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

Sonntag, 17. April 2016

Mikrozirkulation - Texte zu Erythrozyten

Texte zu Erythrozyten

Ich stelle hier frühere Texte zu Erythrozyten vor, mit dem Ziel, auch Laien komplexe Vorgänge verständlich zu machen.

Erythrozyten - CO2 Entsorger oder woher weiß der Sauerstoff wo er gebraucht wird

Stellen wir uns die Erythrozytenscheibe wie einen kleinen Staubsauger vor. In der zentralen beidseitigen Eindellung wird in den Gewebskapillaren aus dem Blut in Wasser gelöstes Kohlendioxid (CO2), Kochsalz (NaCl) und viel Wasser (H2O) eingesaugt. Im Zentrum befindet sich das Enzym Carboanhydrase (CA), welches eine Reaktion zwischen den Stoffen herbeiführt: CO2+H2O wird zu Kohlensäure (H2CO3) und diese wird mit NaCl zur Reaktion gebracht. Es entstehen Natriumbicarbonat (NaHCO3) und Salzsäure (HCl). 

 
 Veinfachtes Prinzip der Carboanhydrasereaktion
 

Diese Produkte werden durch den „Filter“ des Hämoglobinringes, der das Zentrum des Erytrozyten zum Rand hin umschließt, zusammen mit Wasser gespült. Das Eiweiß des Hämoglobins bindet das HCl an sich, das NaHCO3 wird zu den Rändern gespült und dort mittels den „Bicarbonatpumpen“ aus dem Ery „geblasen“. 

 

Einfaches Schema Ery mit Carboanhydrase und Bicarbonatpumpen (Sterne in Membran)


 


Übrigens entsteht die zentrale Eindellung der Erythrozyten dadurch, dass Wasser stärker aktiv ausgepumpt wird, als es passiv „nachfließen“ kann

Während das Blut nur wenig CO2 als gelöstes Gas (Gaspartialdruck) transportieren kann, kann es große Mengen CO2, nun in Bicarbonat (NaHCO3) verwandelt, lösen und zur Lunge schaffen.

Im Erythrozyten verformt sich das Hämoglobinmolekül durch die Säurewirkung. Es kann den daran gebundenen Sauerstoff nicht mehr festhalten und dieser verlässt den Ery. Dieser Sauerstoff wird als in Wasser gelöstes O2 Gas nun anstelle (ausgetauscht gegen) CO2 aus den Kapillaren zu den Zellen geschwämmt.

Daher weiß das rote Blutkörperchen wo und wie viel Sauerstoff es abgeben muss: Dort wo im Energiestoffwechsel CO2 produziert wird, wird O2 gebraucht. Und es wird so viel O2 abgegeben wie dann CO2 mittels der Erys in Bicarbonat umgewandelt wird. So im gesunden, optimalen Zustand. Stoffwechselaktive, arbeitende, Gewebe bekommen so mehr Sauerstoff. Durch „ruhigeres“ Gewebe fließen die Erythrozyten hindurch und behalten Sauerstoff.

Was bei „Krankheiten“ bei „Übersäuerung“ mit z.B. Milchsäure passiert (aggressive Sauerstoffradikale), ist ein anderes Thema.

Mit seiner Form verändert das Hämoglobin seine Farbe: „säurefrei“ und mit Sauerstoff daran (hell)rot (arterielles Blut) - durch Säure „verbogen“, mit Säure daran gebunden, schwärzlich (venöses Blut).

In den kleinen Gefäßen der Alveolen kehrt sich der Prozess um. NaHCO3 wird aus dem Blut aufgenommen, durch das Hämoglobin gespült und dort in Reaktion mit der Säure gebracht. Es entsteht wieder NaCl (Kochsalz) und H2CO3 (Kohlensäure), die aus dem Ery gepumpt wird und in den Alveolarwänden zum Hohlraum (Luftraum) hin in Wasser und CO2 zerfällt. CO2 wird abgegeben (Diffusion) in den Alveolenhohlraum. O2 wird von dort aufgenommen (Diffusion), in Wasser gelöst und in die Erys gebracht. Dort reagiert es mit dem (säurefreien) Hämoglobin, dieses wird wieder rot.

