es könnte theoretisch durch die Gabe von Säureersatzpräparaten mehr basisches Darmsekret notwendig werden. Deshalb sollte für einen ausreichenden Anteil an Basen gesorgt sein.

Vor dem Einsatz von Protonenpumpenblockern wird zunächst möglichst eine Magenschonkost empfohlen. Dazu gibt es im Internet reichliche Vorschläge.

Magensäureselbsttest

Einnahme von einem Esslöffel Apfelessig oder frischem und warmem Zitronensaft während/nach dem Essen. Bessern sich die Magenbeschwerden, kann von einer Hypochlorhydrie ausgegangen werden. Bei einer Verschlechterung muss dagegen eine Magenschonkost durchgeführt werden.

11.7.2 Helicobacter pylori

Das Bakterium Helicobacter pylori (Hp) ist ein weiteres häufig auftretendes Problem bei Magenleiden. Seine klassische Behandlung besteht in einer Antibiose bei gleichzeitiger Säureblockade. Interessant dabei ist, dass der Keim eigentlich durch ein saures Milieu gehemmt wird. Es ist dann viel mehr mit seinem Säureschutz (Ammoniak-Basenproduktion aus Harnstoff) als mit der Vermehrung beschäftigt.

Doch in diesem scheinbaren Paradoxon liegt seine Strategie: In einem mehr alkalischen Milieu des Mageninhaltes würden sich die Bakterien rascher vermehren; Antibiotika, die in die bakterielle Zellwandsynthese eingreifen, könnten effizienter wirken. Wichtig ist, dass nach der Beseitigung des Keims wieder für eine normale Magensäureproduktion gesorgt wird, da eben eine Hypochlorhydrie als Risikofaktor für eine Infektion damit anzusehen ist.

Hier muss vor Säurehemmern gewarnt werden, dazu zählen natürlich auch die reichlich eingesetzten Basenmittel. Aus diesem Grunde ist es nicht empfehlenswert, Basensupplemente über den ganzen Tag zu verteilen. Am besten nimmt man sie am Abend vor dem Schlafengehen oder regelmäßig immer zwischen den Mahlzeiten ein. Weil Helicobacter ein alkalisches Milieu bevorzugt, wird er auch in der Mundhöhle gefunden. Eine Übertragung durch z.B. Küssen ist dadurch theoretisch möglich.

11.7.3 Ulcus ventriculi, Gastritis, Magenverstimmung

Bei Magengeschwüren, Magenschleimhautentzündung und –verstimmung liegt besonders bei chronischen Formen ein Therapieschwerpunkt auf der Ernährung. Magenschonkost und Magenschondiät sind vor allem bei chronischen Verläufen Mittel zur dauerhaften Gesundung.

Eine Magenschondiät ist vor allem eine milde, leicht verdauliche Kost. Häufige kleine Mahlzeiten zu regelmäßigen Zeiten sind angebracht. Wichtig: langsam essen und gut kauen; keine zu heißen oder zu kalten Speisen! Zum Kochen nur gute, frische Nahrungsmittel verwenden. Die Speisen mit frischer Butter oder reinem Pflanzenfett dämpfen und abrunden. Keine Rohkost. Würzen: Alle Küchenkräuter und Gewürze außer Pfeffer, Schnittlauch, Knoblauch, Zwiebeln und Weinessig. Alle Speisen mäßig salzen.

11.7.4 Stuhl-pH Veränderungen

Der finale Stuhl-pH-Wert ist vor allem das Produkt des Dickdarms und ist in der Regel leicht säuerlich. Diese Ansäuerung ist das Resultat aus dem ursprünglichen pH-Wert der Nahrung und des bakteriellen Stoffwechsels, welches von der Mikroökologie des Darmes abhängig ist. Entsprechend können pH-Wert-Veränderungen auf Störungen hinweisen.

