Einleitung
Die Stoffwechselprozesse, die in unserem Körper ablaufen, führen zu ständigen Schwankungen des pH-Wertes in einer kontinuierlichen Abfolge von Zufuhr und Ausscheidung von „Säuren“ und „Basen“, die Veränderungen in der Konzentration des Wasserstoff-Ions (H+) mit sich bringen. Als Folge verändert sich der pH-Wert des Organismus, der diese Schwankungen überwinden und den physiologischen pH-Wert (pH 7.38-7.44) aufrechterhalten muss. Der Stoffwechsel von Kohlenhydraten und Fetten produziert 15‘000 mmol CO2 pro Tag (flüchtige bzw. respiratorische Azidose), während der Eiweißstoffwechsel zur Bildung von Schwefelsäure und Phosphorsäure führt (nichtflüchtige Azidose). Daher verfügt der Organismus zur Aufrechterhaltung der Säure-Basen-Homöostase über einige Mechanismen, die diese gewährleisten können:
Azidose
Die Azidose ist eine funktionelle Veränderung aufgrund eines Überschusses an Wasserstoffionen (H+) in den extrazellulären Flüssigkeiten mit einer daraus resultierenden Verringerung der Pufferreserve. Dies verändert alle Stoffwechselprozesse der Zellen, da es für ihr ordnungsgemäßes Funktionieren notwendig ist, ein perfektes Gleichgewicht und Verhältnis zwischen Produktion und Ausscheidung von sauren und basischen Substanzen aufrechtzuerhalten. Die Hauptorgane, die für diese Aufgabe zuständig sind, sind die Niere und die Lunge. Eine respiratorische Azidose liegt vor, wenn es zu einem Anstieg der Kohlensäure im Blut kommt, als Folge einer verminderten Ausscheidung von Kohlendioxid durch die Lunge aufgrund einer reduzierten Ventilation; eine nichtflüchtige Azidose liegt vor, wenn es zu einer erhöhten Produktion von sauren Substanzen durch den Körper kommt, die in die extrazelluläre Umgebung abgegeben werden (Kataboliten – siehe ECW, ECMatrix - BIA-ACC).
Respiratorische bzw. flüchtige Azidose
Die zelluläre Stoffwechselaktivität führt zur Bildung von Kohlendioxid (CO2), das sich aus den Zellen in die Zwischenräume und von dort in den Blutkreislauf ausbreitet.
| CO2 + H2O | ⇔ | H2CO3 | ⇔ | H+ + HCO3- |
| Lunge | Niere |
Kohlendioxid gelangt in die roten Blutkörperchen und durch die Kohlensäureanhydrase wird H2CO3 gebildet, das wiederum in Wasserstoffionen (H+) und Bicarbonat-Ionen (HCO3-) gespalten wird. Dissoziierte Wasserstoffionen werden durch Hämoglobin gepuffert und Bicarbonate werden ins Plasma transportiert. In der Lunge wiederholt sich der ganze Vorgang in umgekehrter Reihenfolge, so dass Kohlendioxid wiederum gebildet und an die Alveolarluft abgegeben wird. Die flüchtige Azidose ist auf eine gestörte Lungenventilation zurückzuführen, die durch folgende Faktoren verursacht werden kann: eingeschränkte Lungenexpansion (sitzende Lebensweise, geringe aerobe Aktivität und HIIT, unzureichende Atemtechnik, Übergewicht und Adipositas), Obstruktion der Atemwege (obstruktive Lungenerkrankung), Gasaustauschstörungen (Lungenentzündung, Lungenödem), Hemmung des Atemzentrums (Opiate, Barbiturate, Anästhetika), neuromuskuläre Erkrankungen (z. B. Multiple Sklerose), neurovegetative Dysautonomie (Veränderungen bzw. Störungen des autonomen Nervensystems - PPG Stress Flow).
