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pH-Wert im Blut » Was sagt der Blutwert aus?

Einer der Parameter, die man bei einer Blutgasanalyse (BGA) misst, ist der pH-Wert des Blutes. Er ist wichtig für alle Körperfunktionen, weil die meisten Stoffwechselvorgänge nur innerhalb eines eng umgrenzten pH-Bereiches funktionieren.

Wir erklären Ihnen, was es mit sauer und basisch beim pH-Wert im Blut auf sich hat, wie es zu Abweichungen kommt und welche Folgen damit verbunden sind.

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ph-Blutwerte

pH-Wert im Blut: Was bedeutet pH-Wert überhaupt?

Der pH-Wert ist eine physikalische Größe, die den Gehalt an Protonen (H+) widerspiegelt. Die Abkürzung steht für pondus hydrogenii (lateinisch für Gewicht des Wasserstoffs). Rechnerisch handelt es sich dabei um den

negativen dekadischen Logarithmus der in Mol pro Liter angegebenen Protoniumionenkonzentration: pH = log10c(H+)

– ein Mantra, das viele noch aus dem Chemieunterricht kennen. Analog dazu gibt es eine Berechnung der Konzentration des Gegenspielers, der Hydroxidionen OH, den pOH, den man allerdings in der klinischen Chemie nie verwendet. Hier verwendet man immer nur den pH-Wert, auch im Blut.

Der pH-Wert ist dimensionslos und liegt zwischen 0 und 14. Null bedeutet, dass ein Maximum an Wasserstoffionen vorliegt, bei pH 14 hingegen ein Maximum an Hydroxidionen. Alles zwischen pH 0 und 7 bezeichnet man als sauer, alles zwischen pH 7 und 14 als basisch. Reines Wasser liegt mit seinem pH-Wert dazwischen, nämlich bei 7,0. Hier spricht man von einem neutralen pH-Wert.

Wichtig für die Betrachtung des pH-Wertes ist die Feststellung, dass ein Unterschied von 1 im pH-Wert einen zehnfach geringeren beziehungsweise höheren Gehalt an Wasserstoffionen bedeutet. Das ist eine Folge der Berechnung mit dem Zehner-Logarithmus.

pH-Wert im Blut – Das Wichtigste auf einen Blick!

  1. Der pH-Wert sagt aus, wie viele Wasserstoffionen in einer Lösung vorliegen. Sind es viele, bezeichnet man die Lösung als sauer, sind es wenige als basisch. Gleiches gilt auch für das Blut.
  2. Für den pH-Wert im Blut gilt ein Referenzbereich von 7,36-7,42. Die Einhaltung dieses engen Bereiches ist wichtig für zahlreiche Stoffwechselvorgänge wie beispielsweise die Aktivität von Enzymen.
  3. Der pH-Wert wird im Blut aus Arterien bestimmt, nicht aus der Armvene wie bei vielen anderen Blutwerten.
  4. Für die Diagnostik sind weitere Faktoren der Blutgasanalyse wichtig, nämlich Sauerstoffpartialdruck, Kohlendioxidpartialdruck, Sauerstoffsättigung, Bicarbonat und Basenüberschuss.
  5. Einen zu hohen pH-Wert im Blut bezeichnet man als Alkalose, einen zu niedrigen als Azidose. Beide können auf eine gestörte Atmung oder einen gestörten Stoffwechsel zurückzuführen sein (respiratorische/metabolische Alkalose/Azidose).

pH-Wert im Blut: Säuren und Basen

Die Konzentrationen der Wasserstoffionen und der Hydroxidionen sind wichtige Maße für die Stärke von Säuren und Basen.

Säuren sind Substanzen, die in Hydroxidionen und einen Säurerest zerfallen, wie etwa Salzsäure HCl in H+ und Chlorid-Anionen Cl. Salzsäure ist eine starke Säure, das heißt sie liegt überwiegend in dieser dissozierten Form mit Kation und Anion vor. Dagegen ist beispielsweise Kohlensäure H2CO3 eine schwache Säure, die vorwiegend „am Stück“ undissoziert in einer Lösung vorliegt und nur wenig in Wasserstoffionen und Carbonationen zerfällt.