Das ist ein fließender Prozess mit nebeneinander stattfindenden Abläufen, den ich hier in einzelne Schritte zerlegt habe.

So erklärt sich die hellere rote Farbe des Blutes, das aus der Lunge kommt und in den Arterien transportiert wird und die dunkle, manchmal fast schwarze Farbe des venösen Blutes, das zur Lunge fließt.

– Achtung Lungenkreislauf: Zur Lunge führt die Lungenarterie vom rechten Herzen her mit venösem(!) Blut; von der Lunge kommt die Lungenvene zum linken Herzen mit arteriellem (!) Blut. 


 
Erythrozyten - warum unterschiedliche Werte zwischen Männern und Frauen?

Bei den roten Blutkörperchen wird gerne die wichtigste Funktion übersehen: Das Wegschaffen des CO2 (Kohlendioxid) aus den Geweben. Zellen haben verschiedene Wege, ihre Funktion auch bei Mangel an Sauerstoff eine Weile fortzuführen (z.B. anaerobe Glycolyse - Glucoseabbau bei Sauerstoffmangel). Jedoch führt ein Rückstau von CO2 ganz schnell zum Stillstand der Zellfunktionen - Blockade des Zitronensäurezyklus.

Wie das CO2 (und Säuren!) aus dem Gewebe mit Hilfe der Erythrozyten abtransportiert wird, ist ein eigenes Thema.

Die Zahl der roten Blutkörperchen richtet sich nach dem Bedarf an Kapazität für den durchschnittlich anfallenden giftigen "CO2-Müll". Gemessen wird dieser in den Nieren. Maßstab ist die durchschnittlich notwendige Menge an Bicarbonat, die die Niere produzieren muss, um Säuren im Körper/Gewebe zu neutralisieren. Auch wie das funktioniert ist ein eigenes Thema.

Reicht die Leistungsfähigkeit der vorhandenen roten Blutkörperchen beim durchschnittlichen CO2 -Anfall (Säureanfall) zur Elimination nicht aus, muss die Niere dann unterstützend eingreifen, dann produziert sie Erythropoietin (lässt neue rote Blutkörperchen im Knochenmark bilden). Es stellt sich so mit der Zeit eine Zahl von Erythrozyten ein, die dem durchschnittlichen CO2-Anfall im Gewebe genügt.

Abhängig ist dieser vom "Grundstoffwechsel" der Energiegewinnung. Aufgrund verschiedener, vor allem hormoneller Faktoren (Östrogen oder Testosteron u.a.) produzieren Frauen (Klimakterium ist Wendezeit) im Durchschnitt weniger CO2 wegen geringerer Energieproduktion in den Zellen als der Mann. Daher sind auch weniger rote Blutkörperchen zur Entsorgung notwendig. Die Frau, die ja Kinder austragen und ernähren (stillen) soll, hat einen weniger verschleißenden Energiestoffwechsel in den Zellen.

Damit braucht sie auch weniger Erythrozyten. So sind die Normwerte der Erythrozyten bei Frauen geringer als bei Männern.

Die Monatsblutung spielt dabei nicht die wichtige Rolle, sie kommt aber aufgrund der weiblichen Hormonsteuerung zustande, die auch für den geringeren Energiestoffwechsel mit weniger "Müll" sorgt.


 
Erythrozyten – Erythropoietin – Niere


Bekannt aus Büchern ist, dass in den Nieren das Erythropoietein gebildet wird. Dieser Stoff wirkt auf die Stammzellen im Knochenmark und regt an, dass diese sich zu Roten Blutkörperchen entwickeln. Es ist der Stoff, der für die Zahl der im Blut vorhandenen Erythrozyten verantwortlich ist.

