Sonntag, 24. April 2016

Mikrozirkulation - Blutgase

Blutgase – Mengen – Transport


In Flüssigkeiten kann Gas als Gasmoleküle gelöst werden – ohne chemische Bindung einzugehen. Es werden sozusagen die Flüssigkeitsmoleküle damit durchmischt. Das Blut (Plasma), die Zwischenzellräume, die Zellen im Inneren haben als Flüssigkeit, in der alles „schwimmt“, das Wasser. Es schwimmen die Blutzellen im Wasser des Blutes, die darin gelösten Salze, Aminosäuren, Kohlenhydrate, Eiweiße, auch mit angelagerten Fetten usw. - und die Blutgase. Die Blutzellen nehmen etwa 40 % des Volumens des Gesamtblutvolumens ein (man nennt das den Hämatokrit) ein, der Rest des Blutvolumens ist das Plasma, in dem die Blutgase gelöst sind.

Wasser kann nur eine bestimmte (kleine) Menge an Gasen in sich gelöst halten. Umgekehrt kann in der Luft nur ein kleiner Teil an Wasserteilchen eingemischt sein (Luftfeuchtigkeit). Abhängig ist das zum einen von der jeweiligen Temperatur des Wassers/ der Luft und zum anderen vom Druck, der jeweils darauf wirkt.

Man kann sich das so vorstellen, dass sich alles mit allem durchmischen möchte (treibende Kraft der Diffusion) und dabei alles irgendwie in Bewegung ist. Gasteilchen wollen sich zwischen Wasserteilchen gleichmäßig verteilen, Wasser zwischen Gasteilchen (Luft). Wasserteilchen haben einen engen Bezug zueinander, sie tauschen sich untereinander ständig aus und suchen immer neue Verbindung untereinander. Darum ist das Wasser so „fest“. Dazwischen haben die Gasteilchen kaum Platz, werden immer wieder herausgedrängt. In der Luft neigen die Wasserteilchen dazu, sich aneinander zu heften und dann als Tropfen herabzufallen. So kann nur wenig Gas im Wasser gelöst sein und die Luft nur wenig Wasserteilchen aufnehmen.

Je mehr die Teilchen in Bewegung sind, um so schneller sind Gasteilchen aus dem Wasser gedrängt und Wasserteilchen zu Tropfen in der Luft verbunden. Wärme macht Bewegung – Bewegung macht Wärme. Je wärmer das Wasser ist, um so leichter werden die Gasteilchen herausgedrängt, um so weniger können sich im Durchschnitt im Wasser halten. Warmes Wasser enthält weniger Gas als kaltes. In der Luft: Wenn die Luft wärmer ist, bewegen sich die Wasserteilchen schneller und können nicht so gut als Tropfen aneinander fest hängen. Wärme Luft kann mehr Wasser aufnehmen, als kalte.

Im Körper wird die Blut(Wasser)temperatur um die 37° gehalten. Steigt die Temperatur, z.B. bei Fieber, wird über die Lungen leichter Gas (CO2) abgegeben (weil es nicht so gut im Blut gehalten werden kann), aber im Gegenzug Gas (O2) schlechter aufgenommen. Das ist nicht schlimm, denn bei der Fieberbildung wird der Stoffwechsel zur Wärmeproduktion hoch gefahren, es entsteht mehr CO2, welches – bei den Erythemen wurde das angesprochen -, der gefährlichere Faktor ist, als O2 Mangel. Man ist rasch vergiftet, aber der Organismus weiß sich bei Mangel lange zu helfen!

Sinkt die Temperatur, so kann mehr CO2 im Blut gelöst werden (und aus der Zelle genommen) und hemmt erst später durch Stau den Zitronensäurezyklus. Darum ist z.B. die Überlebensdauer des Gehirns bei Unterkühlten, die in Eiswasser ertrinken, und damit die Zeit bis zum Zelltod größer, als bei warmen Körpern. So kann noch nach 10 Minuten, in manchen Fälle noch später eine dann erst begonnene Reanimation noch gute Erfolge haben.

Eine gut gekühlte Flasche Sprudelwasser bleibt länger „sprudelig“, als eine warme.

Dann spielt der Druck eine Rolle, der auf der Flüssigkeit lastet. Sprudelwasserflasche: Ist diese geschlossen, perlt sie nicht. Der hohe Druck im kleinen Luftraum über dem Wasser (ausgetretenes CO2 Gas) hindert weiteres CO2 Gas daran, aus dem Wasser auszutreten und hindert die Kohlensäure am Zerfall zu Wasser und Kohlendioxid. Lässt man den Druck durch Öffnen der Flasche ab, dann beginnt es im Wasser zu perlen und CO2 Gasteilchen steigen heraus. Je höher der Druck, der auf die Flüssigkeit wirkt, umso mehr Gasteilchen können in dieser gelöst gehalten werden.