Basen sind durch die Bildung von Hydroxidionen OH gekennzeichnet. Dementsprechend zerfällt eine starke Base wie Natronlauge NaOH sehr stark in den Basenrest Na+ und OH.

Säuren und Basen bilden zusammen Salze, wie etwa Salzsäure HCl und Natronlauge NaOH zusammen das Natriumchlorid oder Kochsalz NaCl. Sie bestehen aus dem Anion oder Säurerest und dem Kation oder Basenrest. Wasserstoffionen und Hydroxidionen werden dagegen zu Wasser H2O.

Daher gibt der pH-Wert im Blut einen Hinweis auf das Säure-Basen-Verhältnis und den Elektrolythaushalt des Körpers.

Normwerte und Referenzbereich für den pH-Wert im Blut

Der Körper reguliert den pH-Wert im Blut innerhalb sehr enger Grenzen. Die Normwerte liegen im neutralen bis leicht alkalischen Bereich. Eine Reihe von Puffersubstanzen im Blut sorgt dafür, dass hinzukommende Wasserstoffionen oder Hydroxidionen nicht sofort zu Änderungen im pH-Wert im Blut führen. Puffer sind Stoffe, in deren Lösung sich der pH-Wert nach Zugabe von Säuren oder Basen nicht so stark ändert wie in ungepufferten Systemen. Eines der wichtigsten Puffersysteme ist der Carbonatpuffer aus Hydrogencarbonat und Kohlensäure. In ähnlicher Weise sind verschiedene Bluteiweiße und weitere Salze daran beteiligt, den pH-Wert im Blut stabil zu halten.

Referenzbereich pH-Wert im Blut: 7,36 – 7,42

Einen niedrigeren pH-Wert im Blut bezeichnet man medizinisch als Azidose (Ansäuerung), einen höheren als Alkalose (Alkalisierung).

Warum ist der pH-Wert im Blut so wichtig?

Dieser enge pH-Bereich gilt nicht nur für das Blutserum, sondern auch für die Lymphe und Extrazellularflüssigkeit außerhalb der Zellen sowie das Zellinnere selbst. Wesentlich saurer oder basischer sind nur Substanzen, die nach außen hin ausgeschieden werden. Das gilt für die Magensäure mit pH-Werten zwischen 1 und 2 oder den Verdauungssaft der Bauchspeicheldrüse mit etwa 8. Auch die Sekrete der Hautdrüsen sorgen für einen leicht sauren pH der Hautoberfläche und verhindern so den Bewuchs mit schädlichen Bakterien.

Der Grund für den engen pH-Bereich in Blut und Extrazellularflüssigkeit ist vor allem die Funktionsfähigkeit der Enzyme. Diese Eiweißstoffe fungieren als Biokatalysatoren, die biochemische Reaktionen unter Körperbedingungen ermöglichen, wie sie sonst von selbst niemals oder nur sehr langsam ablaufen würden. Optimal arbeiten können die meisten dieser Enzyme nur innerhalb eines engen Temperatur- und pH-Bereiches. Unter den physiologischen Standardbedingungen Temperatur gleich 37 °C und pH-Wert zwischen 7,36 und 7,42 funktionieren sie optimal, je nach Enzym schon bei geringen Abweichungen deutlich schlechter.

Stärkere Abweichungen beim pH-Wert im Blut würden zudem dazu führen, dass außer Enzymen viele andere Eiweiße ihre korrekte dreidimensionale Struktur verlieren und nicht mehr richtig ihrer Funktion nachkommen könnten. Eine solche Denaturierung von Proteinen findet etwa im Magen statt, wo Nahrungseiweiße mit der extrem sauren Magensäure in Kontakt kommen. Außerdem führen veränderte pH-Werte zu veränderter Löslichkeit vieler Salze, die dann gegebenenfalls im Blut ausfallen und Schäden verursachen würden. In den ableitenden Harnwegen kennt man Ähnliches bei der Bildung von Nierensteinen.