Näheres dazu kann man aber im Regelfall nicht lesen.

Dazu ein Erklärungsmodell, dass auf meinen Beiträgen zur Funktion der Erythrozyten bei der Entfernung des CO2 (Kohlendioxid) aus dem Gewebe aufbaut.


Bei „Gewebsübersäuerung“, also wenn neben CO2 auch verschiedene Säuren (z.B. Milchsäure) in den Zellen entstehen, die die Erytrozyten – ihr Hämoglobin – verstopfen und so die Abatmung von CO2 in den Lungen stark beeinträchtigen, kommen viele Rote Blutkörperchen mit wenig Sauerstoff aber mit viel Säure, die noch am Hämoglobin hängt aus der Lunge über das linke Herz in die Arterien. Diese Erythrozyten haben dann, zurück zum Gewebe transportiert, kaum Leistung, erneut CO2 aufzunehmen und dabei Bicarbonat ins Blut zu geben. Die Gewebsentsorgung ist behindert, Zell-(zer-)störungen beginnen.

Auch die Erythrozyten leiden unter diesem Zustand. Hält er an, ist die Lebensdauer verkürzt und sie werden früher abgebaut.

Nun kann dem Problem nur abgeholfen werden, wenn aus andere Quelle Bicarbonat entsteht, welches dann in der Lunge die Säure aus den Erythrozyten entfernen hilft. Das ist die Niere, die daneben auch über den Eiweißpuffer (ich werden zu Puffersystemen noch schreiben) mit Hilfe von Eiweiß-Natrium-Salzen „entsäuern“ hilft.

Die Logik, die wir auch aus dem „Großen“ („Arbeitsmarkt“) kennen. Wenn die eigentlichen Arbeiter (Erythrozyten) nicht mehr genügend Leistung bringen und Ersatzarbeiter (Tubuluszellen der Niere) auf Dauer eingesetzt werden müssen, dann ist es sinnvoll, die Stammbelegschaft (also Erythrozyten) zu erweitern. Wenn die Niere nicht nur kurzzeitig sondern auf gewisse Dauer Bicarbonat ins Blut geben muss, dann ist Zeit, Erythrozyten nachbilden zu lassen.

In der Niere wird also nicht die Zahl der vorhanden Roten Blutkörperchen gezählt, sondern ihre Leistung gemessen und entsprechend die Zellzahl angepasst. Bei sehr guter Leistung oder geringerem Bedarf wird die Nachbildung verringert, abgebaute Erythrozyten werden nicht ersetzt, die Erythrozytenzahl sinkt. Dazu auch der Text zu den EryNormwerten oben.


Wenn ein anhaltend verringertes Leistungsniveau (sei es weil Rote Blutkörperchen verloren gingen – Blutung z.B. oder diese bei Übersäuerung überfordert sind) der Erys zu erkennen ist, wird ihre Zahl mittels Erythropoietinausschüttung angehoben. Da ist das „hermetische – magische – Prinzip“ zu erkennen. Wie im Großen – unsere Lebenswelt, so im Kleinen – Zellebene.

Die Tubuluszelle, die selbst ein Carboanhydrase-System hat (siehe erster Link) wird ihr CO2, welches diese aktive Zelle selbstverständlich als ein Energiestoffwechselendprodukt bildet, nicht mehr ans Blut los. Eben wenn die Leistungsfähigkeit der roten Blutkörperchen zur CO2 Elimination verringert ist. Diese Tubuluszelle bildet nun ersatzweise aus dem in ihr entstandenen CO2 selbst Bicarbonat und gibt das ans Blut ab. Mit dieser Funktion ist die Bildung des Erythropoietin verknüpft. Die Details sind hier nicht wichtig, verwirren dann nur und machen das Prinzip unverständlich.