Beispiel Taucher: Diese werden durch das Gewicht des umgebenden Wasser unter Druck gesetzt, Druck der im Körper auch auf die Blutgefäße, das Blut wirkt. Sein Atemgas aus der Druckflasche tritt ins Blut über (so wie es beim Atmen immer geschieht). Doch nun kann durch den hohen Umgebungsdruck viel mehr Gas gelöst werden. Je nach Tauchtiefe – Wasserdruck. Es braucht Zeit, bis sich dieses Gas im Blut über die Lungen an die Umgebungsbedingungen wieder anpassen konnte. Taucht der Taucher zu schnell auf, reicht die Zeit nicht und das gelöste Gas, die einzeln schwimmenden Gasmoleküle lagern sich zu Blasen zusammen, das Blut schäumt regelrecht auf, die Mikrozirkulation wird gestört, Thrombosegefahr. Nottherapie: In einer Druckkammer wieder Verhältnisse wie in der Tiefe herstellen – Gasbläschen können sich auflösen, Gasmoleküle mischen sich wieder unter das Wasser des Blutes – dann langsam den Druck mindern, wie beim angemessen langsamen Auftauchen – und (hoffentlich) gerettet.

Im Gebirge ist das umgekehrt: Dort ist der Druck der Luft (das Gewicht, das auch dem Menschen lastet) geringer, als in der Tiefebene. Somit kann weniger Gas im Blut gelöst werden. Erste Anpassung: Damit das anfallende CO2 schnell genug über die Lungen abgegeben werden kann – Zunahme der Atmung (schnell das Gefühl, außer Atem zu sein) und rascherer Blutumlauf (pro Minute mehr Blut aber mit weniger Gas durch die Lungen fließen lassen) – Neigung zu Herzrasen.

Anpassung über Tage und Wochen: Vermehrung der Zahl der roten Blutkörperchen, damit diese mehr CO2 Gas in Bikarbonatsalz verwandeln können und an ihrem Hämoglobin auch mehr CO2 gebunden „speichern“ können (dazu unten). Anstieg des Hämatokrit bei Höhenaufenthalten/ durch Höhentraining bei Leistungssportlern. Allerdings: Verschlechterung der Mikrozirkulation, weil sich dann mehr rote Blutkörperchen in den kleinen Kapillaren „verklemmen“ können (Gerinselgefahr). Das Herz muss auch mit mehr Kraft das Blut dann dorthin pressen. Hoher Hämatokrit belastet so auf Dauer das Herz – und ist bei so manchen Leistungssportler ein zusätzlicher Grund, warum sich das linke Herz vergrößern muss.


Gasmenge pro Flüssigkeitsmenge begrenzt

In eine bestimmte Menge Flüssigkeit passt unter den jeweiligen Bedingungen nur eine maximale Menge an Gasteilchen. Die absolut lösbare Menge an Gasteilchen ist so von den Bedingungen abhängig. Als Messwert nimmt man dann die relative Menge: Wieviel kann bei den jeweiligen Bedingungen in eine bestimmte Menge Wasser passen. Ist diese Menge erreicht, hat man 100% Sättigung erreicht. Mehr kann dann nicht mehr gelöst werden und bildet dann Gasbläschen – Sektperlen, wenn man die Bedingung des Flaschendruckes durch Entkorken verringert hat.

Es ist egal, um was für Gas es sich handelt. Die maximal lösliche Menge ist die Summer aller Gasmoleküle. Auch bei Gasgemischen, so wie es unsere Umgebungsluft ist (ca.: 79 % Stickstoff (N2), 21 % Sauerstoff (O2) und 0,5 % Kohlendioxid (CO2). Wasser wird mit den darin gelösten Gasen sich der umgebenden Luft anpassen und auch im Wasser stellen sich diese Verhältnisse in etwa ein. Für das Blut ist zu beachten, dass eine Reihe von aktiv gesteuerten Vorgängen in der Lunge auf die Gasverhältnisse im Blut gegenüber der Atemluft noch Einfluss nehmen.

Doch auch im Blut gilt: Die Gesamtzahl der lösbaren Gasteilchen kann nicht überschritten werden. Wenn von einem Gas mehr da ist, dann muss von anderen Gasen weniger drin sein.




 
Es muss also erst ein Gasteilchen raus, damit ein anderes hinein kann, egal welcher Art.

Wenn wir der Atemluft Sauerstoffgas zugeben, so verdrängt dieser in einem Kubikmeter Luft andere Gase, vor allem Stickstoff. Sauerstoff angereicherte Luft enthält also weniger Stickstoff. Wenn wir diese atmen, da passt sich die Zusammensetzung der Blutgase (Teilvolumen, Partialdruck) entsprechend an: Zugunsten des Sauerstoffs, der mehr aufgenommen wird, wird mehr Stickstoff abgeatmet. Vorausschau auf spätere Texte: mehr Sauerstoffgas im Blut lässt Arteriolen mehr Spannung aufbauen, enger werden, mehr Stickstoff lässt diese eher weiter, schlaffer werden – Einsatz von Stickstoffverbindungen (Nitrite, Nitrate) zur Blutdrucksenkung durch Verringerung des Gefäßwiderstandes.

