Die Ansäuerung der Dialysierflüssigkeit: Von der Physiologie zur Verkalkungsprävention

Die Zusammensetzung und Ansäuerung der Dialysierflüssigkeit erscheint auf den ersten Blick als technisches Detail, kann jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit und Qualität der Hämodialyse haben. Insbesondere die bei der Bikarbonat-Dialyse entstehende Restverkalkung wirft die Frage auf, ob die derzeit etablierten Verfahren tatsächlich das Optimum für die langfristige Versorgung von Dialysepatienten darstellen.

Abstract

Die Ansäuerung von Dialysierflüssigkeit ist ein zentraler, jedoch oft unterschätzter Aspekt der Hämodialyse. Dieser Artikel verfolgt die historische Entwicklung von der Acetat-Dialyse (Shaldon, 1965) über die Bikarbonat-Dialyse (seit 1978) bis hin zur Zitronensäure-Ansäuerung (Dilip & Todd, 2009). Während Acetat als Puffer-Vorläufer diente, jedoch bei verkürzten Behandlungszeiten zu Unverträglichkeiten führte, ermöglicht Bikarbonat eine physiologischere Dialyse – bringt aber das Problem der Restverkalkung der Rezeptur mit sich. Diese Verkalkung wird mit schwerwiegenden Komplikationen wie Calciphylaxie in Verbindung gebracht. Die Zitronensäure-Ansäuerung bietet durch Chelat-Bindung von Ca²⁺ und Mg²⁺ eine wirksame Lösung zur Verkalkungsprävention und ermöglicht gleichzeitig eine Reduktion der Heparin-Dosis. Klinische Daten (T50-Test, DaVita-Register) belegen eine verbesserte Verkalkungspropensität und ein besseres Patientenüberleben. Dennoch bleibt die breite Adoption dieser Technologie aufgrund regulatorischer Lücken (fehlende Nachsorge bei Medizinprodukten) und unzureichender fachlicher Aufklärung limitiert. Eine verpflichtende Hinzuziehung von Chemikern bei der Zulassung dialyserelevanter Medizinprodukte sowie gezielte Schulungsmaßnahmen werden als notwendige Schritte zur Verbesserung der Dialysequalität diskutiert.

Schlüsselwörter: Hämodialyse, Ansäuerung, Zitronensäure, Chelat-Bindung, Verkalkung, Calciphylaxie, Acetat, Bikarbonat, Medizinprodukte

Über die Ansäuerung

Die Ansäuerung ist ein fundamentaler physiologischer Prozess, der in nahezu allen Lebewesen eine zentrale Rolle spielt – mit einer bemerkenswerten Ausnahme: den Einzellern. Bei ihnen erfolgt der Gasaustausch aufgrund der minimalen Distanzen ausschließlich durch Diffusion, wie Homer W. Smith bereits 1953 in seinem wegweisenden Werk „From Fish to Philosopher" darlegte . Smith, ein renommierter Nierenphysiologe aus New York, zeigte auf, dass Fische als Kaltblütler über einen vergleichsweise kleinen Kreislauf und eine geringere Stoffwechselaktivität verfügen. In ihrem Kreislaufsystem wird CO₂ im peripheren Gewebe in Form von Bikarbonat transportiert und in den Kiemen wieder zu CO₂ rückverwandelt, um schließlich ausgeschieden zu werden. Diese biochemischen Umwandlungen werden durch das Enzym Carboanhydrase katalysiert.

Der Walfisch stellt in diesem Kontext eine faszinierende Besonderheit dar. Aufgrund seiner erheblichen Körpergröße und des damit verbundenen höheren Stoffwechsels reichen die Kiemen allein nicht mehr aus, um den lebensnotwendigen Gasaustausch zu gewährleisten. Daher verfügt der Walfisch zusätzlich über eine konvektive Lunge – ein Merkmal, das ihn mit Säugetieren und dem Menschen verbindet. Dies zwingt ihn dazu, etwa alle 30 Minuten an die Wasseroberfläche zu steigen, um den Gasaustausch über die Lunge abzuschließen. Das dabei entstehende CO₂ repräsentiert die physiologische Ansäuerung – ein Mechanismus, der entscheidend dazu beiträgt, unerwünschte Verkalkungen durch Ca²⁺ und Mg²⁺ zu verhindern.