Ursachen eines alkalischen Stuhls (pH>6.5)

Verdacht:	Mögliche (therapeutische) Maßnahmen:
Unzureichende bakterielle Produktion von kurzkettigen Fettsäuren Gründe sind u.a. falsche Darmflora, fehlende Ballaststoffe oder zu wenig Wasser. Mangel an säureproduzierenden Organismen wie Laktobazillen, Bifidobakterien etc.	Supplementierung mit Probiotika (wie Laktobazillen und Bifidobakterien) Vermehrte Zufuhr von Ballaststoffen (insbesondere lösliche) und Wasser Begünstigt die Produktion von kurzkettigen Fettsäuren und führt zu einer Normalisierung des Transports.
Hypochlorhydrie Ammoniakproduktion im Darm Kann durch eine fleischreiche Ernährung und Fäulnisbakterien verursacht sein.	Verdauungsförderung Supplementierung mit Betain-HCI oder Kräutern zur Stimulation der Magensäureproduktion (z.B. Enzian, Ingwer, Pfefferminz, Kardamon). Siehe Magistralrezepturen oben.
Langsamer Transport (mehr Zeit zur Resorption der kurzkettigen Fettsäuren)	Ballaststoffe, Trinkmenge erhöhen

 

Ursachen eines sauren Stuhls (pH<5.5)

Verdacht:	Mögliche (therapeutische) Maßnahmen:
Übermäßiges bakterielles Wachstum oder Lipidmalabsorption (insbesondere dann, wenn kurzkettige Fettsäuren erhöht sind) Kohlehydratmaldigestion Gründe sind u.a. Pankreasinsuffizienz, Disaccharidasemangel. Kann zu bakterieller Vermehrung und übermäßiger Produktion von kurzkettigen Fettsäuren oder organischen Säuren führen.	Verdauungsförderung Supplementierung mit pflanzlichen oder Pankreasenzymen, Betain HCI, Disaccharidasen.
Pilzbefall è Gärungsprozesse	Antimykotische Therapie
Schneller Transit (Weniger Zeit für die Resorption von kurzkettigen Fettsäuren)	Ballaststoffe Indische Flohsamenschalen

11.8 Infektionen und Entzündungen

Setzt sich der Organismus mit Erregern auseinander, lässt sich das körperlich durch Müdigkeit und Erschöpfung wahrnehmen. Daneben geht der Appetit verloren, die Atemfrequenz sowie die Körpertemperatur steigen an, zuerst wird eine innere Hitze erzeugt, am Schluss erfolgt mehr oder weniger reichliches Schwitzen.

In der Hitzephase ohne Schweiß säuert der Körper wahrscheinlich maximal an. Jetzt wird intensive Energie und damit Wärme produziert, die für die erfolgreiche Abwehr essenziell ist. So bald der Patient zu schwitzen beginnt, wird meistens die alkalisierende Genesung eingeleitet.

Vielfach werden hohe Dosen von Vitamin C gegen Entzündungen empfohlen. Ob die positive Wirkung mit den azidotischen Eigenschaften von Ascorbinsäure zusammenhängt, kann an dieser Stelle lediglich vermutet werden.

Zink wird ebenfalls bei entzündlichen Prozessen eingesetzt. Das Metall ist wesentlich für den SBH, nicht nur für die Entsäuerung, sondern auch für die physiologische (nicht pathologische) Ansäuerung.

Hitze senkt den pH-Wert durch den Anstieg der Hydroniumaktivität. Heiße Bäder haben sich als Hausmittel gegen Grippe und Erkältungen bestens bewährt.

11.9 Tumorleiden

Sehr viele Theorien zur Tumorentstehung sind bekannt. Hier soll lediglich auf ihre Aspekte im Zusammenhang mit dem Säure-Basen-Haushalt eingegangen werden.

Jede gesunde Zelle nimmt im Zellverband eine differenzierte Aufgabe wahr. Diese Spezialisierung setzt ein hohes Ordnungsmaß voraus, das nur durch den Einsatz von Energie zustande kommen kann. Ist sie abgeschlossen, muss die Ordnung durch den permanenten Einsatz von Energie aufrecht erhalten werden.