Wenn Im Gewebe durch den Stoffwechsel Sauerstoff verbraucht wird, wird an dessen Stelle CO2 gelöst. Und Sauerstoff aus den Erythrozyten kann nur ins Blut abgegeben werden, wenn zuvor CO2 dorthin (Ery) aufgenommen wurde.

Nun gelangt der abgegebene Sauerstoff nicht sofort zu den Zellen. Er hat einen langen Weg zurückzulegen. Gleiches gilt für das aus den Zellen abgegebene Kohlendioxid,es hat einen weiten Weg zum Ery. Doch kein Problem: Im Wasser der Zwischenzellräume, im Wasser des Zellinneren, ist ja noch vorher hineingegebenes Gas (O2 oder CO2) vorhanden und noch auf dem Weg zum Ziel. Es muss nur am jeweiligen Austauschort ein Gasteilchen des Gases wegwandern, was weg soll, dann kann das, was man braucht, nachrücken.




 
Wohin geht dann das viele CO2, was nach und nach zu den Erys „geschwommen“ ist? Die wichtige Startreaktion im Ery, die Carboanhydrasereaktion wurde bei den Erytexten angesprochen – deren Endergebnis: Natriumbicarbonat-Salz (aus dem Ery gepumpt) und Salzsäure (am Hämoglobin angelagert).

Die Säure verändert die räumliche Struktur des Hämoglobinmoleküls. Es kann in Säure schlechter Sauerstoff binden (geringere Sauerstoffaffinität), jetzt weiß der Sauerstoff, wo er gebraucht wird und verlässt als gelöstes Gasmolekül den Ery. Das veränderte Hämoglobinmolekül kann nun CO2 an sich binden – Sauerstoff wird durch CO2 ersetzt. Aber außerhalb des Ery musste zunächst CO2 weg, sonnst passt kein Sauerstoffgasteilchen ins Wasser des Blutes.



 Schema: rotes Blutkörperchen im seitlichen Querschnitt. Roter Kreis: Schnitt durch Hämoglobinring.


Weg kann es, wenn es über die (instabile) Kohlensäure über die Carboanhydrasereaktion in Salz verwandelt wird – und dann in Folge Sauerstoff an Hämoglobin Platz für CO2 macht.

Wenn in den Kapillaren aus dem Gewebe vermehrt Stoffwechselsäuren (anaerober Stoffwechsel) ins Blut umd die Erys herum gelangen, dann reagieren diese mit dem aus dem Ery gepumpten Natrium-Bicarbonat, es entsteht wieder Kochsalz und Kohlensäure, welche dann zu CO2 und H2O zerfällt. Das Kohlendioxid wird nicht weniger, es kommt quasi zurück. Als Folge muss wieder die Carboanhydraserektion ablaufen, noch mehr Salzsäure entsteht, die am Hämoglobin durch Anlagerung dessen Sauerstoffbindefähigkeit weiter herabsetzt und die Menge, die an CO2 gebunden werden kann, erhöht. Das Hämoglobin bindet so immer mehr Säure zur Entlastung des Blutes (Hämoglobinpuffer wird der Vorgang genannt), immer mehr CO2 hängt am Hämoglobin, bis schließlich diese Menge über die Lunge nicht mehr entfernt werden kann, bzw. der Sauerstoff dort nicht mehr gut an des veränderte Hämoglobin gebunden werden kann.

Die Niere kann ihr CO2 nicht mehr (anhaltend vermindert) ans Blut abgeben, sie muss es mehr in Natrium-Bicarbonat verwandeln - „aus Ärger über die Mehrarbeit, beschwert sie sich beim Knochenmark“ und fordert neuen Erys an). Hilfseffekt: Das nun von der Niere in Blut gegebene Natrium-Bicarbonat kann zusätzlich zum von den Erys in den Kapillaren abgegeben Bicarbonat die „Überschusssäuren“ neutralisieren. Der Kreislauf des Bicarbonates in den Erys ist unterbrochen. Es zerfällt nicht gleich wieder im Blut zu Kohlendioxid zurück.


 
Vielleicht hat es der Leser bemerkt: Die Menge des im Blut vorhandenen Natriums nimmt zu, ob als Natrium-Bicarbonat oder als Kochsalz. Vielleicht ist das Natrium gar nicht Schuld am hohen Blutdruck? Vielleicht ist die „Gewebsübersäuerung“ mit der Folgen für die Mikrozirkulation Grund dafür, dass das Herz einfach mehr Druck aufbauen muss, um CO2 entsorgen zu lassen? Nimmt nicht auch das Gaslösungsvermögen im Blut zu, wenn es mit höherem Druck in den Gefäßen eingeschlossen ist? Vielleicht ist das ein Grund für den „essentiellen“ Bluthochdruck, dessen Ursache man nicht kennt? Vielleicht einfach noch nicht dahin geschaut?



Copyright (Text und Bilder) K-U. Pagel 04 2016

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