Die Tubuluszelle braucht – wie das rote Blutkörperchen auch – dazu ein Natrium-Salz. Z.B. NaCl oder auch NaHCO3 – Kochsalz und Bicarbonat. Das wurde aus dem Blut im Glomerulum mit dem Primärharn abfiltriert und ist im Tubuluslumen vorhanden. Die Tubuluszelle nimmt bei Übersäuerung Natrium wieder auf und gibt es als Bicarbonat (im distalen Tubulus als Eiweißsalz) zurück ins Blut.

-Daraus: Bei Zuständen mit Gewebsübersäuerung kann so das Natrium im Blut eher höher sein. Idee: Da bei Bluthochdruck auch die Vorstellung mit nachteiliger Wirkung erhöhten Natriums im Blut verbunden wird, könnte eben eine Übersäuerung und der Ausgleichsversuch dazu Grund für die Blutdruckerhöhung sein-.

Im Austausch dazu werden die entstandenen Säuren (die das rote Blutkörperchen an seinem Hämoglobin binden würde) von der Tubuluszelle in den Harn gegeben. Sinkender pH-Wert des Harns bei erhöhter Bicarbonatbildung durch die Niere.

Das als Erklärungsmodell, welches auch Gedanken zu manchen „naturheilkundlichen“ Vorstellungen über Säure im Körper anregen kann.



 
Erythrozyten – Sauerstoffradikale


Im Beitrag: Erythrozyten – CO2 Entsorger… habe ich kurz physiologische Zusammenhänge skizziert. Aus denen geht hervor, wie und wann und wo bei „gesunden“ Abläufen vom Erythrozyten gasförmiges O2 abgegeben wird und gelöst zur Zelle gelangt.

Wenn im Zellstoffwechsel (gesunde wie krankhafteVorgänge) neben CO2 aus dem Sauerstoff nutzenden Energiestoffwechsel (aerob) auch organische Säuren, so die Milchsäure, entstehen, können diese die Bildung von Bicarbonat, damit die CO2-Elimination in und durch die Erythrozyten negativ beeinflussen.

Zunächst einmal sorgt das überall im Körperwasser vorhandene Bicarbonat (NaHCO3) dafür, dass die Säure umgehend verschwindet. Es reagiert von ganz allein mit der Säure. Säure ist gekennzeichnet dadurch, dass sie Wasserstoff abgeben kann. Wenn im Austausch dazu ein anderes Atom, z.B. Natrium (Na) aufgenommen wird, entsteht aus der aggressiven Säure das harmlose Salz der Säure (aus Milchsäure wird mit Na Natriumlaktat). Bicarbonat neigt genau dazu, solche Reaktionen zu fördern. Es gibt gerne sein Natrium an Säuren ab und nimmt dafür Wasserstoff auf. Aus Bicarbonat wird dann Kohlensäure (H2CO3). Diese Säure zerfällt gleich wieder in Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2 - Gas). Reaktion H2CO3 -> H2O und CO2. Nun ist es an den roten Blutkörperchen, dieses CO2 wieder in Bicarbonat zu verwandeln.

Neben diesem „Bicarbonat-Puffer“, gibt es weitere Puffer (z.B. Eiweißpuffer), eigenes Thema.

Ist die Menge an Säuren größer, als vor Ort gepuffert werden kann, gelangt Säure in die roten Blutkörperchen. Dort lagert es sich an das Hämoglobin an. Das Hämoglobin kann nun nicht mehr die bei der CO2-Umwandlung (in Bicarbonat) entstehende Säure binden. Das gleichzeitig entstehende Bicarbonat wird zusammen mit der Säure aus dem Ery gepumpt und reagiert sofort mit dieser Säure. Es entsteht gleich wieder CO2, aber es fehlt dann Bicarbonat zur Säurepufferung z.B. der Milchsäure. Diese reichert sich immer mehr an usw.