Der gesunde Mensch

Der gesunde Mensch zeichnet sich durch einen deutlich höheren Stoffwechsel aus – ein Ergebnis der evolutionären Anpassung an das Leben an Land, erkennbar beispielsweise an einer Körpertemperatur von etwa 37 °C. Dies spiegelt sich in einem vergleichsweise hohen Bikarbonatspiegel von 24 mmol/l wider, der zusammen mit der reinen Lungenatmung das Säure-Basen-Gleichgewicht sicherstellt. Ein aktueller Bezug zeigt sich in der Intensivmedizin: Bei Covid-Patienten, deren maschinelle Beatmung an ihre Grenzen stößt, kommt die ECMO als diffusive Zusatzbeatmung zum Einsatz – ein Prinzip, das physiologisch an die Anpassung des Walfisches erinnert.

Aufgrund der metabolischen Azidose, die bei Niereninsuffizienz durch die Akkumulation von SO₄ und PO₄ aus der Nahrung entsteht, legte Scribner im März 1960 die Bikarbonat-Konzentration in der Dialyse auf 32 mmol/l fest. Interessanterweise lässt sich die Verkalkung der Dialysierflüssigkeit bereits mit vergleichsweise niedrigen Acetat-Konzentrationen wirksam verhindern – sei es mit 3 mmol/l, wie üblich, oder mit 4–5 mmol/l in Frankreich bzw. bis zu 9 mmol/l in Japan. Dialyse-Konzentrate gelten als Medizinprodukte und unterliegen damit einer Zulassung durch Behörden wie der FDA (USA) oder dem BfArM (Deutschland). Auffällig ist jedoch: Während die Zulassung streng reguliert ist, fehlt eine systematische Nachsorge. Dies bedeutet faktisch einen erheblichen Gestaltungsspielraum – eine Situation, die angesichts der ärztlichen Besetzung dieser Behörden eigentlich eine verpflichtende Hinzuziehung von Fachleuten, insbesondere Chemikern, nahelegen würde.

The Trans-Atlantic Acid-Base Debate – Brunker, 1965

In dieser wissenschaftlichen Auseinandersetzung standen sich zwei renommierte Schulen gegenüber: BOSTON (Perlman und Schwartz) und KOPENHAGEN (Siggaard-Andersen und Astrup). Im Fokus stand die präzise Bestimmung der metabolischen Azidose bei pädiatrischen Patienten mittels Mikromethode. Die Kopenhagener Gruppe entwickelte ein anspruchsvolles chemisches Konzept basierend auf dem Bikarbonat/CO₂-System. Die Boston-Gruppe hingegen verfolgte einen pragmatischeren Ansatz: Die Anionenlücke (AG) lässt sich bereits mit grundlegenden Kenntnissen als Differenz zwischen Na⁺ und der Summe aus Cl⁻ und Bikarbonat berechnen:

Diese Methode hat sich aufgrund ihrer Einfachheit und Klarheit als besonders zugänglich für die Diagnostik der metabolischen Azidose erwiesen.

Entwicklung der Dialyse-Rezepturen

Aufgrund der metabolischen Azidose etablierte Scribner im März 1960 mit Beginn der chronischen Hämodialyse in Seattle eine Bikarbonat-Konzentration von 32 mmol/l. Seit 1978 erfolgt die Ansäuerung der Bikarbonat-Dialyse – die technisch zwei Konzentrat-Pumpen erfordert (eine für die A-Komponente, eine für das Bikarbonat) – überwiegend mit 3 mmol/l Acetat (Essigsäure). In Frankreich werden 4–5 mmol/l, in Japan sogar bis zu 9 mmol/l Acetat eingesetzt. Bei der häufig verwendeten Konzentration von 3 mmol/l Acetat entsteht ein pCO₂ von 60 mm Hg, das vom Dialysepatienten zunächst abgeatmet werden muss. Eigene Erfahrungen mit 4–5 mmol/l Acetat zeigten jedoch, dass selbst hier eine Restverkalkung der Rezeptur nicht vollständig vermieden werden konnte.

S. Shaldon führte zwischen 1965 und 1978 die Acetat-Dialyse ein – eine innovative Lösung, die auf seiner hepatologischen Expertise basierte. Als ehemaliger Hepatologe konnte er die Acetat-Konzentration als Puffer-Vorläufer präzise dosieren. Das Besondere: Diese Rezeptur verkalkte überhaupt nicht, sodass eine zusätzliche Ansäuerung entfiel. Herausfordernd wurde jedoch die Verkürzung der Dialysebehandlung von acht auf fünf Stunden: Bei gleicher Dialyseleistung war die Leber nicht mehr in der Lage, die erhöhten Acetat-Mengen zeitnah zu metabolisieren. Die Folge waren klinisch relevante Unverträglichkeiten wie Übelkeit und Erbrechen – ein als „ärztlich gemacht" zu bezeichnendes Problem. Dies führte 1978 zur Rückkehr der Bikarbonat-Dialyse – nun jedoch mit dem bekannten Verkalkungsproblem.

