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B978-3-437-42523-3.00020-8

10.1016/B978-3-437-42523-3.00020-8

978-3-437-42523-3

Asymmetrie von frei diffundierenden Kationen und Anionen an der Kapillarwand aufgrund der Impermeabilität der Kapillaren für Plasmaproteine (Gibbs-Donnan-Gleichgewicht).

An der Kapillarwand ergibt sich ein rechnerischer osmotischer Druckgradient von 2 mosmol/L.

Mechanismus der Bicarbonatrückresorption Bicarbonat:Rückresorptionund der Ammoniumausscheidung Ammoniumausscheidung:Tubulus, proximalerim proximalen Nephron.

Na+ gelangt einerseits über einen Na+-H+-Na+-H+-AustauscherAustauscher, andererseits über Cotransportsysteme von Na+ mit Glucose, Aminosäuren, Nukleosiden oder Phosphat (in der Abbildung mit X repräsentiert) vom Lumen in die Zelle. Das in das Lumen sezernierte H+ verbindet sich mit dem glomerulär filtrierten Bicarbonat zu Kohlensäure, die unter Einwirkung der CarboanhydraseCarboanhydrase (CA) in CO2 und Wasser zerfällt. Das rasch Biomembranen penetrierende CO2 wird in die Tubuluszelle aufgenommen und in Kohlensäure bzw. H+ und HCO3 umgewandelt. Über ein durch das elektrische Membranpotential getriebenes Cotransportsystem für 3 HCO3 und 1 Na+ bzw. durch einen HCO3-Cl-Bicarbonat-Chlorid-AustauschmechanismusAustauschmechanismus wird HCO3 durch die basolaterale Membran zur Blutseite des Tubulus bzw. in das Interstitium transferiert. Acetazolamid, ein Hemmer der Acetazolamid:Carboanhydrase, HemmungCarboanhydraseCarboanhydrase:Hemmung, blockiert die Resorption von Bicarbonat:Resorptionshemmung, AcetazolamidBicarbonat (Kap. 21.2.4). Neben der in der unteren Bildhälfte dargestellten Entstehung von NH4+ aus H+ und NH3 im Tubuluslumen kann zellulär gebildetes NH4+ über den luminalen Na+-H+-Austauschmechanismus sezerniert werden, der also in diesem Fall als Na+-NH4+-Exchanger fungiert. Die Na+-K+-Natrium-Kalium-ATPase:Natriumkonzentration in der ZelleATPase hält die Na+-Konzentration in der Zelle niedrig und stellt damit die treibende Kraft für den Na+-H+-Austausch bereit.

Schema der an der Regulierung des intrazellulären pH beteiligten membranären Transportmechanismen in einer apolaren Zelle.

Veränderungen des Extrazellularraum:VolumenänderungenExtrazellularraum:OsmolaritätVolumens bzw. der Osmolarität des Extrazellularraums (EZR) und des Intrazellularraum:VolumenänderungenIntrazellularraumsIntrazellularraum:Osmolarität (IZR) sowie der Konzentrationen von Natrium und Protein im Plasma, [Na+] und [Prot] bei verschiedenen Störungen des Natrium- und Wasserhaushalts.

Die horizontalen Pfeile geben die Richtung einer Volumenänderung:IntrazellularraumVolumenänderung:ExtrazellularraumVolumenänderung des IZR an, die aufgrund einer Zunahme oder Abnahme der Osmolarität des EZR zustande kommt (starke bzw. schwache Farbgebung).

Schema der treibenden Kräfte für den konvektiven Flüssigkeitsaustausch durch die Kapillarwand.

Ausstrom und Rückstrom hängen vom Kapillarwand:FlüssigkeitsaustauschVerhältnis der „Starling-Kräfte“ ab, das sind der hydrostatische Druck in der Kapillare (PK) bzw. im Interstitium (PI) sowie der onkotische Druck in der Kapillare (πK) bzw. im Interstitium (πI). Der effektive Filtrationsdruck, der die Richtung und das Ausmaß der Nettoflüssigkeitsbewegung durch die Kapillarwand bestimmt, ist gleich (PK – PI) – (πK – πI). Alle Drücke sind in mmHg angegeben.

P.S.: präkapillärer Sphincter

Täglicher Wasserumsatz beim Erwachsenen in moderatem KlimaWasserumsatz:täglicher

Tab. 20.1
Aufnahme (mL/Tag) Abgabe (mL/Tag)
Trinkmenge 500–1350 Harn 500–1500
Wasser in der Nahrung 700–1000 Respiration 400–500
Oxidationswasser1 300–350 Haut 500
Faezes 100–200
Total 1500–2700 Total 1500–2700

1

beim Abbau von Fetten, Kohlenhydraten und Proteinen entstehendes Wasser

Zusammensetzung (in mmol/L) von Plasmawasser, interstitieller und intrazellulärer FlüssigkeitPlasmawasser:zusammensetzungPlasmawasser:IonenzusammensetzungMagnesium:PlasmawasserIntrazelluläre Flüssigkeit:Ionenzusammensetzunginterstitielle Flüssigkeit:Ionenzusammensetzung

Tab. 20.2
Plasmawasser1 Interstitielle Flüssigkeit Intrazelluläre Flüssigkeit
Kationen
Natrium 149 143 10
Kalium 4 4 155
Calcium 2,52 1,5 < 0,0013
Magnesium 1 0,5 15
Anionen
Chlorid 109 115 8
Bicarbonat 27 28 10
Phosphat 1 1 654
Sulfat 0,5 0,5 10
organ. Säuren 4 4 2
Proteine 1 < 1 6

1

Proteine nehmen etwa 6% des Plasmavolumens ein. Die Elektrolytkonzentrationen sind daher im Plasma um den Faktor 1,06 niedriger als im Plasmawasser.

2

Etwa 40% des Calciums im Plasma sind an Proteine gebunden.

3

Freies Calcium im Zytoplasma.

4

Primär organisches Phosphat (z.B. Nukleotide, Glucosephosphat).

Zusammensetzung von Kochsalz-, Glucose- und Ringer-Lösungen zur intravenösen VerabreichungRinger-Lactat-Lösung:ZusammensetzungKochsalzlösungen:ZusammensetzungGlucoselösungen:ZusammensetzungELO-MEL-Lösung:Zusammensetzung

Tab. 20.3
Lösung Gelöste Substanzen (mmol/L) Osmolarität (mosmol/L)
0,9-prozentiges Kochsalz NaCl 154 308
0,45-prozentiges Kochsalz NaCl 77 154
3-prozentiges Kochsalz NaCl 513 1.026
5-prozentige Glucose D-Glucose 278 278
Ringer-Lactat NaCl 103, KCl 4, CaCl2 2, MgCl2 2, Na-Lactat 28 282
ELO-MEL Isoton NaCl 95, Na-Acetat 45, KCl 5,CaCl2 2,5, MgCl2 1,5 302

Zusätzlich stehen Elektrolytkonzentrate mit stabilen Ionen (NaCl, KCl, CaCl2) und labilen Ionen (NaHCO3, Na-Lactat, Na-Malat, KHCO3, K-Lactat, K-Malat, KH2PO4, Arginin-HCl, Lysin-HCl) zur Verfügung, die jeweils 1 mmol/mL enthalten. Diese Konzentrate sind hyperton und als Infusionszusätze zu verwenden, sie müssen also verdünnt werden.