Weiterhin ist der korrekte pH-Wert im Blut wichtig für die Kapazität der Bindung von Gasen wie Sauerstoff und Kohlendioxid, die Muskelkontraktion und die Nervenleitfähigkeit.

Wie wird der pH-Wert im Blut bestimmt?

Die meisten Blutwerte bestimmt man aus venösem Blut, das man dem Patienten aus einer Armvene entnimmt. Für die Blutgasanalyse (BGA) und Bestimmung des pH-Wertes sind gesonderte Maßnahmen erforderlich, um einen repräsentativen pH-Wert zu erhalten. Am wichtigsten ist die Entnahme von arteriellem statt venösem Blut.

Im Labor eines Krankenhauses steht oftmals ein spezielles Gerät für die Blutgasanalyse, bei dem ein Tropfen Kapillarblut aus der Fingerkuppe oder dem Ohrläppchen für den pH-Wert im Blut ausreicht. Bei Säuglingen und Kleinkindern wählt man dafür meistens die Ferse. Die erforderliche Blutmenge entnimmt man mit einer dünnen Glaskapillare, in die sich das Blut von selbst hochzieht.

Für größere Blutmengen muss man Blut aus einer Arterie entnehmen. Das ist wesentlich aufwendiger als die Entnahme von venösem Blut aus der Armvene. Hierfür punktiert man meistens die Speichenarterie (Arteria radialis), an der man auch üblicherweise am Unterarm den Puls mißt. Seltener geschieht die Punktion an der Oberschenkelarterie (Arteria femoralis), die von der Leiste zur Innenseite des Knies zieht. An einfachsten ist eine arterielle Blutentnahme, wenn der Patient bereits über einen arteriellen Zugang verfügt, etwa für Katheteruntersuchungen oder häufig bei Beatmung.

Wie nimmt man eine arterielle Blutentnahme vor, um den pH-Wert im Blut zu bestimmen?

Beispielhaft sei hier nur die Punktion der Speichenarterie beschrieben, die man am häufigsten vornimmt. Dafür müssen Sie sitzen oder liegen, den Arm nach außen drehen und das Handgelenk nach außen überstrecken. Wichtig ist dabei, dass Arm und Hand stabil aufliegen. Zwei bis vier Zentimeter oberhalb des Handgelenks fühlt der Arzt nach dem Puls der Arterie, um sie ausfindig zu machen. Danach wird die Stelle desinfiziert und die Kanüle mit dem Schliff nach oben in die Arterie eingeführt.

Die Entnahme erfolgt in ein spezielles Röhrchen zur Blutgasanalyse (BGA-Röhrchen). In diesem ist Heparin vorgegeben, das die Blutgerinnung verhindert. Alternativ dazu kann der Arzt eine Zwei-Milliliter-Spritze verwenden, die er zuvor mit Heparin ausgespült hat.

Wenn Sie die Blutentnahme aus der Armvene bereits kennen, werden Sie sich über die hellrote Farbe Ihres arteriellen Blutes wundern. Das ist bei dem höheren Sauerstoffgehalt in den Arterien völlig normal.

Wichtig ist, dass Sie den Tupfer, den man ihnen beim Herausziehen der Kanüle auf die Stelle drückt, für wenigstens zwei bis fünf Minuten fest auf die Entnahmestelle pressen. Denken Sie daran, dass der Blutdruck in einem arteriellen Gefäß wesentlich höher ist als in einem venösen, sodass es hier mit dem Gefäßverschluss länger dauert als bei der Armvene.

Das BGA-Röhrchen muss der Arzt entlüften, damit keine Restluft mehr darin enthalten ist. Diese würde den pH-Wert verfälschen. Daher ist es auch wichtig, dass das Labor das BGA-Blut so schnell wie möglich analysiert.

Welche Werte spielen außer dem pH-Wert im Blut eine Rolle bei der Blutgasanalyse?

Bei einer Blutgasanalyse bestimmt das Labor nicht nur den pH-Wert im Blut, sondern auch weitere Parameter. In Gesamtschau mit dem pH-Wert erlauben diese die Diagnose von Störungen des Säure-Basen-Haushaltes.