Das Hämoglobin mit – egal welcher Säure daran – kann den Sauerstoff (O) nicht mehr halten. Dieser Sauerstoff (4 Atome pro Hämoglobinmolekül) kommt ins Wasser des Blutes. Da jedoch dieses noch (oder wieder) voll ist mit CO2-Gas, kann kein Sauerstoffgas zusätzlich gelöst werden. Statt, dass 2 O2 Moleküle als Gas gelöst werden können, suchen nun 4 Sauerstoffatome dringend nach einem Reaktionspartner. In aggressiver (radikaler) Weise greifen sie sich alles geeignete. Gerne auch Bestandteile von Zellmembranen, hier essentielle (reaktionsfreudige) Fettsäuren (z.B.Vorstufen der Prostaglandine). Zellmembranschäden entstehen, die zum Beispiel die Entzündungskaskade in Gang setzen können.







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Donnerstag, 7. April 2016

Mikrozirkulation – wohin führt das Thema - Einschub


Was mich bei/zu diesem Thema bewegt und wozu das noch führen kann

Ich habe in den 70 ern des letzten Jahrhunderts in Mainz Medizin studiert und , wie ich glaube, dabei auch in der Physiologie hervorragenden Unterricht genossen. Betreffend Mikrozirkulation und der Bedeutung des Sauerstoffs (als Gas gelöst) im Blut wurde hier Grundlagenarbeit geleistet.

Ich war später, als ich schon als Heilpraktiker arbeitete und angehende Heilpraktiker unterrichtete, recht überrascht, von Prof. Zander aus dem Mainzer Physiologischen Institut zu hören, was Sauerstoffgas im Blut Positives für die Mikrozirkulation kann, aber das heftige Dementi hörte, dass das aber nicht für die Sauerstoff-Mehrschritttherapie gelten soll. Ich werden auch auf diese in einem späteren Beitrag eingehen.

Ein Video aus der Verletzungsforschung über verändertes Blutflussverhalten bei Verbrennungen als ein Grund für Nierenschäden bei der Verbrennungskrankheit zeigt in vivo das Fließverhalten von Blut/Erythrozyten in der Rückenmarkshaut eines (entsprechend verletzten) Kaninchens. Klingt grausig, doch sah man damals keine andere Möglichkeit, Vorgänge, die für das Therapieren bei Brandverletzten wichtig sein könnten, zu erforschen.

Da sah man das veränderte Fließverhalten der Erythtrozyten in den Venolen nach dem Kapillargebiet, welches man als Sludge-Phänomen bezeichnet.

Das hatte mich angeregt, in meinen Unterrichten für angehende Heilpraktiker – neben dem Betrachten von mikroskopischen Gewebspräparaten – auch mal das Fließverhalten des Blutes zu beobachten. Ein Kollege, der die Unterrichte in Irisdiagnose und BFD hielt, stellte sein Irismikroskop zur Verfügung. Damit konnten wir, Lernende wie Lehrende, an den Gefäßen der Bindehaut den Blutörperchen beim Fließen zusehen. In den kleinen Arteriolen und Venolen und auch in den Kapillaren.

Die Lernenden konnten sehen, dass Kapillaren nicht mit Blutzellen angefüllt waren, sondern nur vereinzelt rote Blutkörperchen aus der zuführenden (terminalen) Arteriole in diese eingelassen wurden. In den Kapillaren waren Blutkörperchen rar, weiße gab es, außer bei Entzündungen, bei denen sich die Blutzellen stauten, so gut wie nie darinnen. Man konnte erkennen, dass der Hämatokrit (Anteil des Zellvolumens am Gesamtblutvolumen) in den Kapillaren weit geringer war, als in den zuführenden und abführenden Gefäßen. Welche durch „Umgehungsgefäße“ direkt miteinander verbunden waren und über die die Blutzellen, die nicht in die Kapillaren durften, abgeleitet wurden. Das war beeindruckend.

