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B978-3-437-41918-8.00013-0

10.1016/B978-3-437-41918-8.00013-0

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Wasser- und Elektrolythaushalt

Kasuistik

Zwei Tage vor Silvester wird Herr F. als Notfall mit Aszites, deutlichen Zeichen einer Enzephalopathie und Exsikkose bei prärenalem Nierenversagen aufgenommen. Bei dem Patienten liegen eine Apraxie (Unfähigkeit, einfache Diagramme wie z. B. ein Haus mit Dach nachzuzeichnen, Kap. 5.2) sowie grobschlägiges Zittern der Hände („flapping tremor“) als Zeichen der Enzephalopathie vor. Sein Abdomen ist massiv aufgebläht (Abb. 13.A).

Patientendaten

  • Allgemeine Daten: Alter: 47 Jahre, Größe: 170 cm, Gewicht: 90 kg

  • Anamnese: mehrfache Krankenhausaufenthalte in den letzten Jahren, teils als Folge von Alkoholabusus (bis zu 1 L Wodka täglich), teils aufgrund depressiver Episoden. Der Patient gibt an, den Tod seiner Lebensgefährtin vor fünf Jahren nicht verkraftet zu haben und sich in den Alkohol zu flüchten. Bereits vor einem Jahr wurden Zeichen der beginnenden Leberfunktionsstörung (erhöhte γ-GT, erhöhte Transaminasen, reduzierte Cholinesterase) bei sonografisch knotig vergrößerter Leber festgestellt. Herr F. hat es trotz intensiver Aufklärung und entsprechender Therapieangebote nicht geschafft, sein Trinkverhalten zu ändern.

  • Labor: Anämie (Hb 10,0 g/dL); Leukopenie (1,4 · 109/L); Thrombopenie (89 · 109/L); GOT 47 U/L, GPT 23 U/L, γ-GT 197 U/L, ChE 0,7 kU/L; Albumin 32 g/L

  • Sonografie: vergrößerte Milz (Splenomegalie), Leber vergrößert und fibrotisch, Nachweis eines massiven Aszites (Abb. 13.B).

Weitere Maßnahmen

Sieben Liter (!) eiweiß- und zellarmes Transsudat werden abpunktiert. Die Entnahme erfolgt nach Markierung, Desinfektion und Betäubung unter sonografischer Kontrolle am linken Unterbauch (Abb. 13. B). Dabei wird die Bauchdecke mit einer Hohlnadel durchstochen, die Flüssigkeit durch eine aufgesetzte Spritze steril aus der Bauchhöhle entnommen und anschließend im Labor untersucht. Eine bakterielle Infektion liegt nicht vor.
Herr F. leidet unter einer alkoholtoxisch bedingten Leberzirrhose, in deren Folge sich eine portale Hypertonie, Aszites, ein hepatorenales Syndrom mit Nierenversagen sowie eine hepatische Enzephalopathie gebildet haben.