Pathogenese von ÖdemenVenenthrombose:ÖdemeVenenklappeninsuffizienz:ÖdemeProstaglandine:ÖdemePlasmaproteinkonzentratione:ÖdemeÖdeme:PathogeneseÖdeme:LymphstauÖdeme:HypoproteinämieNiereninsuffizienz:ÖdemeLymphstau:ÖdemeLeberzirrhose:ÖdemeKinine:ÖdemeHypoproteinämie:ÖdemeHyperhydratation:ÖdemeHyperhydratation:ÖdemeHistamin:ÖdemeHerzinsuffizienz:ÖdemeAldosteron:Katabolismus, verminderter, ÖdemeDruck:hydrostatischerÖdeme:DruckDruck:onkotischerÖdeme:Druck

Tab. 20.4
1. Steigerung des hydrostatischen Drucks in den Kapillaren:
  • venöse Stauung bei Herzinsuffizienz, venösen Thrombosen, Insuffizienz von Venenklappen oder Obstruktion der Venen, z.B. bei Leberzirrhose

  • Hyperhydratation bzw. Natriumretention:

    • renale Insuffizienz

    • sekundärer Hyperaldosteronismus:

      • Verminderung des effektiven zirkulierenden Volumens (z.B. kardiale Insuffizienz)

      • verminderter Aldosteronkatabolismus (Leberschaden)

2. Senkung des onkotischen Drucks im Plasma (Hypoproteinämie):
  • Proteinverlust (Nephrose, exsudative Enteropathie)

  • verminderte Proteinsynthese (Leberschaden, Katabolismus, Mangelernährung)

  • Abnahme der Konzentration der Plasmaproteine durch Hyperhydratation

3. Steigerung des interstitiellen onkotischen Drucks:
  • Erhöhung der kapillären Permeabilität, z.B. durch Mediatoren der Entzündung und Allergie (Histamin, Prostaglandine, Kinine)

  • ungenügende Entfernung von Proteinen aus dem Interstitium (Lymphstau)

4. Lymphstau:
  • mechanische Obstruktion, z.B. durch Tumoren, Parasiten, Lymphknotenexstirpation oder Narben

  • Erhöhung des zentralvenösen Drucks, z.B. kardiale Insuffizienz

Charakterisierung und Ursachen von Störungen des Säure-Basen-Haushalts anhand der Veränderungen von pH, pCO2 und [HCO3] im Plasmarespiratorische Azidoserespiratorische Alkalosemetabolische Azidosemetabolische AlkaloseAzidose:respiratorischeAzidose:metabolischeAlkalose:respiratorischeAlkalose:metabolischeSäure-Basen-Haushalt:StörungenSäure-Basen-Haushalt:StörungenSäure-Basen-Haushalt:Störungen

Tab. 20.5
pH pCO2 [HCO3] Ursachen
Respiratorische Azidose verminderte Abatmung von CO2:
  • obstruktive Lungenerkrankungen (Asthma bronchiale, spastische Bronchitis, Laryngospasmus, Fremdkörperaspiration)

  • Emphysem, akutes Lungenödem, Pneumothorax

  • neuromuskuläre Erkrankungen (Guillain-Barré-Syndrom, Myasthenia gravis, Vergiftung mit Hemmern der Acetylcholinesterase)

  • Kyphoskoliose

  • Hemmung des Atemzentrums (Schlafapnoe, Vergiftung mit Barbituraten, Opioiden etc.)

Respiratorische Alkalose vermehrte Abatmung von CO2 durch Hyperventilation aufgrund einer Stimulierung des Atemzentrums:
  • Hypoxie (Pneumonie, Lungenfibrose, Anämie, große Höhenlage)

  • direkte Stimulierung (Fieber, Encephalitis, psychogene Hyperventilation, Salicylatvergiftung)

Metabolische Azidose HCO3 -Verlust bzw. vermehrte H+-Belastung oder mangelhafte H+-Ausscheidung:
  • Niereninsuffizienz (Urämie, renale tubuläre Azidose)

  • Hypoaldosteronismus

  • Hemmung der Carboanhydrase (Acetazolamid)

  • gastrointestinaler HCO3-Verlust (Diarrhö, Pankreas- oder Gallenfisteln)

  • Lactatazidose, Ketoazidose

  • Vergiftung mit Salicylat, Methanol, Formaldehyd, Ethylenglykol etc.

Metabolische Alkalose H+-Verlust:
  • Erbrechen, Aushebern von Magensaft, Hyperaldosteronismus, Hypokaliämie

Erhöhte Alkalizufuhr:
  • exzessive Antazida- bzw. NaHCO3-Therapie, Milch-Alkali-Syndrom

Wasser und Elektrolyte – Therapie von Störungen des Wasser- und Elektrolythaushalts sowie des Säure-Basen-Gleichgewichts

K. Turnheim

  • 20.1

    Die Körperflüssigkeiten: Zusammensetzung und Regulierung481

    • 20.1.1

      Flüssigkeitsräume des Körpers481

    • 20.1.2

      Regulierung des effektiven zirkulierenden Volumens483

    • 20.1.3

      Regulierung der Osmolarität des Extrazellularraums, Vasopressin484

    • 20.1.4

      Säure-Basen-Haushalt485

  • 20.2

    Störungen des Elektrolyt- und Wasserhaushalts487

    • 20.2.1

      Pathophysiologie der Natrium- und Wasserbilanz487

    • 20.2.2

      Störungen des Säure-Basen-Haushalts489

Die Körperflüssigkeiten: Zusammensetzung und Regulierung

Es ist generell akzeptiert, dass unsere KörperflüssigkeitenKörperflüssigkeiten:ZusammensetzungKörperflüssigkeiten:RegulierungVorfahren, die Protovertebraten, vor knapp 500 Millionen Jahren aus dem Meer ans Land wanderten. Für diese Migration schlossen sie in ihrem Körperinneren eine Flüssigkeit ein, die in ihrer Zusammensetzung ähnlich jener des kambrischen Urmeers war, aus dem sie stammten. Es ist dies eine Na+- und Cl-reiche Lösung, die alle Zellen unseres Organismus umgibt. In den Zellen ist hingegen die Na+-Konzentration niedrig, die K+-Konzentration hoch. Das Medium, in dem sich die Lebensvorgänge überwiegend abspielen, ist demnach eine wässrige Elektrolytlösung.
Dieses „milieu intérieur“ muss trotz sich ändernder Umwelteinflüsse oder der metabolischen Aktivität des Körpers in engen Grenzen konstant gehalten werden, um die komplexen Funktionen des Organismus nicht zu gefährden. Für die Erhaltung der physiologischen Bedingungen im Körper, der „Homöostase“,Körperflüssigkeiten:HomöostaseHomöostase:Körperflüssigkeiten sind zahlreiche selbstregulierende Mechanismen verantwortlich, die unter anderem die Wasserbilanz, die Osmolarität, den pH-Wert und die Konzentrationen von Elektrolyten auf Ebene des Extra- wie des Intrazellularraums kontrollieren.