Eine physiologische Zellregulation muss bei Bedarf Energiereserven mobilisieren, z.B. bei besonderen Stoffwechselanforderungen wie vermehrtem Schwitzen, Hyperämie oder Schwellungen sowie bei Verschlimmerung von Erkrankungen z.B. in Form einer Entzündung (Urtikaria). Für diesen Energiebedarf müssen ausreichend Protonen für die mitochondriale oxidative Phosphorylierung zur Verfügung stehen.

Entzündliche Prozesse sind somit häufig mit einer leichten metabolischen Azidose vergesellschaftet, möglicherweise unterstützt durch eine erhöhte Aktivität des sympathischen Nervensystems. Bleibt der Heilungserfolg aus, erschöpfen sich diese Mechanismen und die Energieproduktion wird rückläufig. Unterschreitet sie eine kritische Schwelle, kann keine ausreichende Energie mehr für die Zelldifferenzierung aufgebracht werden. Die Zelle passt sich dann dem geringeren Energieangebot an und verliert an Spezialisierungsgrad.

Dieser Verlust kann den Einstieg in die Malignität vorbereiten. Yeo und seine Kollegen wiesen in diesem Zusammenhang nach, dass Tumorzellen verstärkt Protonen aus der Zelle hinauspumpen (sie werden auch nicht für die Energiegewinnung gebraucht) und ihre Umgebung damit ansäuern [121]. Diese perizelluläre Azidose schützt die Tumorzelle vor dem Angriff immunkompetenter Zellen.

Aus diesem Grunde liegt es nahe, medikamentös diesen Zustand der intrazellulären Alkalose und extrazellulären Azidose umzudrehen. Versuche werden mit dem Einsatz von Protonenpumpenblockern unternommen. Natriumbikarbonatinfusionen könnte ebenfalls einen Beitrag dazu leisten. Das Natriumbikarbonat verbindet sich mit den perizellulären Protonen und erzeugt dadurch Kohlensäure, die in einer Gleichgewichtsreaktion zu CO₂ und H₂O zerfällt. Das CO₂ diffundiert in die Tumorzelle und bildet dort wiederum Kohlensäure und damit eine (paradoxe) intrazelluläre Azidose.

Einerseits wird dadurch die Tumorzelle ihres Säureschutzmantels beraubt, andererseits wird das intrazelluläre leicht azidotische Milieu die oxidative Phosphorylierung, sofern möglich, begünstigen. Hier liegt auch eine hypothetische Strategie in der allgemeinen Tumorbekämpfung. Die mitochondriale Energiegewinnung wird stimuliert und begünstigt, damit eine erneute Ausdifferenzierung der entarteten Zellen beginnt. Die Frage, inwiefern durch diese Maßnahme auch das Tumorzellenwachstum stimuliert werden könnte, ist dabei zu beachten.

Tumorzellen sind intrazellulär basisch und zum Extrazellulärraum hin sauer.

Die Eisengabe bei Tumorpatienten wird ebenfalls kontrovers diskutiert. Eisen besitzt sowohl pro- wie auch antioxidative Eigenschaften. Meist wird jedoch der oxidative Effekt des Eisens in den Vordergrund gestellt. Vielleicht wäre es möglich, unter Einbezug des Säure-Basen-Haushalts differenzierter zu entscheiden. Verschlechtert er sich unter Eisengabe, ist unverzüglich die Behandlung zu unterbrechen.

Eine Abhandlung der Tumortherapieverfahren würde hier den Rahmen eindeutig sprengen. Es wird nur auf die Aspekte hauptsächlich im Zusammenhang mit dem Säure-Basen-Haushalt eingegangen.

11.10 Sport

Jede körperliche Anstrengung beansprucht ATP, entweder aus der Bereitstellung ohne Sauerstoff (anaerob) oder aus der kontinuierlichen mitochondrialen Nachlieferung (aerob). Beide Methoden belasten den Säure-Basen-Haushalt unterschiedlich. Von anaerobem Training spricht man bei einer sportlichen Aktivität unter zwei Minuten. Hier ist die Sauerstoffversorgung nicht limitierend, sondern das unmittelbare Angebot an ATP und Kreatinphosphat in Zusammenhang mit der etwaigen Laktatproduktion.