Leberzirrhose und ihre Folgen

In 90 % ist die Erkrankung alkoholtoxisch verursacht. Der knotig-narbige Umbau des Lebergewebes führt in den vorgeschalteten Gefäßabschnitten zum Druckanstieg (portaler Hochdruck) mit schwerwiegenden Veränderungen. Die Leberwerte (Leberenzyme, die normalerweise nur intrazellulär vorkommen) sind erhöht (v. a. γ-GT). Da der Druck in der Portalvene bei Herrn F. über 10 mmHg liegt, hat sich ein gastroösophagealer Umgehungskreislauf gebildet. Im distalen Abschnitt des Ösophagus und im Bereich der Kardia sind sonografisch drei Varizenstränge mit einem Durchmesser von ca. 5 mm zu erkennen.
Die Enzephalopathie resultiert aus der beeinträchtigten Entgiftungsfunktion der Leber. Ammoniak, das normalerweise über den Harnstoffzyklus in den Leberzellen entgiftet wird, sammelt sich an und verursacht eine Funktionsstörung des Gehirns mit zunehmenden neurologischen Auffälligkeiten.
Bei einer Leberzirrhose kommt es zum oligurischen Nierenversagen (Ausscheidung von wenig, aber hoch konzentriertem Harn). Die Ursache dieses hepatorenalen Syndroms ist eine gestörte Kreislaufregulation. Durch den pathologischen Ersatz von intaktem Lebergewebe durch Bindegewebe wird das Gefäßbett eingeengt. Dadurch steigt der hydrostatische Druck in den Kapillaren. Da die Lebersinusoide keine Basalmembran besitzen, kommt es bei erhöhtem Portaldruck zu einem erheblichen Flüssigkeits- und Eiweißausstrom. Die Filtration findet vermehrt in die Bauchhöhle statt und führt zur Aszitesbildung.
Aufgrund des Untergangs von Leberparenchymzellen ist auch die Produktion von Plasmaproteinen (v. a. Albumin) herabgesetzt. Die Hypoproteinämie senkt den onkotischen Druck (Kap. 1.2) und vermindert die Rückresorption, führt also ebenfalls zur peripheren Ödembildung. Mangel- oder Fehlernährung von Patienten mit Alkoholmissbrauch begünstigt den Albuminmangel zusätzlich.
Aszites und Ödeme mindern das zirkulierende Plasmavolumen und führen so zum Blutdruckabfall. Dadurch kommt es zu einer massiven Aktivierung des Sympathikus und zur renalen Vasokonstriktion; Nierendurchblutung und glomeruläre Filtrationsrate nehmen ab. Die konsekutive Reninausschüttung führt zur vermehrten Sekretion von Angiotensin II, ADH und Aldosteron. Diese steigern die tubuläre Rückresorption von Wasser und Kochsalz; es resultiert die Oligurie.

Therapie

Um der Aszitesbildung entgegenzuwirken, wird die tägliche Trinkmenge auf maximal 1,5 L beschränkt. Zusätzlich erhält Herr F. eine diuretische Kombinationstherapie mit einem Aldosteronantagonisten (z. B. Spironolacton) und einem Schleifendiuretikum (z. B. Furosemid), um die Flüssigkeitsausscheidung zu steigern.
Bei erheblichem Aszites ist die Punktion durch die Bauchwand unter gleichzeitiger Volumen- und Eiweißsubstitution per Infusion sinnvoll. Da das intravasal gegebene Eiweiß Flüssigkeit bindet, verhindert diese Maßnahme, dass der Aszites schnell wieder „nachläuft“. Zur Therapiekontrolle sind Flüssigkeitsbilanzierung oder tägliche Kontrolle des Körpergewichts sinnvoll.
Potenzielle Komplikationen eines Aszites sind Atemnot durch Zwerchfellhochstand, Refluxösophagitis und spontane bakterielle Peritonitis.
Wegen der akut lebensbedrohlichen Lage wird der Patient zunächst intensivmedizinisch überwacht und außerdem hochkalorisch parenteral ernährt.
Die orale Zufuhr von verzweigtkettigen Aminosäuren verbessert die Enzephalopathie, da sie mit den neurotoxischen Aminosäuren um den aktiven Transport durch die Blut-Hirn-Schranke konkurrieren. Denselben Effekt hat die intravenöse Gabe von Ornithin. Auch eine Darmsterilisation (Beseitigung der Ammoniak bildenden Darmflora) und die Unterdrückung der Resorption von Ammoniak im Darm durch Senkung des Stuhl-pH (→ erschwerte Diffusion von NH3 in die Blutbahn) sind sinnvolle Therapiemaßnahmen.