Ich hatte das Glück, dass einer meiner Patienten bei der Firma Abbott arbeitete, welche sich auch mit Anästhesie und allem was dazu gehörte, beschäftigte. Diese Firma begleitet lange weltweite Kongresse zum Thema Mikrozirkulation, Sauerstoff u.ä. Sie kaufte die Kongressberichte, die die jeweiligen Forschungsarbeiten vorstellten und gab sie an ausgewählte Ärzte als Fortbildungspräsente weiter. Ich hatte das Glück, über „meinen Kanal“ daran zu kommen.

Gegen das Jahr 2000 stellte die Firma Intersan zur Untermauerung der Forschung zu Gingko Videos zur Verfügung, auch meine Schule durfte diese verwenden, in denen mikroskopische Aufnahmen zur normalen und gestörten Mikrozirkulation gezeigt wurden.

Für mich war/ist es überraschend, dass ich Ergebnisse, die für Gingko beschrieben wurden, nun im werbenden Zusammenhang mit einer recht teuren Apparatur (BEMER) als dessen Wirkung wiederzuerkennen glaube. Doch mit anderen Erklärungen?
In meiner Praxis, zusammen mit einer Kollegin, kam in bestimmten Erkrankungsfällen/bei bestimmten Patienten der inhalierte Sauerstoff in einer vielleicht der Sauerstoff-Mehrschritttherapie ähnlichen Form zum Einsatz. Zielsetzung: Beeinflussung der Mikrozirkulation bei chronischen Erkrankungen. Einer unserer Marker war das LDL-Cholesterin, bei dem wir Effekte sahen, die auch den Einsatz und die Wiederholung dieser (nicht kurativen, nur symptomatisch palliativen) Therapie bestimmten.

Welche spannenden Aspekte tauchen bei diesem Themenbereich noch auf?

Samstag, 2. April 2016

Mikrozirkulation – wozu: ATP, Zitratzyklus, Atmungskette

Ohne Energie (chemische) keine geordneten Stoffwechselabläufe in den Zellen

Ich möchte den Versuch unternehmen, so einfach wie möglich, die Bedeutung des Energiestoffwechsels (einiger Komponenten) zu erklären. Es geht um Prinzip, nicht um biochemische Genauigkeit.

Chemische (Reaktions-)Energie durch energiereiche Phosphate – ATP (Adenosin-tri-Phosphat)

Solche chemischen „Energiespeicher“ nehmen direkt oder indirekt an gelenkten Reaktionen in den Zellen teil und machen durch dabei „übertragene“ Energie diese meist erst möglich. Sie verändern sich dabei und verlieren an Energie (energiereicher Phosphorsäure). Aus ATP wird ADP (Adenosin-di-Phosphat). Das Adenosin als „Träger“ hat dabei einen Phosphorsäurerest abgegeben. Um es wieder „aufzuladen“, muss in einem (es gibt verschiedene Wege mit und ohne viel zusätzlichem Sauerstoff) Schritt wieder mit Phosphat bepackt werden.

Die Energie dazu wird aus der sogenannten „Knallgasreaktion“ gewonnen. Dabei wird ein Atom Sauerstoff mit zwei Atomen Wasserstoff zu Wasser verbunden. Es ist dazu eine kleine Startenergie (beim Gemisch der Gase genügt ein kleiner Zündfunke zur Explosion - Knallgas) nötig, die den Ausgang Sauerstoffgasmolekül und die Wasserstoffgasmoleküle in reaktionsbereite Atome aufspaltet. Damit jedoch eine Zelle nicht durch die explosionsartig frei werdende Druck- und Hitzeenergie platzt, muss das in den Zellen ganz langsam über Zwischenschritte erfolgen, bei denen jeweils die frei werdende Energie dazu benutzt wird, an ADP Phosphorsäure zu ATP anzulagern. Es wird immer auch ein wenig Wärmenergie frei, die die Körpertemperatur erzeugt und auch chemische Prozesse allgemein beschleunigen kann.