11.10.1 Anaerobes Training ohne Laktatproduktion (Alaktisches anaerobes Training)

Diese muskulären Anstrengungen dauern bis maximal 30 Sekunden und schöpfen ausschließlich aus den (gering) vorhandenen ATP-Reserven. Kreatinphosphat konvertiert mit Hilfe der Enzyme Kreatinkinase oder Kreatinphosphokinase das entstehende ADP zurück in ATP. Diese Energiequelle reicht für eine Muskelaktivitätsdauer von ca. 10 Sekunden. Limitierend ist dabei das Kreatinphosphat. Der Abbau von ATP zu ADP liefert jeweils ein Dihydrogenphosphat (H₂PO₄^-), welches teils zu Hydrogenphosphat dissoziiert. Sind ausreichend Puffersubstanzen vorhanden, kann die anfallende Säure rascher neutralisiert werden und eine Ermüdung innerhalb dieser kurzen Spanne etwa hinauszögern.

11.10.2 Anaerobes Training mit Laktatproduktion

Sobald Muskulatur zu arbeiten beginnt, wird die Laktatproduktion eingeleitet. Signifikant wird sie bei Aktivitäten ab 30 Sekunden Dauer. Die Glykolyse der lokalen Glykogenreserven sowie die Blutglucose liefern ATP ohne Sauerstoffverbrauch. Die Ausbeute ist gering (2 ATP/Glucose) und die (Milch-)Säurebelastung pro ATP-Molekül relativ groß (1 Laktat/ATP).

Das Laktat kann Zellmembranen ausgezeichnet durchqueren [64], zählt aber zu den organischen Säuren und kann nicht über die Lunge einfach und rasch abgeatmet werden. Zudem trägt es viel weniger zur Freisetzung von Sauerstoff aus den Erythrozyten bei, da dabei kein Proton in die roten Blutkörperchen abgegeben wird. Das Laktat wird zusammen mit dem intrazellulären Hauptkation Kalium an das Plasma abgegeben.

Durch eine solche sportliche Aktivität hat der Organismus in Kürze große Mengen anfallender Milchsäure zu bewältigen. Entgiftet die Leber ausreichend, wird Laktat reichlich ausgeschwitzt und stehen ausreichend Pufferbasen zur Verfügung. Dadurch kann eine rasche Senkung des Blut-pH-Werts verhindert werden, was die anaerobe Trainingdauer verlängert. Das Plasmakalium wird wieder gegen intrazelluläres Natrium ausgetauscht, wodurch ein Natrium-Anstieg im Plasma verzeichnet werden kann [64]. Auf die gleiche Weise werden Protonen aus der Umwandlung von NAD⁺ zu NADH nach außen befördert. Die dabei aus dem Bikarbonat entstehende Kohlensäure wird in der Lunge in Form von CO₂ wieder abgeatmet. Per Saldo geht somit Bikarbonat verloren.

Eine prophylaktische Bikarbonatgabe geschieht daher am besten unmittelbar vor dem Training, da ansonsten der Überschuss ausgeschieden wird. Eine „Bikarbonat-Reserve“ kann nicht angelegt werden, daraus entstünde eine Alkalose.

In einer Studie wurden während zwei Stunden bis 30 Minuten vor einem 800-m-Lauf 300 mg/Kg (KG) Natriumbikarbonat oder ein Placebo verabreicht. Die Verumgruppe schloss im Schnitt um 2,9 Sekunden besser ab, was eine Distanz von 19 Metern entspricht [118]. Eine solche Verbesserung kann ohne weiteres in einem Wettkampf zwischen Sieg und dem letzten Platz entscheiden. In eine weiteren Studien gaben Gao und seine Kollegen [32] Athleten 200 mg/kg (KG) Natriumbikarbonat. Bei fünf einminütigen Sprints stieg ihre Leistung dadurch um sagenhafte 42 %. Diese Ergebnisse wurden immer wieder durch Studien bestätigt [94; 85; 59]. Die guten Resultate schwinden mit der Abnahme der Bikarbonatdosierung und Zunahme der Trainingsdauer [43; 42; 36].