Weiterer Verlauf

Eine Röntgenaufnahme nach Kontrastdarstellung des Pfortadersystems bestätigt das Krankheitsbild einer portalen Hypertonie. Differenzialdiagnostisch muss man dabei unterscheiden, ob ein prähepatischer (z. B. bei Pfortaderthrombose), posthepatischer (z. B. Rechtsherzversagen) oder, wie im Fall von Herrn F., ein intrahepatischer Block dem Hochdruck zugrunde liegt. Beim intrahepatischen Block ist in 90 % eine Leberzirrhose die Ursache.
Da während des stationären Aufenthalts depressive und aggressive Episoden aufgetreten sind, hat sich der Patient dazu bereit erklärt, an einer psychotherapeutischen Behandlung teilzunehmen. Da er nicht in der Lage ist, allein zu wohnen, wird er in ein Pflegeheim aufgenommen, wo auch ein kontrollierter Alkoholentzug durchgeführt wird.
Die diuretische Therapie muss fortgesetzt werden, was auch bedeutet, dass weiter die gesamte Trinkmenge eingeschränkt wird.

Physiologie im Fokus

  • Extrazelluläre Flüssigkeit entsteht durch Abfiltrieren von Plasma aus den Kapillaren ins Interstitium, getrieben vom Blutdruck.

  • Der onkotische Druck der verbleibenden Proteine ist für die Rückresorption von Flüssigkeit im venösen Kapillarschenkel verantwortlich.

  • Bei erniedrigtem onkotischem Druck (Leberschäden, Mangelernährung) verbleibt Flüssigkeit im Gewebe, v. a. im Bauchraum.

  • Verschobene Druckverhältnisse lassen Ödeme auch in Lunge oder Beinen entstehen.

  • Der Blutdruck wird entscheidend vom zirkulierenden Volumen beeinflusst.

  • Massiver Volumenverlust führt zu Oligurie, z. B. Schockniere nach starkem Blutverlust.

Grundlagen

Bei jeder lebenden Zelle handelt es sich um eine hoch konzentrierte Ansammlung von Proteinen, Nukleinsäuren und Metaboliten in einer gelartigen Elektrolyt-„Lösung“, die Stoffwechsel treibt und sich vervielfältigen kann (Kap. 1.5). Gegen die Umwelt ist sie durch eine Zellmembran abgegrenzt, die aber Stoff-, Energie- und Informationsaustausch erlaubt. Unsere einzelligen Vorfahren lebten in einem salzreichen Meer mit konstanter Zusammensetzung, aus dem sie Nährstoffe entnehmen und in das sie Stoffwechselprodukte in großer Verdünnung abgeben konnten. Im Gegensatz zu ihnen müssen vielzellige Organismen (v. a. wenn sie an Land leben) in einer variablen Umwelt die Zusammensetzung ihrer extrazellulären Flüssigkeit konstant halten (Homöostase), um alle Zellfunktionen aufrechtzuerhalten. Näheres zur Abgabe der Stoffwechselendprodukte CO2, H+, HCO3 und NH3 durch Lunge und Niere sowie zur Interaktion dieser Organe bei der Konstanthaltung des pH-Werts Kap. 10, Kap. 11 und Kap. 12.Kap. 11Kap. 12

Flüssigkeitsräume und ihre Zusammensetzung

Der Mensch besteht zu etwa 65 % aus Wasser; beim Säugling ist der Wasseranteil höher (75 %), im Alter nimmt er ab, da der relative Anteil an fettfreier Körpermasse sinkt und Fettgewebe naturgemäß sehr wasserarm ist.

Klinik

Bei ausgeprägter Adipositas kann der Wasseranteil des Körpers auf nur ein Drittel absinken.