Flüssigkeitsräume des Körpers

Der menschliche Körper besteht Flüssigkeitsräume:des Körperszu 55–60% aus Wasser, das sind bei einem Körpergewicht von 70 kg etwa 40 L. Die tägliche Wasseraufnahme und -Wasseraufnahme/-abgabe:täglicheabgabe beträgt 1,5–2,7 L (Tab. 20.1), wobei vor allem die Nieren Variationen des Wasserverlusts über andere Organe kompensieren. Die beträchtliche Wasserverdunstung durch Haut und Lunge, die bei der Thermoregulation eine Rolle spielt und die bei Fieber, Hyperthyreose oder hohen Außentemperaturen gesteigert ist, muss im Rahmen der Flüssigkeitssubstitution bei Bewusstlosen in Rechnung gestellt werden.
Zwei Drittel des gesamten Körperwassers entfallen auf den IntrazellularraumIntrazellularraum (das sind bei einem Menschen von 70 kg etwa 25 L), ein Drittel auf den Extrazellularraum, der wieder in den PlasmaraumPlasmaraum (3 L), den interstitiellen interstitieller RaumRaum (11 L) und den transzellulären transzellulärer RaumRaum (1–2 L) unterteilt wird. Das transzelluläre Wasser:transzelluläresWasser besteht unter anderem aus dem Liquor cerebrospinalis, den Flüssigkeiten im Auge und jenen des Magen-Darm-Trakts, der Harnwege und der serösen Häute. Obwohl die Wassermenge, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im transzellulären Raum befindet, normalerweise klein ist, muss der hohe Umsatz von Flüssigkeit in diesem Körperflüssigkeiten:KompartimenteKompartimente:KörperflüssigkeitenKompartiment beachtet werden. In das Darmlumen werden z.B. täglich 7–8 L Flüssigkeit in Form von Speichel, Magen-, Darm- Pankreassaft sowie Galle sezerniert und wieder fast vollständig rückresorbiert. Bei Erkrankungen, die mit Erbrechen:FlüssigkeitsverlusteErbrechen oder Diarrhö:FlüssigkeitsverlusteDiarrhö einhergehen, kann es zu einem bedrohlichen Verlust dieser Sekrete kommen. Andere pathologische Bedingungen, unter denen das transzelluläre Flüssigkeitsvolumen:transzelluläresFlüssigkeitsvolumen erheblich gesteigert sein kann, sind PleuraergussPleuraerguss und AszitesAszites.
Neben hydrostatischen Druckunterschieden wird die Verteilung von Wasser zwischen einzelnen Räumen des Organismus durch osmotische Druckunterschiede an einer „semipermeablen“ Membran bestimmt, wobei der osmotische osmotischer DruckDruck:osmotischerDruck hydrostatischer DruckDruck:hydrostatischerder Summe aller gelösten Teilchen entspricht. Ein Konzentrationsunterschied von 1 mmol/L NaCl verursacht an einer „semipermeablen“ Membran einen osmotischen Druckgradienten von 38,6 mmHg, das entspricht einer Wassersäule von 52,5 cm.
Die ionale Zusammensetzung des Plasmawassers sowie der interstitiellen und intrazellulären Flüssigkeit ist in Tabelle 20.2 angegeben. Im Extrazellularraum ist Na+ das quantitativ wichtigste Kation, im intrazellulären Raum hingegen K+. Verantwortlich für diese Asymmetrie ist eine Ionenpumpe in der Zellmembran, die unter Verbrauch chemischer Energie (ATP) Na+ aus der Zelle und K+ in die Zelle pumpt (Na+-K+-ATPase).Natrium-Kalium-ATPase
Elektrolytverteilung zwischen den Flüssigkeitsräumen des Körpers
Intravasalraum und interstitieller Raum
Die geringen Unterschiede in der Flüssigkeitsräume:ElektrolytverteilungElektrolytverteilung:FlüssigkeitsräumeZusammensetzung des Plasmawassers und der interstitiellen Flüssigkeit sind darauf zurückzuführen, dass die PlasmaproteinePlasmaproteine, welche die Kapillarwand nicht penetrieren können, polyanionischen Charakter haben und daher niedermolekulare Kationen, die frei durch die Kapillarwand penetrieren (im Extrazellularraum ist das primär Na+), anziehen. Es besteht demnach für Na+ ein gewisses Konzentrationsgefälle vom Plasma in das Interstitium, wodurch der Plasmaraum gegenüber dem Interstitium geringfügig elektronegativ geladen wird (Gibbs-Donnan-Potential).Gibbs-Donnan-Potenzial Diese elektrische Potentialdifferenz stellt eine treibende Kraft für Anionen Richtung Interstitium und für Kationen Richtung Plasma dar. Aus der durch die intravasalen Proteine bedingten Asymmetrie der frei diffundierenden Kationen und Anionen ergibt sich, dass der auf die Plasmaproteine zurückzuführende osmotische (oder onkotische) onkotischer DruckDruck:onkotischerDruck etwas höher ist, als es der Proteinkonzentration entspricht (Abb. 20.1).
Intrazellularraum
Ähnlich ist die Situation beim Intrazellularraum:ElektrolytverteilungElektrolytverteilung:IntrazellularraumIntrazellularraum, der im Vergleich zum Extrazellularraum:ElektrolytverteilungElektrolytverteilung:ExtrazellularraumExtrazellularraum eine hohe Konzentration von Proteinen und organischen Phosphaten aufweist (Tab. 20.2). Diese Makromoleküle, die Zellmembranen nicht permeieren können, haben polyanionischen Charakter, wodurch die Zellen dazu tendieren, diffundierende Kationen anzusammeln. Die Zellen sind also ständig mit dem Problem eines gegenüber dem Extrazellularraum höheren osmotischen Drucks und damit mit der Gefahr einer Zellschwellung konfrontiert. Dieser Gefahr wird in erster Linie durch die Aktivität der Na+-K+-Natrium-Kalium-ATPaseATPase begegnet, die für jeweils zwei K+-Ionen, die in die Zelle aufgenommen werden, drei Na+-Ionen aus der Zelle pumpt. Demnach kommt es bei Hemmung des Metabolismus und damit der Pumpleistung der Na+-K+-ATPase, z.B. im Rahmen einer Hypoxie:ZellschwellungHypoxie, zu einer Zellschwellung.

Regulierung des effektiven zirkulierenden Volumens

Die OsmolaritätOsmolarität und damit das Volumen des Extrazellularraum:VolumenExtrazellularraums wird hauptsächlich durch dessen Na+-Gehalt bestimmt (durchschnittlicher Gehalt im Körper: 2 mol oder 46 g). Die Erhaltung jenes Plasmavolumen:ErhaltungPlasmavolumens, das an der Gewebeperfusion teilnimmt, das sogenannte effektive zirkulierende effektives zirkulierendes VolumenVolumen, hängt daher von der NaCl-NaCl-BilanzBilanz ab, also vom Verhältnis von NaCl-NaCl-AufnahmeAufnahme und NaCl-NaCl-AusscheidungAusscheidung. In der Regel korreliert das für die Hämoperfusion entscheidende effektive zirkulierende Volumen direkt mit dem Volumen des Extrazellularraums. Eine Dissoziation dieser Volumenparameter ist jedoch bei pathologischen Zuständen möglich. Das effektive zirkulierende Volumen ist z.B. bei Herzinsuffizienz:effektives zirkulierendes VolumenHerzinsuffizienz aufgrund der verminderten kardialen Auswurfleistung reduziert, das gesamte Plasmavolumen und das Volumen des Extrazellularraumes aber sind gesteigert.
Wesentliche Regulatoren des effektiven zirkulierenden Volumens sind das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS), die natriuretischen Peptide, das sympathische Nervensystem sowie Vasopressin. Die Aktivierung der Volumenregulation:AktivierungVolumenregulation erfolgt über Rezeptoren, die sich im Herz-Kreislauf-System befinden (Karotissinus, Aortenbogen, Herzkammern, Pulmonalvenen, afferente Arteriolen der Nieren) und auf Druck bzw. Dehnung reagieren. Volumenrezeptoren im Interstitium sind nicht bekannt. Die durch Volumenregulatoren ausgelösten Änderungen des Extrazellularraums können unter physiologischen Bedingungen erwünscht, bei verschiedenen Erkrankungen wie Niereninsuffizienz:Extrazellularaum, VolumenänderungLeberzirrhose:Extrazellularaum, VolumenänderungHerzinsuffizienz:Extrazellularaum, VolumenänderungHerzinsuffizienz, Leberzirrhose und Niereninsuffizienz hingegen unerwünscht sein.
Renin-Angiotensin-Aldosteron-System
Durch renale Minderdurchblutung und erhöhte Sympathikusaktivität oder durch verminderte Resorption von Na+ an der Macula densa wird ReninRenin aus den granulären Zellen der glomerulären Arteriolen Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS)in den Nieren freigesetzt. RAAS (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System)Renin ist ein proteolytisches Enzym, das eine Kaskade von Aktivierungsschritten in Gang setzt, die mit der Abspaltung des Dekapeptids Angiotensin I Angiotensin Iaus dem α2-Globulin AngiotensinogenAngiotensinogen beginnt. Angiotensin I wird in das Octapeptid Angiotensin II umgewandelt, eine Reaktion, die durch das Konversionsenzym (engl. angiotensin converting enzyme, Angiotensin converting enzyme (ACE)ACE (Angiotensin converting enzyme)ACE, vgl. Kap. 18.1.1) katalysiert wird, das im Gefäßendothel der Lunge, aber auch anderer Organe vorkommt. Angiotensin II wird durch Peptidhydrolasen (Angiotensinasen)Angiotensinasen rasch inaktiviert.
Angiotensin II
Angiotensin Angiotensin IIII wirkt einer Hypotonie:Angiotensin IIHypotonie und Vasokonstriktion:Angiotensin IIHypovolämie:Angiotensin IIHypovolämie in zweifacher Weise entgegen. Einerseits ist Angiotensin II ein starker arterieller Vasokonstriktor, andererseits fördert es die renale Na+- und Wasserretention durch Stimulierung der Resorption von Na+ im proximalen Tubulus sowie Steigerung der Sekretion von Aldosteron. Diese Effekte werden über G-Protein gekoppelte heptahelikale AT1-Rezeptoren vermittelt, die zu einer Aktivierung des Inositol-1,4,5-trisphosphat-(IP3-) Weges und Freisetzung von intrazellulärem Ca2+ führen (Kap. 18.1.1). Angiotensin Angiotensin II:WirkungenII vermindert den renalen Blutfluss, eine exzessive renale Vasokonstriktion wird aber durch gleichzeitige Freisetzung von vasodilatierenden Prostaglandinen verhindert. Die bei chronischer Zufuhr von nichtsteroidalen Nierenschädigung:nichtsteroidale Antirheumatika (NSA)nichtsteroidale Antirheumatika (NSA):NierenschädigungAntirheumatika beobachteten Nierenschäden sind möglicherweise auf die Hemmung der ProstaglandinsyntheseProstaglandinsynthese:Hemmung durch diese Wirkstoffe und die dadurch verminderte Hämoperfusion zurückzuführen (Kap. 16.4.3).
Aldosteron
Bei Na+-Mangel ist die Sekretion von AldosteronAldosteron:WirkungenAldosteron in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde hoch (bis zu 1,5 mg/Tag), bei reichlicher Na+-Zufuhr hingegen niedrig (< 0,1 mg/Tag). Neben Angiotensin II wird die Sekretion dieses Mineralocorticoids durch eine Hyperkaliämie:AldosteronsekretionHyperkaliämie stimuliert, ACTH (adrenokortikotropes Hormon, Corticotropin):AldosteronsekretionACTH erhöht die Aldosteronsekretion nur kurzfristig (Kap. 28.1).
Im distalen Nephron, in den Epithelien des Dickdarms und der Lunge sowie in Schweiß- und Speicheldrüsen erhöht Aldosteron die Zahl von Amilorid-hemmbaren Na+-Kanälen (ENaC) in der luminalen Zellmembran, die den Einstrom von Na+ in die Epithelzellen vermitteln (Kap. 28.2.2). Der kanalvermittelte Na+-Einstrom in die Zelle geht mit einer erhöhten elektronegativen Ladung des Tubuluslumens einher, wodurch im distalen Nephron die Ausscheidung von K+- und H+-Ionen im Harn gefördert wird. Zusätzlich steigert Aldosteron die Anzahl der Na+-K+-ATPase-Natrium-Kalium-ATPase:AldosteronEinheiten in der basolateralen Zellmembran, also jener Transport-ATPase, die Na+ aus der Zelle zur Blutseite des Epithels pumpt. Insgesamt steigert demnach Aldosteron die Geschwindigkeit der transepithelialen Na+-Resorption.
Natriuretische Peptide
An der Regulierung der Größe natriuretische Peptidedes Extrazellularraums ist eine Gruppe natriuretischer Peptide beteiligt, zu denen das atriale natriuretische Peptid (ANP)brain natriuretisches Peptid (BNP)BNP (brain natriuretisches Peptid)atriales natriuretisches Peptid (ANP)ANP (atriales natriuretisches Peptid) und das „Brain“-natriuretische Peptid (BNP) gehören, die in Herz und Hirn produziert werden. Weitere natriuretische Peptide sind das C-Typ natriuretische Peptid (CNP)C-Typ natriuretisches Peptid (CNP)CNP (C-Typ natriuretisches Peptid) und UrodilatinUrodilatin, die in Blutgefäßen und Nieren gefunden werden. Die Angriffspunkte dieser Peptide, die aus 17–28 Aminosäuren bestehen, sind zwei Na+-Kanäle, der epitheliale Na+-Kanal (ENaC) und der durch zyklische Nukleotide regulierte Na+-Kanal; beide sind durch das Diuretikum Amilorid hemmbar. Das Signal für die Freisetzung der natriuretischen Peptide ist eine Dehnung der Herzwanddehnung:natriuretische PeptideHerzwand, wodurch eine Natriurese:natriuretische PeptideNatriurese und Vasodilatation:natriuretische PeptideVasodilatation resultieren. Aufgrund dieser Effekte wurde BNP bzw. sein rekombinantes humanes Analogon NesiritidNesiritid (in den USA als Natrecor® registriert)Natrecor® s. Nesiritid zur Behandlung einer dekompensierten Herzinsuffizienz eingesetzt, allerdings mit ungenügendem Erfolg: Die Substanz bessert bei dieser Krankheit zwar die Stauungssymptomatik, verringert aber nicht die Mortalität. Endogene BNP-Spiegel sind bei Herzinsuffizienz erhöht; sie werden daher zur Verlaufskontrolle einer Herzinsuffizienz verwendet.
Sympathisches Nervensystem
Durch eine Reduktion des effektiven zirkulierenden sympathisches Nervensystem:Aktivierung, effektives zirkulierendes Volumen, Reduktioneffektives zirkulierendes Volumen:Reduktion, sympathisches Nervensystem, AktivierungVolumens wird das sympathische Nervensystem aktiviert, was im Herz-Kreislauf-System zu einer Steigerung der kardialen Auswurfleistung, einer Vasokonstriktion und damit zu einem Anstieg des Blutdrucks führt. In der Niere kommt es zu einem über β1-Adrenozeptoren vermittelten Anstieg der Reninsekretion. Die resultierende Na+-Retention ist aber nicht nur durch den Anstieg von Angiotensin II und Aldosteron bedingt; Catecholamine scheinen auch direkt über α1-Adrenozeptoren:<03B1>1-AdrenozeptorenAdrenozeptoren die Na+-Resorption im proximalen Tubulus und in der Henle-Schleife zu stimulieren.