Vielfach wird gelesen , dass durch die Milchsäureproduktion viele basische Mineralien verloren gingen. Dank der Ökonomie des menschlichen Stoffwechsels ist der Verlust aber bescheiden, da das meiste Laktat wieder durch den Cori-Zyklus in Glucose zurückgeführt wird. Ein Teil der Milchsäure wird jedoch zusammen mit Natrium und Chlorid über den Schweiß dem Körper entzogen. Weil Schweiß hypoosmolar (eine geringere Zahl von Teilchen ist darin gelöst) gegenüber dem Plasma ist, bildet sich eine hypertone Hypohydratation (Dehydrierung) aus und verursacht eine Kontraktionsalkalose. Dies kann zur Kompensation einer leistungsbedingten metabolischen Azidose beitragen. Bei hypertoner Dehydrierung muss entsprechend Flüssigkeit zum Ausgleich zugeführt werden. Je stärker konzentriert diese ist, desto stärker wird sie im Organismus ansäuern (Neutralisierung der Kontraktionsalkalose).

Anaerobes Training ist ein Paradebeispiel für eine physiologische metabolische Azidose. Sie ist allein durch die eigene Regulation ohne zusätzliche Maßnahmen vollkommen reversibel. Diese „Sportler-Azidose“ wird häufig als Model für die Evaluation von Stoffwechseleffekten einer metabolischen Azidose herangezogen. Hier ist aber bei der Interpretation Vorsicht geboten, da der Stoffwechsel beim Gesunden von dem eines Kranken abweichen kann. So wurde im Urin von Kraftsportlern während dem Training vermehrt Kalzium ausgeschieden, trotzdem sanken die Osteorporoseparameter Pyridinolin und Desoxypiridinolin.

11.10.3 Aerobes Training ohne Laktatproduktion

Die aerobe Glykolyse mit anschliessender oxidativer Phosphorylierung liefert bei einer minimalen effektiven Säurebelastung fast unerschöpflich Energie. In einer eigenen Einzelbeobachtung wurde bei einem trainierten Läufer vor und unmittelbar nach einem 25-km-Lauf eine Säure-Basen-Analyse durchgeführt. Der pH-Wert im venösen Vollblut sank lediglich um 0,02 pH-Einheiten und der Plasmapuffer um 1 %. Der Intraerythrozytärpuffer sank um ca. 5 % als Zeichen der vermehrten Sauerstoffabgabe. Der Sportler hat also im aeroben Bereich trainiert.

Die oxidative Phosphorylierung ist auf eine ausreichende Zufuhr von Dihydrogenphosphat angewiesen, da nur dieses in die innere mitochondriale Matrix diffundieren kann, um Phosphatgruppen zur ATP-Synthese zu Verfügung zu stellen. Daneben müssen ausreichend Kohlenhydrate vorhanden sein, ein Extremsportler verbraucht davon bis zu 4 g/min. Nach zwei Stunden ist damit ein Großteil der Glykogenreserven verbraucht.

Deshalb macht es kaum Sinn, für eine aerobe sportliche Tätigkeit prophylaktisch zu entsäuern. Erstens fällt wenig Säure an und zweitens benötigt der Organismus ausreichend Protonen für die mitochondriale Energieproduktion. Hier sind eine kohlenhydratreiche Kost, um die muskuläre Glykogenreserven aufzufüllen sowie genügend Flüssigkeit die bessere Vorbereitung. Auch eine Supplementierung durch Bikarbonat bliebe ergebnislos, da die anfallende Kohlensäure nicht durch sich selbst neutralisiert werden kann.

11.10.4 Aerobes Training mit Laktatproduktion

Viel mehr als ein theoretisches aerobes Training ohne Laktatproduktion ist in der Praxis eine kombinierte Energiegewinnung die Regel. Aerob sind sportliche Aktivitäten von mindestens 15 – 20 Minuten und beanspruchen ca. 70 % der maximalen Herzfrequenz (220–Alter).