Fast zwei Drittel dieses Wassers befindet sich im intrazellulären Raum (IZR, Abb. 13.1). Das extrazelluläre Wasser verteilt sich zum größten Teil im Interstitium (inkl. Lymphgefäße), der Rest in den Blutgefäßen und anderen flüssigkeitsgefüllten Räumen („transzellulär“: Liquor, GI-Trakt, Nierentubuli und ableitende Harnwege, Körperhöhlen, Muttermilch, Abb. 13.1). Das Volumen dieser Räume oder Kompartimente kann man mithilfe von Substanzen messen, die sich nur in einem dieser Räume lösen (schweres Wasser D2O oder 3HHO für den Gesamtraum, impermeables Inulin für den Extrazellularraum, an Plasmaproteine gebundene Marker für den intravasalen Raum) bzw. mittels Subtraktionsverfahren errechnen. Das unbekannte Volumen V ergibt sich nach vollständiger Verteilung im entsprechenden Raum aus der Menge des verabreichten Stoffes M, dividiert durch seine Endkonzentration c:
Injiziert man z. B. 10 g einer Substanz, die sich nur im Extrazellularraum (EZR) löst (blau, Abb. 13.2), und 20 g einer Substanz, die sich auch im Intrazellularraum (IZR) löst (rot), kann man diese Volumina bestimmen, indem man die Konzentration beider Stoffe im EZR bestimmt. Angenommen, sie beträgt jeweils 1 g/L, so errechnet sich nach der obigen Formel ein EZR-Volumen von 10 L:
und ein Gesamtvolumen von 20 L:
Die Differenz zwischen beiden ergibt den IZR:
Da alle diese Räume miteinander in Verbindung stehen, müssen sie die gleichen Konzentrationen osmotisch wirksamer Teilchen enthalten (Isotonie); allerdings ist die Zusammensetzung sehr unterschiedlich (Tab. 13.1 in Kap. 13.5). Es herrscht Elektroneutralität, d. h., es sind immer gleich viele Anionen wie Kationen (Elektrolyte) vorhanden. Die Gesamtkonzentration osmotisch wirksamer Teilchen beträgt im Plasma ca. 290 mosmol/kg (Osmolalität, Kap. 1.1). Abweichungen nach oben bezeichnet man als hyperton, nach unten als hypoton. Änderungen der Gesamtkonzentration in einem Raum führen osmotisch so lange zu Wasserverschiebungen, bis ein Ausgleich erfolgt ist, da Wasser mehr oder weniger frei durch fenestrierte Endothelien, parazelluläre Spalten und transzellulär durch Wasserkanäle in den Membranen (Aquaporine) strömen kann.
Wassermangel (Dehydratation) oder -überschuss (Hyperhydratation) verändern die Konzentration der v. a. für elektrophysiologische Vorgänge wichtigen Elektrolyte. Elektrolytveränderungen in einem Raum führen durch Wasserverschiebung zu Konzentrationsänderungen in anderen Kompartimenten (Abb. 13.3).

Wasserbilanz

Mindestens 2 L Wasser verliert der Körper in Ruhe täglich, davon 1 L über den Harn, 0,1 L über den Stuhl, 0,4 L über Schweiß und 0,5 L über die mit Wasserdampf gesättigte Ausatemluft. Diese Menge muss also mindestens mit Nahrung und Trinkwasser zugeführt werden bzw. entsteht durch Oxidation (Beispiel Glucose-Oxidation: C6H12O6 + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O). Bei körperlicher Arbeit kann diese Menge wegen verstärkten Schwitzens und höherer Atemfrequenz drastisch ansteigen und muss dann durch vermehrtes Trinken gedeckt werden (Kap. 16.4). Überschüssiges Wasser kann dagegen leicht mit dem (entsprechend verdünnten) Harn ausgeschieden werden.

Homöostase des Flüssigkeitsbestands

Ein kontinuierlicher Wasserbestand ist nötig, um den Hydratationszustand der zellulären Makromoleküle und damit ihre Funktionsfähigkeit zu erhalten sowie das zirkulierende Volumen und damit den Blutdruck für eine ausreichende Versorgung der Organe durch den Kreislauf konstant zu halten. Diese Homöostase wird bedroht durch:
    • Flüssigkeitsmangel (Dehydratation) durch Durst, Blutverlust, starkes Schwitzen, lang andauerndes Erbrechen bzw. Durchfälle, Austritt und Verdunstung von interstitieller Flüssigkeit bei großflächigen Verbrennungen, erhöhte Harnproduktion (z. B. Diabetes insipidus oder Einnahme von Diuretika), Stillen

    • Flüssigkeitsüberschuss (Hyperhydratation) durch mangelhafte Wasserausscheidung bei Niere.ninsuffizienz, Rechtsherzinsuffizienz mit Ödembildung oder Infusion großer Flüssigkeitsmengen.