Diese Knallgasreaktion wird in der so genannten Atmungskette gelenkt ausgeführt. Sie ist in sofern ideal, weil neben viel Energie als Endprodukt nur das ungefährliche aber (Zell-) lebenswichtige Wasser entsteht. Sie benötigt aber die Zufuhr von reichlich Sauerstoff (ist aerob).

Wenn diese aus irgendeinem Grunde nicht richtig funktionieren kann – oder allein nicht ausreicht, kann der Körper auf andere bio-chemische Abläufe zurück greifen, bei denen kein (kaum) Sauerstoff benötigt wird (anaerob), bei denen aber Produkte entstehen, die für den Organismus schlechter zu entsorgen sind und auch schädlich wirken können. Aber das Überleben wird gesichert.

Die Zellen können nicht auf Wasserstoffgas als Brennstoff zurückgreifen, da das Gas nicht in den notwendigen Mengen über das Wasser des Körpers in die Zellen zu schaffen ist. Der „Brennstoffwasserstoff“ wird über Energieträger in die Zellen geschafft: Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße. Deren Kennzeichen ist, dass eine zentrale Atomkette aus Kohlenstoff (C) ihr Baugerüst bildet, wobei direkt oder indirekt an den Kohlestoffatomen Wasserstoff gebunden ist („Kohlenwasserstoffe“). Die einfachste Form wären die reinen Kohlenwasserstoffe wie z.B. Hexan (Erdölbestandteil) mit 6 C Atomen in der Kette, an denen jeweils die freie Bildung mit Wasserstoff. Etwa so 3HC-C2H-C2H-C2H-C2H-C3H. Für den Körper kaum sinnvoll zu gebrauchen, weil es eine ölige Substanz ist, die in Wasser nicht löslich und nicht transportabel ist. Kompromiss wäre eine Fettsäure, die an einer oder mehreren Stellen sauerstoffhaltige Gruppen trägt: Triglyceride, Fettsäuren. Eiweiße enthalten als Bauteile neben Kohlenstoff und Sauerstoff auch Stickstoffe und andere Atome (z:B: Schwefel), die für den Körper giftig werden könnten als „Verbrennungsrückstände“. Ideal sind Kohlenhydrate, die, wie der Name sagt aus Kohlenstoff) und Wasser (Hydro) gebildet wurden (in Pflanzen mit Hilfe der Sonnenenergie, Zucker ist gespeicherte Sonnenenergie!) entstanden sind. Grundkette: -H-C-OH-. Diese Kohlenhydrate enthalten bereits alle Bestandteile zur Wasserherstellung HH und O und bei ihrer „Verbrennung“ wird weniger zusätzlicher Sauerstoff gebraucht als bei der Fett-oder Eiweißverbrennung. Und Kohlenhydrate sind leicht in Wasser zu lösen und so zu transportieren.

Man muss die jeweiligen Teile, vor allem den Brennstoff H von Kohlenstoff C abmachen und sicher in die „Brennkammer“ Atmungskette schaffen. Dazu gibt es den Zitronensäurezyklus. In diesen werden Bruchstücke der Energieträgermoleküle Eiweiß, Fett, Kohlenhydrat eingefügt und über einzelne Schritte daraus der Wasserstoff auf den Träger NAD übertragen. Das Kohlenstoffatom, an dem der Wasserstoff hing, wird frei und muss entsorgt werden.

Freier Kohlenstoff ist nicht in Wasser zu lösen und so nicht zu transportieren, Er würde die Zelle schnell „zurußen“. Doch mit Sauerstoff gekoppelt wird er zum Kohlendioxid-Gas (was dann mit Tricks leicht zu entfernen wären – wenn alles klappt).


Zitronensäurezyklus – warum CO2 Entsorgung so wichtig ist

In dem späteren Beiträgen zur Erythrozytenfunktion und Übersäuerung durch gestörte Ery-Funktion werde ich feststellen, dass eine gestörte CO2 Entsorgung den Zitronensäurezyklus blockiert.