Laktat ist für die ruhende Muskulatur sowie bei mäßiger Beanspruchung sogar eine bevorzugte Energiequelle, denn Pyruvat aus Milchsäure entsteht wesentlich rascher als aus Glucose. Daneben ist der Laktatdehydrogenase-Weg viel kürzer und es steht dafür ausreichend NAD+ aus der Übertragung von H- auf das Elektronentransfersystem der Mitochondrien zur Verfügung. Voraussetzung für diese Reaktion ist ein ausreichendes Sauerstoffangebot, was eine gute Blutzirkulation erfordert. Diese sorgt zudem für ein homogenes Laktat-Angebot in der Muskulatur. Die muskuläre Laktat-Clearance ist auf diese Weise effizient an der Entsäuerung beteiligt und spielt somit indirekt eine entscheidende Rolle bei der Regulation des extrazellulären Säure-Basen-Haushalts [64](Miller et al. 2004).

Pyruvat + NADH + ausreichend Sauerstoff → aerobe Energiegewinnung.

Pyruvat + NADH - Sauerstoff → anaerobe Energiegewinnung + Laktat.

Laktat und NAD⁺ + Sauerstoff → Rückgewinnung von Pyruvat → aerobe Energiegewinnung.

Sind Muskulatur und die Leber nicht in der Lage, das produzierte Laktat ausreichend zu neutralisieren, tritt in der Regel eine vorübergehende Übersäuerung vor allem der beanspruchten Muskulatur auf. Klinisch macht sich das als Muskelerschöpfung, -kater und -krämpfe bemerkbar.

Je besser der Sportler gepuffert ist, umso mehr Laktat wird ohne Leistungseinbußen toleriert [65]. Die durch Natriumbikarbonat verursachte metabolische Alkalose erzeugt einen größeren pH-Gradienten zwischen der Muskulatur und dem Blut, dadurch wird eine übermäßige Ansäuerung der Muskulatur verlangsamt. Dadurch soll der optimale Betriebs-pH-Wert länger aufrechterhalten werden [65].

Diese Aussage ist jedoch fragwürdig, denn durch die Linksverschiebung der Sauerstoffdissoziationskurve durch die metabolische Alkalose wird die aerobe Energiegewinnung vielmehr behindert. Zudem ist der unmittelbare Puffer nicht das Bikarbonat, sondern das Phosphat. Dieses stellt daneben Phosphatgruppen in protonisierter Form den Mitochondrien für die oxidative Phosphorylierung zur Verfügung. Gleichzeitig werden die Nieren bei einer metabolischen Azidose vermehrt Phosphat für die Säureausscheidung verbrauchen. Hier gilt es, schon vor dem Training genügend basisches Hydrogenphosphat zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz zum Bikarbonat ist das Phosphat für die Muskeltätigkeit essenziell. Studien konnten bei Athleten pathologisch tiefe Phosphatwerte nach Ausdauertraining nachweisen [20]. Die meisten Athleten sollten somit normale Phosphatkonzentrationen im Blut aufweisen, denn diese gelten für eine sitzende Tätigkeit.

Weitere Ergebnisse konnten zeigen, dass im Gegensatz zum Bikarbonat die Gabe von Phosphaten sowohl beim kurzen intensiven Training wie auch beim Marathon die Leistung verbessern können [14; 93; 48]. Dieses Ergebnis überrascht nicht, denn Phosphat ist direkt oder indirekt an allen energieliefernden Prozessen beteiligt (z.B. ATP-Bildung, Kreatin-Phosphat, oxidative Phosphorylierung, Verwertung von Glykogen, Pufferung der gebildeten Milchsäure) [48; 66]. Nachteilige Effekte durch die Gabe von Phosphatsalzen konnten hingegen nicht nachgewiesen werden.

11.10.5 Basensupplemente im Sport

Im Bestreben, immer höhere Leistungen zu erbringen, werden häufig Basenmittel angepriesen. Hier soll nochmals der sinnvolle Einsatz zusammengefasst werden.