Das Trinken selbst großer Mengen hypotoner, z. B. alkoholhaltiger Flüssigkeiten führt dagegen nicht wirklich zur Hyperhydratation, da diese im GI-Trakt durch Zusatz von elektrolythaltigen Verdauungssäften schnell isoton werden (Kap. 14.1). Dadurch werden die Gesamtkonzentrationen von Elektrolyten im Körper also kaum verändert, und die Niere scheidet außerdem sehr rasch vermehrt Wasser aus.
Der Flüssigkeitsbestand des Körpers wird über zwei Regelgrößen registriert: das Blutvolumen und die Osmolarität der Extrazellularflüssigkeit.
Volumensensoren gibt es an den Veneneinmündungen in die Vorhöfe (ANP, Kap. 17.9) sowie in den Wänden der intrathorakalen Hohlvenen, also an Orten, die wegen ihrer Lage im Niederdrucksystem und ihrer passiven Dehnbarkeit dazu sehr gut geeignet sind. Das Blutvolumen wird indirekt auch über den Blutdruck registriert, nämlich durch die Barosensoren in Aortenbogen und Karotissinus. Osmosensoren befinden sich in den zirkumventrikulären Organen (Organum vasculosum der Lamina terminalis des III. Hirnventrikels) und im ventromedialen und rostralen Teil des Hypothalamus. Es handelt sich dabei um Neurone, die nicht durch die Blut-Hirn-Schranke vom Plasma abgeschottet sind. Bei Schwellung (hypotones Plasma) oder Schrumpfung (hypertones Plasma) ändern sie ihre neuronale Aktivität und schon Abweichungen der Osmolarität um 1 % vom Normalwert führen zu Veränderungen in der Ausschüttung von ADH (antidiuretisches Hormon, Kap. 17.9).

Volumenmangel

Sinkt das Blutvolumen durch mangelnde Flüssigkeitszufuhr, kommt es zum Anstieg der Osmolarität und zentral vermittelt zum Durstgefühl (Abb. 13.4). Das Volumen sinkt auch bei starkem Schwitzen eines hitzeadaptierten Menschen, der nur wenig NaCl im Schweiß verliert. Massiver Volumenmangel würde zum Absinken des Blutdrucks und, wenn alle Kompensationsmechanismen (Tachykardie, Vasokonstriktion) ausgereizt sind, zum Kreislaufkollaps führen. Osmorezeptoren vermitteln aber eine vermehrte ADH-Freisetzung aus der Neurohypophyse, das in den Sammelrohren der Niere den Einbau von Aquaporinen fördert und so die Rückresorption von Wasser verstärkt (→ Wasserverlust über den Harn ↓). Sie stimulieren außerdem das Durstzentrum und erhöhen so die Wasseraufnahme.
Die verminderte Dehnung der Vorhöfe senkt deren ANP-Ausschüttung (ANP = atriales natriuretisches Peptid, Kap. 17.9) und erhöht über vagale Afferenzen zusätzlich die ADH-Ausschüttung (gehemmter Gauer-Henry-Reflex). Im Zusammenspiel von erhöhtem Aldosteron und erniedrigtem ANP werden die Na+- und die Wasserrückresorption verstärkt. ADH wirkt zusätzlich konstriktorisch auf Widerstandsgefäße (Syn.: Vasopressin!); ein Abfall des arteriellen Blutdrucks stimuliert außerdem wegen der Minderdurchblutung der Niere dort die Reninbildung. Renin führt über Angiotensin II ebenfalls zur Vasokonstriktion, zusätzlich stimuliert es die Aldosteron-Ausschüttung.
Gemeinsam stabilisieren all diese komplexen Mechanismen den Kreislauf und normalisieren Volumen und Osmolarität durch vermehrte Rückresorption und vermehrte Aufnahme von Wasser.