Regulierung der Osmolarität des Extrazellularraums, Vasopressin

Die Wasserpermeabilität der meisten Zellmembranen ist hoch, schon geringe Schwankungen der Osmolarität:ExtrazellularraumExtrazellularraum:OsmolaritätOsmolarität der extrazellulären Flüssigkeit können zu eventuell lebensbedrohlichen Änderungen des Zellvolumens führen. Der osmotische Druck der extrazellulären Flüssigkeit (280–290 mosmol/L) muss daher in engen Grenzen konstant gehalten werden; über einen längeren Zeitraum hat die Wasserausscheidung der Wasseraufnahme zu entsprechen. Während für die Regulierung des extrazellulären Volumens, die über die Natriumausscheidung erfolgt, eine Vielzahl von Kontrollmechanismen zur Verfügung steht, wird der osmotische Druck nur über einen Effektor kontrolliert, nämlich über das durch zentrale und periphere OsmorezeptorenOsmorezeptoren gesteuerte Vasopressin:OsmorezeptorenVasopressin:WirkungenOsmorezeptoren:VasopressinVasopressin, ein zyklisches Nonapeptid, das im Hypothalamus (Nucleus supraopticusNucleus:supraopticus und Nucleus paraventricularis)Nucleus:paraventricularis) synthetisiert wird (Kap. 27.2.3). Von hier wandert Vasopressin in neuronalen Granula in den Hypophysenhinterlappen, wo es gespeichert wird. Eine Zunahme der OsmolaritätOsmolarität:ZunahmeVasopressin:Freisetzung im Plasma steigert die Abgabe von Vasopressin in das Blut, eine Abnahme hemmt sie. Die Beziehung zwischen der Plasmaosmolarität und der Vasopressin-Freisetzung ist steil, ein Anstieg der Osmolarität im Plasma von 285 auf 290 mosmol/L hat einen zwei- bis dreifachen Anstieg der Vasopressinkonzentration im Plasma zur Folge.
Zusätzlich zur Vasopressin:SekretionVasopressinsekretion wird durch eine Zunahme des osmotischen Drucks im Plasma auch das Durstgefühl stimuliert. Um die Ausscheidung harnpflichtiger Stoffe zu gewährleisten, soll ein minimales Harnvolumen von 500 mL/Tag nicht unterschritten werden, die Korrektur eines Wassermangels erfordert daher eine Zufuhr von Wasser. Es liegen Hinweise vor, dass an der Vermittlung des Durstgefühls Angiotensin II beteiligt ist. Das System ist so fein einreguliert, dass die Osmolarität des Plasmas nur um 1–2% schwankt.
Ein weiterer Regulator der Sekretion von Vasopressin ist das effektive zirkulierende Vasopressin:effektives zirkulierendes Volumeneffektives zirkulierendes Volumen:VasopressinVolumen. Allerdings muss das Blutvolumen um mindestens 10% abnehmen, bevor ein Anstieg des Vasopressinspiegels festzustellen ist.
Vasopressin spielt bei der Konzentrierung des Vasopressin:HarnkonzentrierungHarnkonzentrierung:VasopressinHarns durch die Nieren eine entscheidende Rolle, indem es die Wasserpermeabilität der Sammelrohre erhöht, sodass Wasser aus dem Lumen in das hypertone Interstitium des Nierenmarks aufgenommen wird. Über eine G-Protein-gekoppelte Aktivierung der Adenylylcyclase und einen Anstieg von intrazellulärem cAMP führt Vasopressin zur Fusion zytoplasmatischer Vesikel mit der luminalen Zellmembran. Diese Vesikel enthalten wasserführende Kanäle, die AquaporineAquaporine; es wird daher der Einstrom von Wasser in die Zellen erhöht. Bislang wurden mehrere Wasserkanäle kloniert. Aquaporin 1 vermittelt die Wasserresorption im proximalen Tubulus, während Aquaporin 2 der durch Vasopressin regulierte Wasserkanal der luminalen Membran des Sammelrohrs ist. Die Wasserpermeabilität der basolateralen Zellmembran des Sammelrohrs wird durch Aquaporin 3 vermittelt. Diese Wasserkanäle bestehen aus sechs transmembranären Domänen, die über Peptidschleifen miteinander verbunden sind. Zwei dieser Schlingen bilden die wasserführende Pore.
Zusätzlich zum antidiuretischen Effekt verursacht Vasopressin in hohen Konzentrationen über V1-Rezeptoren eine Vasopressin:VasokonstriktionVasokonstriktion:VasopressinVasokonstriktion. Dieser Effekt beruht auf einer Stimulierung der Phospholipase C und einer Erhöhung des intrazellulären freien Calciums. Ferner stimuliert Vasopressin über V2-Vasopressin:V2-RezeptorenV2-Rezeptoren:VasopressinRezeptoren die Freisetzung des Gerinnungsfaktors VIII und des Von-Willebrand-Vasopressin:Von-Willebrand-Faktor, FreisetzungFaktorsVon-Willebrand-Faktor:Freisetzung aus dem Gefäßendothel.
Ein relativ selektiver Agonist an V2-Rezeptoren ist DesmopressinDesmopressin (1-Desamino-8-D-Arginin-Vasopressin, 1-Desamino-8-D-Arginin-Vasopressin (DDAVP)DDAVP, Minirin®),Minirin® s. Desmopressin das zur Behandlung eines zentralen Diabetes insipidus verwendet wird. Andere Anwendungsgebiete von Desmopressin:AnwendungsgebieteDesmopressin sind Enuresis Enuresis nocturna:Desmopressinnocturna sowie Gerinnungsstörungen:DesmopressinGerinnungsstörungen bei Mangel von Faktor Faktor-VIII-Mangel:DesmopressinVIII und Von-Willebrand-Faktor (Kap. 27.2.3). Weitere Vasopressin-Vasopressin-AgonistenAgonisten sind TerlipressinTerlipressin (Haemopressin®) Haemopressin® s. Terlipressinund FelypressinFelypressin (Octapressin®).Octapressin® s. Felypressin Letzteres wirkt hauptsächlich auf V1-Rezeptoren.
Die Plasmaspiegel von Vasopressin sind bei Patienten mit Herzversagen erhöht, was möglicherweise zur Flüssigkeitsretention beiträgt. Studien mit nichtpeptidartigen, peroral wirksamen Vasopressin-Antagonisten, den AquaretikaAquaretika“, z.B. Tolvaptam Tolvaptam(Samsca®),Samsca® s. Tolvaptam haben gezeigt, dass diese Wirkstoffe bei Herzinsuffizienz:AquaretikaHerzinsuffizienz und Hyponatriämie:AquaretikaHyponatriämie aufgrund vermehrter Rückresorption freien Wassers und Hyponatriämie (Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion, SIADH)Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH):AquaretikaSIADH (Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion):Aquaretika hilfreich sein können. Ein weiterer Vasopressin-Antagonist ist ConivaptanConivaptan (in den USA als Vaprisol® zugelassen).Vaprisol® s. Conivaptan
Wie eine Vielzahl anderer Pharmaka (z.B. das Tetracyclin Lithium:Vasopressinsekretion, HemmungDemeclocyclin:Vasopressinsekretion, HemmungDemeclocyclin) hemmt auch Lithium die renalen Effekte von Vasopressin; es kann daher die Symptome eines Diabetes insipidus auslösen, der Gehalt von Aquaporin 2 in den Sammelrohren sinkt.