Natriumbikarbonat

Viele Sportsupplemente enthalten Natriumbikarbonat. Ein wesentlicher Nachteil im Sport konnte durch keine bisherigen Studien nachgewiesen werden. Sinnvoll erscheint Bikarbonat trotzdem jedoch nur für kurze und intensive Trainingseinheiten von 30 Sekunden bis 6 Minuten. Dieses entspricht einem 400 – 800 m-Lauf oder Bodybuilding mit hohem Volumen, geringem Gewicht und vielen Wiederholungen mit kurzen Intervallen. Bikarbonat nutzt also vor allem dort etws, wo kurzfristig reichlich Milchsäure entsteht und als Energielieferant dient.

Probleme bei seiner Gabe sind Nebenwirkungen wie Nausea, Aufstoßen oder Durchfall, die ca. 60 Minuten nach der Einnahme auftreten können. Trotzdem muss nicht auf Natriumbikarbonat verzichtet werden. Die Dosierung kann versuchsweise (nicht vor einem Wettkampf) in 20-Minuten-Intervalle aufgeteilt werden und zwar in einer zweistündigen Zeitspanne von drei bis einer Stunde vor dem Wettkampf. Die Trinkmenge ist bis zu 30 Minuten vor dem Wettkampf frei erlaubt.

Phosphat

Bei allen Sportarten ist für ausreichende Phosphatspiegel zu sorgen. Am besten geeignet ist Kaliumphosphat. Natriumphosphat kann zu Wasserretention führen und an Natrium mangelt es im Körper grundsätzlich meist nicht. Hingegen kann der Bestand an Kalium bei wiederholten Azidosen sinken. Von Kalziumphosphat ist keine Wirkung zu erwarten [10; 61], da diese Verbindung im Darm schlecht löslich ist und kaum resorbiert werden kann. Hingegen besteht bei einem lang dauernden Phosphatexzess die Gefahr, große Mengen Kalzium zu verlieren. Ansonsten sind Phosphate ausgezeichnet verträglich.

Flüssigkeitsersatz

Verstärktes Schwitzen und rasche Atmung können zu einem beachtlichen Flüssigkeitsverlust führen. Ausreichend Ersatz ist deshalb von grundlegender Bedeutung. Es stehen dafür drei verschiedene Ersatzpräparate zur Verfügung:

• isotone Präparate: Flüssigkeit mit Elektrolyten und bis 8 % Kohlenhydraten,
• hypotone Präparate: Flüssigkeit mit Elektrolyten und minimalem KH-Anteil,
• hypertone Präparate: Flüssigkeit mit > 8 % Kohlenhydraten.,

Schwitzen bedeutet einen Verlust an Flüssigkeit mit einer niedrigeren Osmolarität (geringerer Anteil an gelösten Teilchen pro Meßeinheit) als das Plasma. Es bildet sich eine hypertone Dehydratation mit einer assoziierten Kontraktionsalkalose. Die Alkalose kann durchaus erwünscht sein.

In der Regel werden isotone Getränke und nicht deren hypotone Variante im Leistungssport verwendet. Diese kommen bei Sportarten mit raschem Flüssigkeitsverlust ohne wesentlichem Energiekonsum zum Einsatz (z.B. Bodenturnen, Reiten). Hypertone Getränke werden nach dem Training zum Wiederaufbau der Glykogenreserven empfohlen.

Die Rolle von Wasser in Extremsituationen

Intrazelluläre und interstitielle Kompartimente haben unter normalen Bedingungen den gleichen osmotischen Druck. Flüssigkeitsverlust verursacht meistens auch Verschiebungen der Natrium- und/oder Kaliumkonzentrationen, dabei nimmt vor allem der Natriumbestand ab. Wird nur elektrolytarmes Wasser ersetzt, kann die Natriumkonzentration weiter sinken. Dadurch wird nicht nur eine Kontraktionsalkalose aufgehoben, sondern sogar eine Dilutionsazidose verursacht. Eine solche hypotone Hyperhydratation kann die Nervenleitung empfindlich beeinträchtigen. Die Symptome reichen von Herzrhythmusstörungen bis zum Koma. Wandert durch die Hypotonie des Plasmas zudem intravasales Wasser in das Interstitium, sinken das Blutvolumen und damit auch der Blutdruck bis hin zum Schock.