Klinik

Bei starkem Blutverlust (hypovolämischer Schock) geht dagegen isotone Flüssigkeit verloren. Wegen des Blutdruckabfalls in den Kapillaren (Vasokonstriktion) und den Venen tritt Plasma nicht aus, sondern interstitielle Flüssigkeit gelangt in das Gefäßsystem, was den Kreislauf zunächst stützt („innere Infusion“). Dieser Volumenmangel führt dann zu „hypovolämischem“ Durst des Verletzten (statt zu „osmotischem“ Durst, s. o.), der unter natürlichen Bedingungen akut durch Trinken von Wasser ausgeglichen wird. Mittelfristig muss aber durch erhöhte Aufnahme von Salz die Homöostase wiederhergestellt werden. Intravenöse Infusion von physiologischer Kochsalzlösung behebt das Problem sehr viel schneller.

Kochsalzhaushalt

NaCl und NaHCO3 sind die quantitativ wichtigsten Elektrolyte des EZR (Tab. 13.1 in Kap. 13.5) und damit hauptsächlich für dessen Osmolarität verantwortlich. Änderungen in ihrer Konzentration werden durch Wasserströme aus anderen Kompartimenten ausgeglichen (Abb. 13.3); das extrazelluläre Volumen (EZV) spiegelt daher den Gesamt-Kochsalzgehalt exakt wider. Die NaCl-Homöostase wird v. a. über die Messung des EZV reguliert, spezielle NaCl-Sensoren sind nicht bekannt.
Der Mensch würde unter natürlichen Bedingungen fast überall an Kochsalzmangel leiden (Ausnahme: Meeresküsten), da NaCl nur in Fleisch, Fisch, Milch und Milchprodukten als extra- bzw. transzelluläre Flüssigkeit in größeren Mengen vorhanden ist, nicht aber in pflanzlicher Nahrung. Unser Körper ist deshalb darauf optimiert, Kochsalz zu sparen. Salzmangel verkleinert das EZV und stimuliert – ähnlich wie Volumenmangel – das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS, Abb. 13.5). Mehrere Mechanismen sind dafür verantwortlich, am besten belegt ist folgender: Im distalen Tubulus der Nephrone wird kontinuierlich die NaCl-Konzentration gemessen. Sinkt sie ab, wird Renin aus den Macula-densa-Zellen freigesetzt (tubuloglomeruläres Feedback, Kap. 11.5). Renin führt über systemisch gebildetes Angiotensin II (Ang II) zur generellen Vasokonstriktion, wodurch der Blutdruck stabilisiert und der Entgleisung des Kreislaufs entgegengewirkt wird. Lokal gebildetes Ang II verursacht besonders an den Vasa afferentia in der Niere eine Konstriktion, da diese offenbar besonders dicht mit Ang-II-Rezeptoren besetzt sind. Dies drosselt die glomeruläre Filtrationsrate und vermindert so die Flüssigkeitsausscheidung, wirkt also einer weiteren Verkleinerung des EZV entgegen. Um den Salzmangel tatsächlich zu beheben, wird so schon die Na+-Rückresorption im proximalen Tubulus stimuliert, da durch den verlangsamten Fluss des Primärharns die Kontaktzeit zunimmt. Außerdem stimuliert Ang II die Na+-Rückresorption im proximalen Tubulus und im Sammelrohr (Kap. 11.16).
Zusätzlich erhöht Ang II die Freisetzung des Mineralocorticoids Aldosteron aus der äußeren Zona glomerulosa der Nebennierenrinde. Dieses Hormon maximiert die Na+-Rückresorption im distalen Tubulus und im Sammelrohr durch Öffnung luminaler Na+-Kanäle und Aktivierung der basalen Na+-K+-ATPase. Die Folge ist ein fast Na+-freier Urin, dessen Osmolarität letztlich nur noch von der Harnstoffkonzentration abhängt.
Über dieselben Mechanismen erhöht Aldosteron auch im Kolon und sogar in Schweiß-, Tränen- und Speicheldrüsen die Na+-Rückresorption. Gleichzeitig steigern Aldosteron und Afferenzen der Herzvorhöfe den „Salzappetit“. All diese Faktoren stellen im Zusammenspiel die Homöostase wieder her.
Die Verkleinerung des EZV bei Salzmangel wird außerdem in den Herzvorhöfen registriert, die daraufhin die ANP-Ausschüttung drosseln. Dies ermöglicht die maximale Freisetzung sowohl von Renin als auch von Aldosteron, die sonst durch ANP inhibiert wird (Kap. 17.9). Schließlich kommt es noch zur Aktivierung sympathischer Afferenzen, die ebenfalls die Reninbildung stimulieren. Dieser Mechanismus scheint jedoch von untergeordneter Bedeutung zu sein, da transplantierte, nicht innervierte Nieren ebenfalls einwandfrei den Salzhaushalt und das Flüssigkeitsvolumen regulieren.
Salzüberschuss vergrößert das EZV, zunächst durch Verschiebung aus dem intrazellulären Kompartiment, kompensiert durch zusätzliches Trinken. (So steigern Salzbrezen und gesalzener „Radi“ in bayerischen Bierzelten den Getränkeumsatz!) Durch erhöhte ANP-Sekretion bzw. Inaktivierung des RAAS wird dann vermehrte Salz- (und gleichzeitig) Wasserabgabe erreicht.