Nichtflüchtige Azidose
Nichtflüchtige (bzw. fixe) Säuren sind Substanzen, die in kleinen Mengen durch den Katabolismus von Aminosäuren entstehen; einmal produziert, bleiben sie in Lösung, bis sie über die Nieren ausgeschieden werden. Die wichtigsten sind die Schwefelsäure (H2SO4), die aus der Oxidation des in schwefelhaltigen Aminosäuren (Methionin und Cystein) enthaltenen Schwefels stammt, und die Phosphorsäure (H3PO4), die aus der Hydrolyse der mit der Nahrung zugeführten Salze und Phosphate stammt. Bei der nichtflüchtigen Azidose handelt es sich um eine erhöhte Produktion fixer Säuren aufgrund von Stoffwechselabweichungen: intensive körperliche Betätigung, Lipoperoxidationsphänomene, längeres Fasten, Ernährung mit hauptsächlich „sauren“ Lebensmitteln wie Proteinen und Kohlenhydraten (Nahrung mit positivem PRAL-Wert), Fieber, Alkoholismus, Diabetes, Ketose, Schock (siehe auch Psychophysischer Stress, freie Radikale und Antioxidantien).
Gemischte Azidose
Die Änderung des pH-Wertes beeinflusst den Anteil flüchtiger und nichtflüchtiger Säuren.
Puffersysteme
Die Zugabe von sauren oder basischen Substanzen, auch in kleinen Dosen, zu einer Lösung verursacht eine sehr starke Veränderung des pH-Wertes. Findet diese Zugabe jedoch in einer Lösung mit einem Puffersystem statt, ist die pH-Änderung minimal. Das liegt daran, dass Puffersysteme Verbindungen sind, die die pH-Änderungen durch Zugabe kleiner Mengen starker Säuren oder Basen in sehr engen Bereichen begrenzen können. Zum Beispiel bewirkt die Zugabe von 0,01 Mol Salzsäure (ein Bruchteil eines Gramms) zu einem Liter Wasser eine Änderung des pH-Wertes von 7 auf 2, während die Zugabe der gleichen Menge Säure zu einem Liter Pufferlösung eine fast vernachlässigbare Änderung des pH-Wertes bewirkt.
Die nichtflüchtige Azidose ist auf das Vorhandensein von Säureabbauprodukten zurückzuführen, die dissoziieren und Wasserstoffionen in die Körperflüssigkeiten abgeben. Diese Ionen werden von den folgenden Puffersystemen aufgefangen:
– Bicarbonat/Kohlensäure-System
Diese Art von Puffer setzt bei vorhandenen Schwefelsäuren Wasserstoffionen frei und führt zur Bildung von Wasser, Kohlendioxid und nichtflüchtigem Säuresalz entsprechend der folgenden Reaktion:
| H2SO4 + 2NaHCO3 | → | Na2SO4 + 2H2O + CO2 |
| Schwefelsäure | Natriumsulfat |
Dieses System ermöglicht die Aufrechterhaltung physiologischer pH-Werte, indem es den Kohlendioxiddruck durch die Lungenventilation, die Ausscheidung von Wasserstoffionen und die Rückresorption von Bicarbonat-Ionen in der Niere reguliert.
– Phosphat-System
| 2Na2HPO4 + H2CO3 | → | 2NaH2PO4 + 2NaHCO3 |
| Mononatriumphosphat | Dinatriumphosphat |
Im Phosphatpuffersystem bindet das Monophosphat-Ion das Wasserstoff-Ion, wenn es mit diesem in der extrazellulären Umgebung in Kontakt kommt, und wandelt sich in ein Diphosphat-Ion um, wodurch die Änderung des pH-Wertes minimiert wird.