11.11 Alterung

Das Alter ist nicht automatisch gleichbedeutend mit Krankheit und Leiden, aber die Gesundheit darf immer weniger als selbstverständlich betrachtet werden. Nehmen in der Regel z.B. umweltmedizinische, medikamentöse oder nutriologische Belastungen im Alter zu, so sinkt gleichzeitig die physische Belastbarkeit kontinuierlich ab. Ähnliches gilt für den Säure-Basen-Haushalt. Die pH-Wert-Stabilität sinkt und Schwankungen erzeugen rascher klinische Symptome. Umso wichtiger sollte gerade im Alter seine Pflege sein.

Stoffwechselstörungen verursachen im Alter rascher Symptome

 

Eine geringere Belastbarkeit bedeutet bei alten Menschen, dass alle Kompensationsorgane ihre Leistungsfähigkeit zum Teil eingebüßt haben. In der Regel reichen diese jedoch noch aus, um die lebensnotwendigen Funktionen aufrecht zu erhalten. Kritisch wird es jedoch unter Umständen bei gesteigerten Anforderungen, z.B. bei einer Krankheit. Verschiedene Szenarien sind theoretisch möglich:

• Wird zur Bewältigung eines pathologischen Prozesses mehr Energie gefordert, kann das Sauerstoffangebot wegen einer Lungenveränderung übermäßig abfallen und die ATP-Gewinnung verlagert sich auf die anaerobe Glykolyse. Der Laktatabbau durch die Leber ist nicht in der Lage, die Milchsäureanflutung zu bewältigen, es kommt zur metabolischen Azidose. Durch die dadurch eingeleitete Hyperpnoe kann möglicherweise ein Teil des Sauerstoffdefizits ausgeglichen werden. Die Kompensation ist jedoch nie vollständig, genauso wie eine metabolische Azidose respiratorisch nie völlig korrigiert werden kann. Therapeutisch ist stets die Ursache anzugehen. In diesem Fall ist Vorsicht vor der Gabe von Basenpulvern geboten, da sie die Sauerstoffversorgung verschlechtern können.
• Ältere Menschen nehmen wegen ihrer zunehmenden Anzahl von Krankheiten durchschnittlich mehr Medikamente als jüngere Bevölkerungsschichten ein. Viele Arzneimittel können den Säure-Basen-Haushalt dann entweder in Richtung einer Azidose oder Alkalose verschieben. Wichtig ist es, bei allen Säure-Basen-Störungen an diese Möglichkeit zu denken. Häufig reicht dann ein Medikamentenwechsel aus, um das Problem zu beheben.
• Wegen eines gestörten Durstempfindens trinken Senioren vielfach zu wenig. Damit wird einerseits die Säureausscheidung durch die Nieren reduziert (prärenale Niereninsuffizienz), andererseits entwickelt sich eine hypertone Hypohydratation (Dehydrierung) mit einer Kontraktionsalkalose. Die Patienten müssen ausreichend Flüssigkeit zu sich nehmen. Die allgemeine Empfehlung beträgt 30 ml Wasser/kg (KG). Demnach müsste ein Patient mit 80 kg täglich 2,4 Liter Wasser zu sich nehmen.

Entscheidend für den Verlauf einer Säure-Basen-Belastung ist stets die Fähigkeit ihrer Abpufferung. Nach Frassetto und Sebastian [30] nimmt so das entscheidende Plasmabikarbonat vor allem ab 50 Jahren kontinuierlich ab.

Nach dieser Statistik müssten Senioren allgemein einen leicht sauren Blut-pH aufweisen. Die eigene Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass weder der durchschnittliche Anfangs-Vollblut-pH noch die Pufferkapazität in allen Altersklassen sich in dem Ausmaß verändert, wie in der Graphik angedeutet. Und im Gegenteil, der pH Wert zeigt einen Tendenz zum Anstieg mit dem Alter. Dies ist dadurch zu erklären, dass auf Grund der schwächelnden Mitochondrien weniger CO2 abgegeben und dadurch weniger Kohlensäure produziert wird. Weniger Kohlensäure bedeutet weniger Säure und basischeres Milieu.

Der Tod liegt in der Alkalinität.