Klinik

Salzüberschuss gibt es erst, seit der Mensch den Abbau von fossilen Salzstöcken und die Gewinnung von Meersalz technisch in großem Stil beherrscht. Der unvermeidliche Salzverlust mit dem Harn beträgt auch bei Salzmangel etwa 500 mg/d, je nach Kulturkreis werden aber 1–40 g/d aufgenommen! In Deutschland liegt der Konsum bei 15 g/d, Rekordhalter sind die Bewohner Nordjapans. Vor allem das Einsalzen von Nahrung, was vor der Erfindung des Kühlschranks früher weltweit zur Konservierung genutzt wurde, ist dort für solche extremen Mengen verantwortlich. In Nordjapan leiden fast 40 % der Menschen unter arterieller Hypertonie (Bluthochdruck), was auf einen kausalen Zusammenhang zwischen Salz, zirkulierendem Volumen und Blutdruck schließen lässt. Jedoch führt übermäßiger Salzgenuss nicht automatisch zu Bluthochdruck, und salzarme Ernährung verhilft nur einem kleinen Teil der Hypertoniker zu normalen Blutdruckwerten. Deshalb geht man von einer starken genetischen Komponente für die Anfälligkeit für „Salzhypertonus“ aus. Bei jeder Form von Hypertonie werden aber trotzdem Diuretika in Kombination mit anderen Wirkstoffen erfolgreich eingesetzt, die über Volumenverlust auch den Blutdruck senken.

Atherosklerotische Verengung der Nierenarterien, v. a. aber entzündliche und fibrotische Nierenerkrankungen führen zu erhöhtem zirkulierendem Angiotensin II und renaler Hypertonie.