Wozu ist dieser Zyklus (in den Mitochondrien) da? Er dient der Gewinnung von Wasserstoff als Brennstoff für die Atmungskette (aerobe Energiegewinnung). Bei einem „Umlauf“ dieses Zyklus werden 8 Wasserstoffatome gewonnen. 6 davon werden mittels Transporteur NAD (Nicotinamid-adenin-dinucleotid) zur Atmungskette geschafft, 2 davon über FAD (Flavin-adenin-dinucleotid)für Synthesen bereitgestellt. (Das ist aus didaktischen Gründen grob vereinfacht gesagt!)
2 dieser Wasserstoffatome kommen über die (aktivierte) Essigsäure in den Zyklus, die aus dem Abbau von Fetten, Eiweißen und Kohlehydraten gewonnen wird. 6 kommen aus 3 Wassermolekülen, die an unterschiedlichen Stellen in den Zyklus eingeführt werden (ohne Wasser geht der Zyklus nicht!).

Der Kohlenstoff (2 Atome) der Essigsäure wird als CO2 Moleküle (es entstehen 2 davon) aus dem Zyklus als „Abfall“ abgegeben. Der notwendige Sauerstoff stammt nicht aus der Atemluft. Ein Atom (der insgesamt 4 in 2 CO“ Moleküle) kommt aus der Essigsäure, die 3 anderen aus den zugeführten Wassermolekülen.

Der Sauerstoff aus der Atemluft wird für die Atmungskette gebraucht.

Wenn das entstehende CO2 nicht aus dem Zyklus abgeführt werden kann und sich dort „staut“, bleibt der Zyklus stehen auf der Ebene einer organischen Säure (die dann zur Übersäuerung der Mitochondrien beiträgt). Der Atmungskette wird Brennstoff entzogen, die aerobe Energiegewinnung wird gestört. Es muss auf anerobe Energiegewinnung – Abfallprodukt Säuren, z.B. die Milchsäure- umgeschaltet werden. Die hierbei entstehenden „Abfallsäuren“ hemmen die CO2 Elimination in den Erythrozyten (siehe im späteren Beitrag). Bicarbonatmangel (im Blut) ist die Folge.





Die Atmungskette – Kontrollierte Knallgasreaktion

Die Atmungskette ist einen Aneinanderreihung von einzelnen „Arbeitsstationen“, Reaktionsmolekülen (Atmungsfermente). Sie hat 2 Eingänge: in den einen wird über das NAD als Transporter der Wasserstoff angeliefert. In den anderen wird der Reaktionssauerstoff (aus der Sauerstoffaufnahme über Lungen aufgenommen und von den roten Blutkörperchen ganz in die Nähe gebracht) eingeführt. Von Station zu Station werden diese, der Wasserstoff und der Sauerstoff zueinander geführt (unter Herausnahme von Energie) und es wird zwischendrin Wasser „ausgeworfen“.

Das Wasser könnte z.B. in den benachbarten Zitronensäurezyklen dazu dienen, den Kohlenstoff zu Kohlendioxid zu machen.








Übrigens: so entstehen Kohlenhydrate in der Pflanze:

CO2 aus der Luft (z.b. abgeatmet von Menschen) wird (über die Blätter) aufgenommen. Wasser H2O über die Wurzeln aus dem Boden geholt. Mit Hilfe des Chlorophylls in den Blättern wird Sonnenlicht in chemische Energie verwandelt. Diese treibt Enzyme an, die (ganz vereinfacht) H20 mit CO2 reagieren lassen zu H2CO3 (Kohlensäure) und aus dieser 2 0 herausholen. Es bleibt im Grundgerüst HCOH (Wasser und Kohlenstoff) und es wird Sauerstoffgas (O2) frei, das die Blätter zu unserem Wohl in die Luft entlassen.

Da schimpfe noch mal einer über Kohlenhydrate! - Gespeicherte Sonnenenergie und wunderbares Recycling.

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