Lösungen, um einer Azidose entgegenzuwirken
Wie bereits erwähnt, steuern die Atmungs- und Nierenfunktion des Körpers und die Puffersysteme in ihrem Zusammenspiel den pH-Wert der Körperflüssigkeiten mit höchster Präzision. Wenn die Puffer gesättigt oder verändert sind bzw. eine Atemwegs- oder Nierenschädigung vorliegt, überschreitet der pH-Wert diese Grenzen, was zum Auftreten von Azidose-Symptomen führt. Vorübergehende pH-Schwankungen sind üblich und werden in den meisten Fällen schnell wieder ausgeglichen. Wenn aber die der Störung zugrunde liegende Situation anhält, kann der pH-Wert verändert bleiben. Es gibt viele Ursachen, die zu einem Ungleichgewicht im Säure-Basen-System führen: Die schwerwiegendsten sind Krankheitszustände wie einige ZNS-Störungen, die Atem- und Kreislaufreflexe betreffen. Es gibt aber auch andere, die zum täglichen Leben gehören und uns diesem Zustand aussetzen können, wie z. B. Stress und Alkohol, intensiver Sport, Rauchen, sitzende Lebensweise, unzureichende Flüssigkeitszufuhr, längere Einnahme von Medikamenten, ein Übermaß an säurebildenden Lebensmitteln wie Fleisch, Käse, Wurstwaren oder eine unzureichende Zufuhr von basenbildenden Lebensmitteln (Obst, Gemüse) siehe Tabelle PRAL - Potential Renal Acid Load.
Eine der ersten Lösungen im Falle einer leichten Azidose ist eine richtige Ernährung, die ausreichende Mengen an Obst und Gemüse (basische Lebensmittel) beinhaltet. In den letzten Jahren wurde ein positiver Zusammenhang zwischen einem hohen Verzehr von Obst und Gemüse und verschiedenen Knochengesundheitsparametern nachgewiesen: Mehrere Krankheiten können durch die Basizität des Körpers verhindert bzw. ihr Fortschreiten aufgehalten werden. Man spricht von Obst- und Gemüseaufnahme, weil diese Lebensmittelgruppen bei der Verdauung zu Kohlensäure oxidiert werden und daraus Carbonate (z. B. Natriumcarbonat) (siehe Tabelle Glykämische Last - maximaler PRAL-Wert), d.h. Pufferelemente entstehen – im Gegensatz zu Proteinen und Kohlenhydraten, die zur Bildung von sauren Substanzen führen. Die heutige Ernährung ist jedoch reich an Kohlenhydraten und Natrium und arm an Obst und Gemüse, Ballaststoffen, Magnesium und Kalium und enthält außerdem übermäßige Mengen an tierischen Produkten. Dies führt zur Produktion von nicht metabolisierbaren Anionen, deren Ausmaß mit dem Alter aufgrund der physiologischen Abnahme der Nierenfunktion progressiv zunimmt. Daher ist eine Supplementierung mit Puffersubstanzen sinnvoll. Die Wichtigkeit, einem Übersäuerungszustand entgegenzuwirken, liegt in der Reihe von Störungen, die dieser verursachen kann: chronische Müdigkeit, Schlafstörungen, Gelenkschmerzen, erhöhte Allergieanfälligkeit, häufige Entzündungen. Aber das vielleicht interessanteste Thema in Bezug auf den Säure-Basen-Haushalt ist Osteoporose: Das Knochengewebe spielt eine wesentliche Rolle beim Ausgleich des Körper-pH-Wertes und ist an sich ein Puffersystem gegen Azidose. Azidosezustände sind mit Knochendemineralisation (reduzierter Bbuffer, T-Score - BIA-ACC), Hyperkalziurie und negativer Calciumbilanz verbunden. Wenn im Körper genügend Basen vorhanden sind, um die Produktion von sauren Stoffwechselabfällen abzupuffern, funktioniert alles einwandfrei, aber wenn dies nicht der Fall ist, muss der Körper auf seine Reserven zurückgreifen, die normalerweise andere Funktionen haben. Dies ist z. B. bei Phosphaten und Carbonaten in den Knochen der Fall, die eine strukturelle Funktion haben. Der Rückgriff auf diese Quelle führt zu einer Entkalkung, die wiederum offensichtlich zu einer erhöhten Knochenbrüchigkeit und Hyperkalzämie führen kann. Aus therapeutischer Sicht ist daher zur Bewältigung einer solchen Situation eine entsprechende Supplementierung mit Phosphat- und Bicarbonat-Puffersystemen unerlässlich: Die Wiederherstellung des pH-Wertes hat strategisch Vorrang gegenüber der Wiederauffüllung von Calcium, da dieses aufgrund der fortschreitenden Demineralisierung der Knochen bereits überhöhte Plasmakonzentrationen aufweisen kann.