Säure-Basen-Haushalt

Es ist üblich, den Säuregrad, Säure-Basen-Haushaltalso die Konzentration von H+-Ionen in einer Lösung, in pH-Einheiten anzugeben, d.h. als negativen dekadischen Logarithmus der H+-Ionen-Konzentration:
Demnach ist der pH-pH-WertWert umgekehrt proportional zur H+-pH-Wert:WasserstoffionenkonzentrationKonzentration. Eine Änderung des pH-Werts um eine Einheit entspricht einer 10-fachen Änderung der H+-Konzentration.
Der normale pH-Wert der extrazellulären Flüssigkeit beträgt 7,4, der intrazelluläre pH-Wert ist mit 7,2 geringfügig saurer. Die entsprechenden H+-Konzentrationen sind 40 bzw. 60 nmol/L. Der maximale pH-Bereich, der noch mit dem Leben vereinbar ist, liegt zwischen 6,8 und 7,8.
Regulierung des pH im Extrazellularraum
Zur Konstanterhaltung der H+-Extrazellularraum:Wasserstoffionenkonzentration, KonstanterhaltungKonzentration im Extrazellularraum:pH-Wert, RegulationExtrazellularraumpH-Wert:Regulation stehen drei Mechanismen zur Verfügung:
  • Bindung oder Freisetzung von H+ durch Puffersysteme

  • Ausscheidung von CO2 über die Atmung

  • Ausscheidung von H+- bzw. Rückresorption von HCO3 durch die Nieren.

Das Kohlensäure-Bicarbonat-Kohlensäure-Bicarbonat-SystemSystem stellt den wichtigsten Puffer im Extrazellularraum dar, während die primären intrazellulären Puffer Proteine (in den Erythrozyten vor allem Hämoglobin) und Phosphate sind. Ein Puffer ist eine schwache Säure, die bei Änderungen des pH in der Lage ist, H+-Ionen zu binden oder abzugeben und damit den pH in einem engen Bereich konstant zu halten. Da alle Puffersysteme untereinander im Gleichgewicht stehen, genügt es, einen Puffer, z.B. das Kohlensäure-
Bicarbonat-System, zu analysieren, um Aufschluss über den Säure-Basen-Säure-Basen-Status:Kohlensäure-Bicarbonat-SystemStatus zu gewinnen. In der Regel werden der pH und der Partialdruck von CO2, pCO2, im Plasma mittels Elektroden gemessen und die HCO3-Henderson-Hasselbalch-Gleichung:BicarbonatkonzentrationKonzentrationBicarbonat:Konzentration, [HCO3], aus der Henderson-Hasselbalch-Henderson-Hasselbalch-GleichungGleichung abgeleiteten Beziehung
berechnet. Bei einem pCO2 von 42 mmHg und einem pH von 7,4 ergibt sich eine HCO3-Konzentration von 25 mmol/L.
Die Pufferkapazität:OrganismusOrganismus:PufferkapazitätPufferkapazität des Organismus ist hoch, trotzdem kann über diesen Mechanismus die H+-Ionen-Konzentration nur kurzfristig konstant erhalten werden. Eine endgültige Entfernung saurer Valenzen und eine Regenerierung der Pufferkapazitäten ist nur durch Elimination von Säure aus dem Körper über die Lungen und Nieren möglich. Insgesamt fallen aus dem Stoffwechsel:KohlendioxidanfallKohlendioxid:StoffwechselStoffwechsel pro Tag etwa 15–20 mol CO2 an, das ist 100-mal mehr CO2, als im Körper gelöst vorliegt. Diese große Menge CO2 wird über die Lunge abgeatmet. Im Wege eines Rückkopplungskreises über das Atemzentrum in der Medulla oblongata, das direkt durch den pH bzw. pCO2 im Hirngewebe gesteuert wird, kann die Respiration dem jeweiligen Druck von CO2 im Blut angepasst werden.
Die Pufferung von H+-Ionen durch HCO3 mit nachfolgender Elimination von CO2 über die Lunge ist mit einem Verlust von HCO3 verbunden. Die Nieren sind hingegen in der Lage, H+ ohne HCO3-Verlust auszuscheiden, wobei der CarboanhydraseCarboanhydrase eine entscheidende Rolle zukommt (Abb. 20.2). Durch die HCO3-Harn-pH-Wert:Bicarbonat-RückresorptionRückresorptionBicarbonat:Rückresorption kann der pH des Harns auf 4,7–5,0 gesenkt werden. Eine darüber hinausgehende renale Elimination von H+-Ionen muss in gepufferter Form erfolgen, in erster Linie durch Bildung von Ammoniumionen, NH4+. Ammoniak, NH3, wird in den Tubuluszellen vorwiegend durch Desaminierung von Glutamin:DesaminierungGlutamin generiert. Als ungeladenes Molekül penetriert NH3 rasch in das Tubuluslumen und reagiert dort als starke Base (pK 9,0) mit H+-Ionen unter Bildung von NH4+, das wegen seiner elektrischen Ladung nicht mehr durch das Tubulusepithel zurückdiffundieren kann, sondern mit dem Harn ausgeschieden wird („ion trapping“).ion trapping
Das Ausmaß der tubulären H+-Sekretion und HCO3-HCO3<2212> s. BicaronatBicarbonat:Resorption, tubuläreBicarbonat:Neubildung, tubuläreResorption bzw. -Neubildung ist vom pCO2 im Organismus abhängig. Stehen viele H+-Ionen in der Zelle zur Verfügung, also bei AzidoseBicarbonat-Rückresorption und -NeubildungAzidose, ist die H+-Sekretion und damit die HCO3-Rückresorption und -Neubildung hoch, bei H+-Mangel, also bei AlkaloseAlkalose, ist die Situation umgekehrt. Im Rahmen einer Azidose ist die NH3-Azidose:NH3-BildungBildung aus Glutamin und damit die NH4+-Ausscheidung erhöht. Es liegen ferner Hinweise vor, dass Aldosteron den luminalen Na+-H+-Aldosteron:Na+-H+-AustauschmechanismusAustauschmechanismus im Tubulusepithel stimuliert, wodurch die HCO3-Rückresorption ansteigt.
Ein weiterer Puffer für die renale H+-Phosphatsystem:H+-Ausscheidung, renaleAusscheidung ist das PhosphatsystemPhosphatsystem (H2PO4/HPO42–), das einen pK von 6,8 hat. Bei pH 7,4 liegt daher Phosphat zu 80% als HPO42– vor, bei pH 5,5 hingegen zu 95% als H2PO4. Durch Ansäuern des Harns nimmt Phosphat also eine fast äquimolare Menge H+ auf.
Regulation des pH im Intrazellularraum
Zellen sind mit einer kontinuierlichen Intrazellularraum:pH-Wert, RegulationpH-Wert:RegulationSäurebelastung aus ihrem Metabolismus konfrontiert. Dafür, dass der intrazelluläre pH bei etwa 7,2 gehalten werden kann, sind zwei Mechanismen verantwortlich, die metabolische Pufferung und der Transport von Säuren und Basen durch die Zellmembran.
Metabolische Pufferung
Bei intrazellulärer Pufferung:metabolischemetabolische PufferungAzidose:intrazelluläreAzidose werden H+-erzeugende Enzymsysteme gehemmt und H+-verbrauchende aktiviert, die Glykolyse nimmt ab, die Gluconeogenese und die Oxidation von Pyruvat nehmen hingegen zu. LactatLactat, PyruvatPyruvat und andere CarboxylateCarboxylate werden gemeinsam mit H+-Ionen in neutrale oder flüchtige Produkte wie Glucose, CO2 und Wasser umgewandelt, Säure wird also verbraucht.
Säure-Basen-Transport durch die Zellmembran
Ein wichtiger Mechanismus, über den Zellmembran:Säure-Basen-TransportSäure-Basen-Transport:ZellmembranZellen H+-Ionen nach außen transportieren, ist der Na+-H+-Austauscher (Abb. 20.3), der durch das hohe chemische Gefälle für Na+ getrieben wird. Intrazelluläre Ansäuerung stimuliert den Na+-H+-Austauscher, während eine extrazelluläre Azidose inhibitorisch wirkt. Neben dem Na+-H+-Austauschmechanismus existiert ein Cl-HCO3-Exchanger, der vom transmembranären Konzentrationsgefälle dieser Anionen getrieben wird. Zusätzlich sind manche Zellen, z.B. im distalen Nephron, mit einer H+-Pumpe ausgestattet, die H+-Ionen, zum Teil im Austausch gegen K+-Ionen, unter Verbrauch von ATP in den Extrazellularraum sezerniert.