Diese Blutwerte sind

Sauerstoffpartialdruck (pO2): Referenzbereich 71-104 mmHg.

Kohlendioxidpartialdruck (pCO2): Referenzbereich Frauen 32-43 mmHg, Männer 35-46 mmHg.

sO2 (Sauerstoffsättigung): Referenzbereich 94-98 %.

BE-Blutwert (base excess, Basenüberschuss): -3 bis +3 mmol/l.

Bikarbonat: Referenzbereich 21-26 mmol/l.

pH-Wert im Blut: Einteilung der Störungen

Liegt der pH-Wert im Blut abweichend vom Referenzbereich, teilt man diese Säure-Basen-Störungen folgendermaßen ein:

Dekompensierte Störungen: pH-Wert im Blut ist außerhalb des Normbereiches, konnte also nicht mehr von den Puffersubstanzen kompensiert werden.

Kompensierte Störungen: Die Störung ist an Basenüberschuss und Bicarbonat erkennbar, wobei der pH-Wert im Blut noch im Normbereich verbleibt.

Metabolische Störungen: Aus dem Stoffwechsel fallen vermehrt Säuren oder Basen an oder die Regulation durch Niere und Leber ist gestört. Die Lunge nimmt eine Kompensation über das Kohlendioxid und den Karbonatpuffer vor.

Respiratorische Störungen: Hier liegt die Ursache in der Lunge. Funktioniert der Gasaustausch nicht richtig, kommt es zu einer respiratorischen (atmungsbedingten) Azidose. Diese versuchen Leber und Niere zu kompensieren.

 

pH-Wert im Blut zu niedrig

Unter 7 (Azidose): Krankheiten

Sinkt der pH-Wert im Blut auf Werte unter 7, spricht man von einer Azidose. Diese ist Folge einer Atemstörung oder einer Störung des Stoffwechsels.

Respiratorische Azidose. Eine respiratorische (atmungsbedingte) Azidose sinkt der pH-Wert im Blut, weil zu wenig Kohlendioxid abgeatmet wird. Das tritt beispielsweise bei Asthma auf. Typischerweise ist in einem solchen Fall das Bicarbonat im Normbereich und der pCO2 erhöht.

Metabolische Azidose. Bei einer metabolischen (stoffwechselbedingten) Azidose ist ebenfalls der pCO2 erhöht, aber das Bicarbonat erniedrigt. Mögliche Ursachen sind:

  • Störungen des Sauerstoffaustausches infolge
    • Lungenerkrankungen
      • Wasser in der Lunge (Lungenödeme) etwa infolge Herzinsuffizienz
      • Lungenentzündung (Pneumonie)
      • Tuberkulose mit Einschmelzung von funktionellem Lungengewebe
    • Atemlähmung
      • durch Erkrankungen und Verletzungen des Gehirns, die das Atemzentrum betreffen
        • Hirninfarkt
        • Schlaganfall
        • Hirnhautentzündung (Meningitis)
        • Hirntumoren
        • Schädel-Hirn-Trauma
      • durch Lähmungen der Atemmuskulatur
        • Kinderlähmung
        • Myasthenia gravis
        • Vergiftungen (Curare, Botulinus-Toxin, Barbiturate)
  • vermehrte Bildung von Säuren durch Diabetes mellitus (diabetische Ketoazidose)
  • chronische Nierenerkrankungen, Niereninsuffizienz bis hin zum Nierenversagen – da die Kompensation abweichender pH-Werte im Blut durch die Nieren entfällt.

 

pH-Wert im Blut unter 7 (Azidose): Folgen und Symptome

Sinkt der pH-Wert im Blut unter pH 7, strömt vermehrt das normalerweise vorwiegend intrazelluläre Kalium vermehrt aus den Zellen.

Dadurch kommt es zu einer Erhöhung des Blutwertes (Hyperkaliämie) und Störungen der Nervenleitfähigkeit. Besonders macht sich das in einer verminderten Reizbildung und Erregungsleitung des Herzens bemerkbar.