Vorteile der Puffersysteme
Die Wirksamkeit beim Einsatz von Puffersubstanzen ist durch die wissenschaftliche Literatur nachgewiesen, die die Vorteile solcher Substanzen in verschiedenen Bereichen, vom Sport bis zu Krankheiten wie Krebs, untersucht hat.
Sport: Die Einnahme von Natriumbicarbonat hat sich als vorteilhaft erwiesen, vor allem im Hinblick auf eine verbesserte Leistung, insbesondere bei Sportarten mit kurzer Dauer und hoher Arbeitsintensität (Boxen, Schwimmen). Die Vorteile zeigen sich sowohl bei akuter Einnahme (eine halbe Stunde vor der Aktivität) als auch bei kontinuierlicher Einnahme (bessere Ergebnisse als bei akuter Einnahme).
Magen-Darm-System: Carbonate (auch als Antazida bekannt) wurden bei Störungen wie nicht-ulzeröser Dyspepsie, leichten Episoden von Sodbrennen (gastroösophageale, Refluxkrankheit), Stressgastritis und gastroösophagealem Reflux, Zwölffingerdarm- und Magengeschwüren eingesetzt. Ihre Wirkung auf den Magen beruht auf der teilweisen Neutralisierung der Salzsäure im Magen und der Hemmung des proteolytischen Enzyms, Pepsin.
Onkologie: Die Mikroumgebung des Tumors (extrazellulärer Raum) ist aufgrund der überregulierten Glykolyse und der reduzierten Blutperfusion eine saure Zone. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass die extrazelluläre Azidität die Invasivität und Metastasierungsfähigkeit von Tumorzellen erhöht; außerdem macht die Azidität diese Zellen relativ resistent gegen Chemotherapeutika und kann die Immunabstoßung verhindern. Studien haben gezeigt, dass eine Erhöhung des extrazellulären pH-Wertes die therapeutische Wirksamkeit in Verbindung mit einer Verringerung des metastatischen Prozesses und einer verbesserten Reaktion auf einige zytotoxische Wirkstoffe verbessern kann.
Degenerative Skeletterkrankungen: Die orale Verabreichung von Kaliumbicarbonat in einer Dosis, die ausreicht, um die endogene Säure zu neutralisieren, verbessert den Calcium- und Phosphorhaushalt, reduziert die Knochenresorption, erhöht die Knochenbildungsrate und steigert den Calciumgehalt des Knochens (Bedeutung sowohl bei der Vorbeugung als auch bei der Behandlung von Osteoporose). Zur Bestätigung der positiven Wirkung von Bicarbonaten haben mehrere Studien eine Verringerung der Knochenresorption nach der Einführung von Bicarbonat (bzw. nach einer Diät mit hochnegativem PRAL-Wert) gezeigt: Die orale Verabreichung von Kaliumbicarbonat verbessert die Calcium- und Phosphorbilanz, reduziert die Knochenresorption und erhöht die Knochenbildungsrate, während die Einnahme von Natriumbicarbonat den Urin alkalisiert und die erhöhte Calciumausscheidung im Urin, die unter Azidose auftritt, verringert, was zu einer positiven Netto-Calciumbilanz führt: Puffersysteme auf Mineralbasis und auf Proteinbasis.
Autor: Dario Boschiero - Datum: 07/01/2021
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Literaturverzeichnis