Störungen des Elektrolyt- und Wasserhaushalts

Pathophysiologie der Natrium- und Wasserbilanz

Bei Störungen des NatriumhaushaltstörungenElektrolythaushaltstörungenNatrium- und WasserhaushaltstörungenWasserhaushalts kann nach dem Verhalten der Osmolarität des Plasmas jeweils eine isotone, hypotone und hypertone isotone Dehydratationhypotone Dehydratationhypertone DehydratationHyperhydratation:isotoneHyperhydratation:hypotoneHyperhydratation:hypertoneDehydratationDehydratation:isotoneDehydratation:hypotoneDehydratation:hypotoneDehydratation:hypertoneDehydratation oder isotone Hyperhydratationhypotone Hyperhydratationhypertone HyperhydratationHyperhydratationHyperhydratation unterschieden werden; es sind also Veränderungen des Volumens und der Osmolarität zu beachten (Abb. 20.4). Bei isotonen Volumenänderungen des ExtrazellularraumsExtrazellularraum:Volumen – wenn also keine Differenz des osmotischen Drucks im Vergleich zu jenem des Intrazellularraums vorliegt – bleibt dessen Volumen konstant. Eine Abnahme der Na+-Konzentration und damit der Osmolarität im Extrazellularraum führt hingegen zu einem Anschwellen der Zellen, da diese nun relativ hyperton gegenüber der Flüssigkeit im Extrazellularraum sind. Dieses Zellödem:VolumenänderungenZellödem ist unabhängig davon, ob das Volumen des Extrazellularraums ab- oder zugenommen hat. Die Symptome einer HyponatriämieHyponatriämie (Na+ im Serum < 136 mmol/L) resultieren aus einer Beeinträchtigung des Zentralnervensystems (Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, Muskelkrämpfe, Verwirrtheit). Umgekehrt führt ein Anstieg der Na+-Konzentration bzw. der Osmolarität im Extrazellularraum zu einer Abnahme des Zellvolumens, gleichsam zu einer Exsikkose:HyponatriämieExsikkose der Zellen. Das Zentralnervensystem reagiert mit Symptomen wie Durst, Unruhe, Reduktion der Vigilanz und Fieber.
Behandlung der Dehydratation
Wasserdefizit:Hypernatriämie Plasmaersatzmittel:Hypovolämie isotone Dehydratation:Rehydratationslösungen Hypovolämie:Salzlösungen, isotone Hypovolämie:Plasmaersatzmittel hypotone Dehydratation:Ringer-Lactat-Lösung hypotone Dehydratation:ELO-MEL-Lösung hypertone Dehydratation:Glucoselösung Hyperosmolarität:Korrektur, zu schnelle, Hirnödem Hypernatriämie:Wasserdefizit Dehydratation:Therapie Dehydratation:hypotone Ringer-Lactat-Lösung:Dehydratation Dehydratation:hypotone ELO-MEL-Lösung:Dehydratation Dehydratation:hypotone Dehydratation:isotone Rehydratationslösungen:Dehydratation Glucoselösungen:Dehydratation Dehydratation:hypertone Hirnödem:Hyperosmolarität,

Eine Dehydratation wird durch Volumen- und ggf. durch Elektrolytsubstitution behandelt. Bei hypotoner Dehydratation kann der initiale Na+-Bedarf (in mmol) aus der Differenz des Soll- und Ist-Wertes der Na+-Konzentration im Plasma, [Na+], und dem Volumen des Extrazellularraums berechnet werden:

Na+Bedarf=([Na+]Soll[Na+]Ist)×0,2kg×Körpergewicht

Diese Natriummenge kann z.B. in Form einer Ringer-Lactat-Lösung oder einer ELO-MEL-Lösung (Tab. 20.3) infundiert werden. Durch die Verabreichung von Elektrolyten kommt es zu einer osmotischen Verschiebung von Wasser aus den Zellen in das Interstitium, wodurch die Natriumkonzentration im Plasma neuerdings abfallen kann.

Bei isotoner Dehydratation wird Flüssigkeit am einfachsten in Form von peroralen Rehydratationslösungen, die Na+ und Glucose enthalten, zugeführt (Tab. 23.11). Bei schwerwiegender Hypovolämie mit Kreislaufinsuffizienz werden isotone Salzlösungen (Tab. 20.3), Plasmaersatzstoffe 1(Kap. 19.3) oder bei gleichzeitig bestehender Anämie Blutkonserven intravenös verabreicht. Eine hypertone Dehydratation kann hingegen durch Zufuhr elektrolytfreien Wassers in Form einer isotonen, also 5-prozentigen Glucoselösung (Glucose ist nur vorübergehend osmotisch aktiv, da sie zu CO2 und H2O abgebaut wird) oder einer Mischung von 5-prozentiger Glucose und 0,9-prozentigem NaCl behandelt werden.

Bei der hypertonen Dehydratation ist allerdings zu beachten, dass trotz der Hypernatriämie wegen der Kontraktion des Extrazellularraums die im Körper vorhandene Na+-Menge möglicherweise vermindert ist, es kann also insgesamt ein Na+-Mangel vorliegen.

Ein Anhaltspunkt für das Wasserdefizit bei Hypernatriämie (Plasmanatrium > 150 mmol/L), also für die zu substituierende Menge freien Wassers, ergibt sich aus dem Verhältnis von Ist- und Sollwert der Na+-Konzentration im Plasma:

wobei der Faktor 0,6 dem Wasseranteil des Körpers entspricht.