Dadurch treten Herzrhythmusstörungen (Arrhythmien) bis hin zu Kammerflimmern und ausbleibendem Herzschlag (Asystolie) auf. Die Folge sind absackender Blutdruck und verminderte Sauerstoffversorgung des Körpers.

Diese äußert sich vornehmlich im Gehirn und in Ohnmachtsanfällen, schlimmstenfalls in Kreislaufstillstand. Ebenso steigt der Blutzucker an (Hyperglykämie).

 

pH-Wert im Blut zu hoch

Über 7,5 (Alkalose): Krankheiten

Wenn der pH-Wert im Blut über 7,5 steigt, spricht man von einer Alkalose.

Respiratorische Alkalose. Oftmals reicht für eine Alkalose eine forcierte Atmung (Hyperventilation) aus, etwa infolge von Stress oder Angstzuständen. Die verstärkte Abatmung von Kohlendioxid führt zu einer respiratorischen (atmungsbedingten) Alkalose. Hier ist der pCO2 erniedrigt und das Bicarbonat im Normbereich. Krankhafte Ursachen sind

  • Lungenentzündung (Pneumonie)
  • Lungenembolie
  • Lungenfibrose

Metabolische Alkalose. Hieran ist nicht die Atmung schuld, sondern eine Stoffwechselerkrankung. Bei einer metabolischen Alkalose sind pCO2 und Bicarbonat erhöht. Als Auslöser kommen infrage:

  • Entzündungen des Gehirn (Enzephalitis) und/oder Hirnhäute (Meningitis) mit Reizung des Atemzentrums
  • Hormonstörungen wie das Cushing-Syndrom (erhöhte Bildung von Cortisol und Ansteigen des Blutwertes infolge Störungen von Hypophyse, Hypothalamus oder Nebennierenrinde)
  • Störungen des Magen-Darm-Traktes etwa infolge Infektionen mit Bakterien oder Viren, die zu Erbrechen und damit Verlust von Magensäure und Wasserstoffionen führen.
  • Störungen der Nierenfunktion mit erhöhtem Kaliumverlust, etwa bei Nierenentzündungen (Nephritis).

pH-Wert im Blut über 7,5 (Alkalose): Folgen und Symptome

Bei hohen pH-Werten im Blut geschieht mit dem Kalium das Umgekehrte wie bei einer Azidose. Es strömt vermehrt in die Zellen ein und senkt so den Blutwert (Hypokaliämie).

Auch hier werden Nervenleitfähigkeit und Muskelkontraktionen gestört, es treten Krämpfe, Verstopfungen und Herzrhythmusstörungen wie Kammerflimmern und Extraschläge (Extrasystolen) auf. Der Blutzuckerwert sinkt (Hypoglykämie).

Quellen, Links und weiterführende Literatur

  • Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, Johannes Beck: Chemie: Das Basiswissen der Chemie. 12. Auflage. Stuttgart 2018: Georg Thieme-Verlag. ISBN-10: 3134843129.
  • John T. Moore: Chemie kompakt für Dummies. Weinheim 2011: Wiley-VCH Verlag. ISBN-10: 3527707182.
  • Wolfgang Piper: Innere Medizin. 2. Auflage. Stuttgart 2012: Springer-Verlag. ISBN-10: 3642331076.
  • Gerd Herold: Innere Medizin. Köln 2018: G. Herold Verlag. ISBN-10: 3981466063.
  • Arno Dormann, Thomas Wege, Thomas Grünewald: Lightfaden Laborwerte. München 2001: Urban & Fischer-Verlag. ISBN-10: 3437220209.
Hinweis für die Leser

Diese Inhalte sind zur Information gedacht. Sie sind kein Ersatz für eine ärztliche Untersuchung, Diagnose oder Behandlung. Bitte konsultieren Sie dafür immer einen Arzt.

Dr. rer. medic. Harald Stephan, Doktor der Medizinwissenschaften und Naturwissenschaftler mit medizinischer Promotion. Dieser Artikel entspricht aktuellen wisenschaflichen Standards und medizinischen Leitlinien.