Die Restverkalkung der klassischen Dialysierflüssigkeit (mit 3 mmol/l Acetat-Ansäuerung) stellt ein erhebliches Problem für chronische Dialysepatienten dar, insbesondere für jene, die länger als fünf Jahre behandelt werden. Im Zentrum steht die Calciphylaxie – eine schwerwiegende Komplikation, die sich durch Verkalkungen der Koronararterien, Herzklappen und peripherer Gefäße (teilweise mit Nekrosebildung) manifestiert. Während das Dialysegerät nach jeder Behandlung routinemäßig entkalkt wird, bleibt der Patient als einziger „Bestandteil" des Systems von diesem Prozess ausgeschlossen – ein bedenklicher Zustand.

Zitronensäure-Ansäuerung: Ein vielversprechender Ansatz

2009 führten Dilip und Todd, zwei Nephrologen aus dem Dialyse-Zentrum Seattle, erstmals eine Rezeptur mit Zitronensäure-Ansäuerung in der A-Komponente des Dialyse-Konzentrats ein . Im selben Jahr wurde diese Innovation patentiert (ART-Gruppe, Produkt „Citrasate" mit 0,85 mmol/l Zitronensäure und 1,5 mmol/l Ca²⁺). Primäres Ziel war die Reduktion der klassischen Heparin-Antikoagulation. Da das Ca²⁺-Ion in der 13-stufigen Gerinnungskaskade an drei Schlüsselstellen beteiligt ist, ermöglicht diese Rezeptur eine Teil-Antikoagulation – die Heparin-Dosis kann deutlich gesenkt werden, auch wenn ein vollständiger Verzicht nicht möglich ist.

Neben dieser primären Wirkung zur Ansäuerung (Umwandlung eines Teils des Bikarbonats in CO₂-Gas) entfaltet die Zitronensäure ein zweites, ebenso bedeutsames Wirkprinzip: die Chelat-Bindung. Dabei verbinden sich zwei Moleküle Zitronensäure fest mit schwer löslichen Kationen wie Ca²⁺ und Mg²⁺. Diese stabile Bindung verhindert wirksam die Verkalkung der Bikarbonat-Rezeptur in der Dialysierflüssigkeit. Diese entscheidende zweite Wirkung wurde von den Erstentwicklern weder erkannt noch patentrechtlich geschützt – vermutlich, weil dafür spezifische Kenntnisse der Löslichkeitschemie erforderlich sind. 2012 erkannte ich selbst dieses Potenzial und setzte die Zitronensäure-Ansäuerung erfolgreich im eigenen Dialyse-Zentrum ein.

Schmaderer (Nephrologe und Chemiker) und Lorenz (Nephrologe und Rheumatologe) widmeten sich ebenfalls dem Problem der Verkalkung klassischer Dialyse-Rezepturen. Sie entwickelten den T50-Test – eine quantitative Methode zur Messung der Gesamtverkalkung im Serum von Dialysepatienten (in der Schweiz patentiert). In einer Kurzzeitstudie zeigte sich, dass Patienten unter Zitronensäure-Ansäuerung signifikant geringere Verkalkungswerte im T50-Test aufwiesen (NDT 2018).

Vor etwa einem Jahrzehnt entschied der US-amerikanische Dialyse-Betreiber DaVita, die Zitronensäure-Ansäuerung (Produkt Citrasate) in allen eigenen Zentren einzuführen – eine strategische Manager-Entscheidung. DaVita versorgt rund 40% aller US-Dialysepatienten. Bemerkenswert: Im darauffolgenden Kalenderjahr zeigte sich ein verbessertes Überleben aller US-Dialysepatienten, ohne dass sich die Behandlungseffektivität im USRDS-Registry oder die Dialysezeit verändert hatten.

Fazit und Perspektiven

Die Chelat-Bindung als chemisches Prinzip bleibt für viele Ärzte eine Herausforderung – ein Umstand, der die breite Adoption dieser Technologie bisher limitiert. Ebenso kritisch zu betrachten ist die fehlende systematische Nachsorge bei Medizinprodukten – ein Defizit, das aus patientensicherer Perspektive dringend adressiert werden sollte. Der Ersatz der Acetat-Ansäuerung durch Zitronensäure erfordert gezielte, individuelle Schulungsmaßnahmen, da das Thema auf großen ärztlichen Kongressen bislang überwiegend unter dem Aspekt der Heparin-Einsparung diskutiert wird. Dabei bietet die Zitronensäure-Ansäuerung weit mehr: Sie ist ein Schlüssel zur Reduktion der Verkalkung – und damit potenziell zur Verbesserung der Langzeitprognose chronischer Dialysepatienten.

Autorenangaben:
Dr.Thomas Ryzlewicz
Nephrologicum Allgäu, Memmingen

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