Wichtig ist, dass die Substitution von freiem Wasser langsam vor sich geht, die Na+-Konzentration im Serum soll nur um 0,5–1 mmol/L pro Stunde sinken. Bei schnellerer Korrektur der Hyperosmolarität droht ein Hirnödem, da wegen der niedrigen Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke für gelöste Substanzen bei rascher Senkung der Plasmaosmolarität ein osmotisches Druckgefälle zwischen Zentralnervensystem und Plasma entsteht.

Das hyperosmolare diabetische Koma
Dehydratation:hypertone Koma:diabetisches, hyperosmolares

Eine Sonderform der hypertonen Dehydratation (Plasmaosmolarität 350–400 mosmol/L) kommt durch eine osmotische Diurese zustande, die bei Vorliegen eines Diabetes mellitus die nicht rückresorbierte Glucose im Tubuluslumen der Nieren verursacht (Kap. 26.7.5). Die Rückresorption von Na+ erfolgt daher im proximalen Tubulus nicht isoton, sondern hyperton, da das resorbierte Na+ nicht von einer äquivalenten Menge Wasser begleitet wird. Aufgrund dieses über die Elektrolytausscheidung hinausgehenden Verlustes von Wasser kommt es zu einem Anstieg der Osmolarität im Plasma, sofern nicht gleichzeitig eine entsprechende Wasserzufuhr erfolgt. Ein hyperosmolares diabetisches Koma, das in der Regel ohne Ketoazidose auftritt, stellt sich daher vor allem bei alten Menschen ein, die nicht in der Lage sind, den renalen Verlust freien Wassers durch ausreichendes Trinken zu ersetzen. Wegen des hohen osmotischen Drucks im Extrazellularraum wird aus den Zellen Wasser angesaugt, die Na+-Konzentration im Plasmamuss daher nicht erhöht sein. Therapeutisch hat weniger die Verabreichung von Insulin als die Volumensubstitution im Vordergrund zu stehen, um den Kreislauf und den Harnfluss in Gang zu halten. Zu diesem Zweck wird anfänglich 1 L einer isotonen NaCl-Lösung intravenös infundiert; in der Folge soll die Osmolarität der infundierten Lösung maximal 50 mosmol/L unter der aktuellen Plasmaosmolarität liegen.

Pathogenese von Ödemen
Volumensubstitution:Koma, diabetisches, hyperosmolaresosmotische Diurese:Dehydratation, hypertoneKoma:diabetisches, hyperosmolareshyperosmolares diabetisches KomaDiabetes mellitus:Koma, hyperosmolaresUnter dem Begriff „Ödem“ (griech. ÖdemeÖdeme:PathogeneseSchwellung) wird eine isotone HyperhydratationHyperhydratation:isotone mit Ödeme:isotone Hyperhydratationisotone Hyperhydratation:ÖdemeZunahme des Extrazellularraums verstanden. Ödeme in diesem Sinn entstehen bei einer Störung jener Faktoren, die für den konvektiven Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Intravasalraum und dem Interstitium verantwortlich sind (Abb. 20.5). Dem hydrostatischen Druckgefälle an der Kapillarwand steht ein Gefälle des onkotischen Drucks gegenüber, onkotischer DruckDruck:onkotischerdas auf den Konzentrationsunterschied der Proteine zwischen Plasma und Interstitium zurückzuführen ist. Die Differenz zwischen dem hydrostatischen und dem onkotischen Druckgefälle, der effektive Filtrationsdruck, bestimmt Ödeme:effektive Filtrationsdruckeffektiver Filtrationsdruck:ÖdemeAusmaß und Richtung der Flüssigkeitsbewegung durch die Kapillarwand. Am arteriellen Ende der Kapillare überwiegt der intravasale hydrostatische Druck, es kommt daher zu einem Ausstrom von Flüssigkeit von der Kapillare in das Interstitium. Richtung venöses Ende nimmt der hydrostatische Druck in der Kapillare wegen des Strömungswiderstandes ab, sodass schließlich der in die Kapillare gerichtete onkotische Druck höher ist als der hydrostatische Druck aus der Kapillare, Flüssigkeit strömt daher vom Interstitium in das Blutgefäß zurück.
Allerdings ist schon unter physiologischen Bedingungen der Ausstrom von Flüssigkeit im arteriellen Schenkel der Kapillare etwas höher als der Rückstrom im venösen Schenkel. Diese Differenz wird über die Lymphgefäße abgeführt. Der Lymphstrom ist auch notwendig, um die geringe aus den Kapillaren abfiltrierte Menge von Plasmaproteinen zu entfernen, damit das onkotische DruckgefälleÖdeme:Druck onkotischer Druck:Ödemeaufrechterhalten bleibt. Der durch die Differenz des hydrostatischen und onkotischen Drucks resultierende konvektive Flüssigkeitsstrom durch das Interstitium, der für die Zufuhr von Nahrungsstoffen an die Zellen und für die Abfuhr von Stoffwechselprodukten bzw. für die Verteilung von Pharmaka im Organismus wesentlich ist, beträgt etwa 200 L/Tag, d.h., die interstitielle Flüssigkeit wird etwa 18-mal pro Tag ausgetauscht.
Klarerweise findet ein konvektiver Flüssigkeitsstrom (Filtration) nur an fenestrierten (porenhaltigen) Kapillaren statt, nicht an Kapillaren mit kontinuierlichem Endothel (z.B. Blut-Hirn-Schranke).
Ödeme entstehen, wenn die Wiederaufnahme von Flüssigkeit in die Kapillaren oder der Abfluss über die Lymphgefäße behindert ist (Tab. 20.4). Ein Anstieg des arteriellen Blutdrucks führt in der Regel nicht zu Ödemen, da eine Steigerung des arteriellen Drucks wegen der autoregulatorischen Kontraktion der präkapillären Sphincteren kaum in die Kapillaren durchschlägt. Hingegen wirkt sich jede Erhöhung des venösen Drucks direkt auf den hydrostatischen Druck in den Kapillaren aus. Durch eine Flüssigkeitsretention, z.B. bei Herzinsuffizienz wegen Abnahme des effektiven zirkulierenden Volumens, mangelhafter Nierendurchblutung und sekundären HyperaldosteronismusHyperaldosteronismus:sekundärer, können derÖdeme:Hyperaldosteronismus, sekundärer venöse Druck und damit die Gefahr einer Ausbildung von Ödemen ansteigen.

Störungen des Säure-Basen-Haushalts

Azidosen und AzidoseAlkalosen können auf AlkaloseÄnderungen Säure-Basen-Haushalt:Störungenvon pCO2 oder der HCO3-Konzentration im Plasma zurückgeführt werden. Da der pCO2 primär von der Atmung abhängt, sprechen wir bei hohem pCO2 (Hyperkapnie) und Hyperkapnieniedrigem pH von respiratorischer Azidose und bei respiratorische Azidoserespiratorische AlkaloseAzidose:respiratorischeAlkalose:respiratorischeniedrigem pCO2 und hohem pH von respiratorischer Alkalose. Im Gegensatz dazu wird ein primärer Abfall oder Anstieg der HCO3-Konzentration im Serum als metabolische Azidose oder metabolische Azidosemetabolische Alkalosemetabolische Alkalose Azidose:metabolischeAlkalose:metabolischebezeichnet (Tab. 20.5). Bei jeder Störung des Säure-Basen-Status werden renale oder respiratorische Mechanismen in Gang gesetzt, um den Quotienten [HCO3]/pCO2 und damit den pH möglichst konstant zu halten.
Respiratorische Azidose und Alkalose
Bei mangelhaftem alveolärem Gasaustausch kommt es renal zu einer Steigerung der H+-Ausscheidung und der HCO3-Neubildung, sodass die HCO3-Konzentration im Plasma gemeinsam mit dem pCO2 ansteigt; es liegt eine respiratorische Azidose vor. Es respiratorische AzidoseAzidose:respiratorischedauert allerdings 3–5 Tage, bis dieser renale Kompensationsmechanismus voll einsetzt. Bei akuter respiratorischer Azidose kann daher die HCO3-Konzentration im Plasma noch unverändert sein, wegen des pCO2-Anstiegs ist daher der pH-Wert des Plasmas stärker gesenkt als bei chronischer respiratorischer Azidose.
Bei Diffusionsstörungen der Lunge ist insbesondere die Oxygenierung des Blutes behindert, der Austausch von CO2 ist weniger eingeschränkt, da CO2 die Alveolarwand schneller penetriert als O2. Die durch eine Hypoxie bedingte Hyperventilation kann daher mit einer respiratorischen Alkalose respiratorische AlkaloseeinhergehenAlkalose:respiratorische.
Metabolische Azidose und Alkalose
Eine metabolische Azidose entsteht metabolische AzidoseAzidose:metabolischebei erhöhtem HCO3-Verlust. Die Kompensation der metabolischen Azidose durch verstärkte respiratorische Elimination von CO2 erfolgt schnell (Kussmaul-Atmung). Das Kussmaul-Atmung:metabolische AzidoseVerhältnis [HCO3]/pCO2 ist daher bei akuter und chronischer metabolischer Azidose gleich. Ein HCO3-Mangel kann auf einer vermehrten renalen oder intestinalen HCO3-Ausscheidung oder auf einem gesteigerten Auftreten von Säuren beruhen, die durch HCO3 abgepuffert werden müssen. Endogen werden Säuren z.B. bei diabetischer Ketoazidose (β-Ketoazidose:diabetischeHydroxybuttersäure, Acetessigsäure) oder kataboler Stoffwechsellage (Hungern) gebildet. Lactat wird bei verminderter Hämoperfusion des Gewebes (Kreislaufversagen) oder mangelnder Oxygenierung (respiratorische Insuffizienz) angehäuft. Exogene Säuren können bei Vergiftung mit Methanol (Kap. 36.8.3) oder Salicylaten auftreten (Kap. 7.2.1).
Die bei vermehrtem H+-Verlust durch Erbrechen von saurem Erbrechen:metabolische AlkaloseMagensaft auftretende metabolische Alkalose wird meist metabolische AlkaloseAlkalose:metabolischerasch durch erhöhte renale HCO3-Ausscheidung (als NaHCO3) kompensiert. Liegt jedoch gleichzeitig ein Volumenmangel vor, kann die metabolische Alkalose persistieren, da Na+ und damit als Gegenion auch HCO3 mehr oder weniger komplett rückresorbiert werden müssen. Erst wenn der Volumenmangel durch Verabreichen einer NaCl-Lösung behoben wurde, kann HCO3 mit Na+ ausgeschieden werden. Der respiratorischen Kompensation einer metabolischen Alkalose durch Einschränkung der Ventilation und damit der CO2-Elimination sind durch die resultierende Hypoxie enge Grenzen gesetzt; pCO2-Werte über 50–55 mmHg werden bei metabolischer Alkalose kaum beobachtet.
Die bei lang dauernder Einwirkung von Mineralocorticoiden (Hyperaldosteronismus) Mineralokortikoide:metabolische AlkaloseHyperaldosteronismus:metabolische Alkaloseauftretende metabolische Alkalose ist auf Aldosteron:metabolische Alkaloseeine gesteigerte renale H+-Ausscheidung zurückzuführen. Aldosteron erhöht die Abgabe von H+-Ionen in das Tubuluslumen direkt durch Stimulierung des Na+-H+-Austauschs in der luminalen Zellmembran und indirekt, indem es durch Steigerung der Na+-Resorption im distalen Nephron das Tubuluslumen stärker elektronegativ macht, wodurch die treibende Kraft für die H+-Sekretion zunimmt. Auch Schleifen- und Thiaziddiuretika können zu Thiaziddiuretika:metabolische AlkaloseSchleifendiuretika:metabolische Alkaloseeinem vermehrten renalen H+-Verlust führen (Kap. 21.2).
Die im Rahmen einer Hypokaliämie auftretende Alkalose hat Hypokaliämie:AlkaloseAlkalose:Hypokaliämieextrarenale und renale Ursachen. Bei Hypokaliämie ist die Aktivität der Na+-K+-ATPase vermindert,Natrium-Kalium-ATPase:HypokaliämieHypokaliämie:Natrium+-Kalium-ATPase die intrazelluläre Na+-Konzentration steigt an. Damit wird das Konzentrationsgefälle für Na+ in die Zellen kleiner, wodurch der Auswärtstransport von H+ aus den Zellen über den Na+-H+-Austauschmechanismus gehemmt wird (Abb. 20.3). Bei Hypokaliämie liegt daher eine Verschiebung von H+-Ionen von extra- nach intrazellulär vor, wir haben also eine intrazelluläre Azidose bei extrazellulärer Alkalose. In der Niere kommt es bei intrazellulärer Ansäuerung zu einer Aktivierung der NH3-Produktion und damit zu einer vermehrten Ausscheidung von H+ in Form von NH4+ bzw. zu vermehrter HCO3-Neubildung (Abb. 20.2).
Therapie von Störungen des Säure-Basen-Haushalts
Azidose:Therapie Alkalose:Therapie Ketoazidose:diabetische NatriumBicarbonat:Ketoazidose Azidose:renale Alkalose:metabolische Carboanhydrase:Hemmung Ammoniumchlorid:metabolische Alkalose Azidose:Natriumcitrat Hyperkalziurie:Natriumbicarbonat/-citrat Laktatazidose:Alkalisierung, überschießende Laktatazidose:Natriumbicarbonat metabolische Alkalose:Ammoniumchlorid Natriumbicarbonat:Laktatazidose Natriumcitrat:Azidosel, renale Nephrokalzinose:Natriumbicarbonat/-citrat Osteomalazie:Natriumbicarbonat/-citrat

Die Behandlung von Azidosen und Alkalosen soll primär die zugrunde liegende Erkrankung zum Ziel haben, es müssen z.B. die diabetische Ketoazidose, die Atem- oder die Kreislaufinsuffizienz behandelt werden. Bei urämischer oder anderen Formen der renalen Azidose kann peroral Natriumbicarbonat oder Natriumcitrat verabreicht werden (1–2 mmol/kg/Tag), um die Entstehung einer Osteomalazie, Hypercalciurie und Nephrocalcinose zu vermeiden. Citrat (C6 H8 O7) wird im Organismus zu HCO3 metabolisiert.

Ein besonderes therapeutisches Problem stellt die Lactatazidose dar (Plasmalactat > 10 mmol/L, Normwert ≈ 1 mmol/L), bei der die Gabe von NaHCO3 oft ineffektiv ist. Generell ist bei der i.v. Verabreichung von Natriumbicarbonat aus folgenden Gründen Vorsicht geboten:

  • Das durch die Abpufferung von H+-Ionen entstehende CO2 diffundiert rasch in die Zellen, weniger rasch hingegen das polare HCO3, intrazellulär kann daher die Azidose verstärkt werden. Die gleiche Situation liegt an der Blut-Hirn-Schranke vor, der Liquor cerebrospinalis kann durch Gabe von Bicarbonat vorübergehend noch saurer werden.

  • Durch die Na+-Zufuhr kann es zu einer Ausweitung des extrazellulären Volumens kommen, was bei Ödemen, Herzinsuffizienz oder Hypertonie unerwünscht ist.

  • Durch überschießende Alkalisierung kann die Konzentration von freiem Ca2+ absinken, es droht eine Tetanie, vor allem bei a priori bestehender Hypocalcämie. Die Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve wird durch die Alkalisierung nach links verschoben, sodass die Verfügbarkeit von Sauerstoff im Gewebe sinken kann.

Wegen dieser Gefahren soll bei Azidose nicht versucht werden, den pH-Wert oder die Konzentration von HCO3 im Plasma bis zum Normwert zu heben, vielmehr reicht ein pH von 7,25 bzw. ein [HCO3] von 22 mmol/L.

Bei schwerwiegender, lang dauernder metabolischer Alkalose, z.B. wegen kontinuierlichen Verlusts von Magensaft über eine Sonde, können eventuell Säurebildner zum Ersatz saurer Sekrete verabreicht werden. Ein derartiger Säurebildner ist Ammoniumchlorid, das im Körper zu NH3, H+ und Cl umgewandelt wird, wobei NH3 in den Harnstoffmetabolismus eingeht, sodass HCl übrig bleibt. Ammoniumchlorid, das auch als Expektorans verwendet wird (Kap. 7.6), soll bei Leberzirrhose nicht eingesetzt werden, da der Metabolismus zu Harnstoff beeinträchtigt ist. Auch durch Gabe der kationischen Aminosäuren Arginin und Lysin, die in Form des Hydrochlorids zugeführt werden, entsteht HCl. Arginin stimuliert den Harnstoffzyklus und damit die NH3-Elimination; es ist daher bei beeinträchtigter Leberfunktion vorzuziehen. Um den pH rasch zu senken, kann HCl (100 mmol/L in 0,9-prozentigem NaCl oder 5-prozentiger Glucose) direkt verabreicht werden. Wegen der Gefahr einer lokalen Irritation sollen HCl-Lösungen langsam in eine große Vene, z.B. über einen zentralvenösen Katheter, infundiert werden. Letztlich kommt zur Ansäuerung des Plasmas auch die Gabe von Acetazolamid in Betracht, das die renale HCO3-Ausscheidung durch Hemmung der Carboanhydrase steigert (Kap. 21.2.4).Acetazolamid:Carboanhydrase, Hemmung

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