Kaliumhaushalt

Kalium ist das wichtigste Kation in der intrazellulären Flüssigkeit, wegen der Gesamtgröße des IZR ist es auch das häufigste gelöste Kation überhaupt (Abb. 13.6a). Jede Zelle besitzt Kanäle, durch die K+ seinem Gradienten folgend ausströmt. Es kommt aber nicht zum Konzentrationsausgleich, da Gegen-Ionen, v. a. negative Gruppen an Proteinen und Phosphaten (z. B. auch an RNA), nicht folgen können und sich so zwangsläufig ein Gleichgewichtspotenzial aufbaut. Na+ gelangt ständig bei Transportvorgängen in allen Zellen oder bei Aktionspotenzialen erregbarer Zellen durch Kanäle in das Zellinnere. Von dort wird es unter ATP-Verbrauch im Austausch gegen K+ wieder ausgeschleust. Die große Bedeutung dieser ständigen Ionenbewegungen wird dadurch deutlich, dass die Na+-K+-ATPase etwa ein Drittel der täglich mit der Nahrung zugeführten Energie verbraucht (Kap. 1.4).
Kalium wird als Bestandteil der intrazellulären Flüssigkeit sowohl mit Fleisch als auch mit pflanzlicher Nahrung im Überschuss aufgenommen und durch Niere und Kolon ausgeschieden. Die exakte Einstellung der K+-Konzentration im Plasma ist von größter Bedeutung, v. a. für elektrophysiologische Vorgänge am Herzen.

Hyperkaliämie

Die Nernst-Gleichung sagt voraus, dass es bei Erhöhung der K+-Konzentration zur Depolarisation der Zelle kommt (Kap. 2.3). Durch Infusion einer K+-reichen Lösung wird in der Herzchirurgie (Op. am Herzen, Konservierung von Spenderorganen) durch Dauerdepolarisation ein Herzstillstand ausgelöst (kardioplege Lösung). Wegen der niedrigen Plasmakonzentration kann eine Hyperkaliämie aber auch schon als Folge von Zerstörung großer Zellverbände (Quetschungen, Chemotherapie von Tumoren) durch Freisetzung von intrazellulärer Flüssigkeit, lokal auch bei exzessiver Muskelarbeit (tetanische Aktionspotenziale) dort im Gewebe entstehen.
Zur Hyperkaliämie kommt es auch durch eine Reihe von komplexen Interaktionen zwischen Salz- und Säurehaushalt der Zelle (Abb. 13.6b). Alle Zellen nutzen den Na+-Gradienten, um intrazellulär aus dem Stoffwechsel stammendes H+ rasch zu entfernen. Wird intrazellulär vermehrt Säure gebildet (Laktazidose bei Durchblutungsstörungen = Ischämie, Ketoazidose bei Diabetes), kommt es zur Hemmung der Na+-K+-ATPase, die K+ in die Zelle transportiert. Damit entsteht zusätzlich zur metabolischen Azidose eine Hyperkaliämie im Plasma (Abb. 13.6b). Werden andere Zellen, die die Azidose nicht selbst verursachen, mit dem niedrigen pH im Plasma konfrontiert (z. B. auch bei respiratorischen Störungen), wird extrazelluläres H+ gegen intrazelluläres K+ ausgetauscht und die Hyperkaliämie so noch verstärkt. Der Effekt ist dramatisch: Bei einer nicht-respiratorischen Azidose steigt das K+ pro 0,1 pH-Einheit um 0,6, bei einer respiratorischen Azidose immerhin um 0,1 mmol/L (Kap.12, Praxisfall). Allerdings werden so niemals zum Herzstillstand führende K+-Konzentrationen erreicht, da die Veränderungen des pH sehr viel früher lebensbedrohlich werden.

Hypokaliämie

Umgekehrt kommt es bei Alkalose, z. B. nach häufigem Erbrechen, zu einer Hypokaliämie, die zu lebensbedrohlichen Extrasystolen führen kann. Grund dafür ist die Eigenschaft vieler K+-Kanäle (darunter auch der für die Repolarisation des Herzens verantwortlichen), bei Hypokaliämie ihre Leitfähigkeit zu vermindern, um so die Zelle vor zu großem K+-Verlust zu schützen. Dadurch sinkt ihr Einfluss auf das Ruhemembranpotenzial und die Herzzelle depolarisiert (Abb. 13.7). Besonders vorgeschädigte Zellen, wie sie auch im gesunden Herzen vorkommen, wenn sie K+ verloren haben, befinden sich nahe am Schwellenwert und verursachen bei Hypokaliämie lebensbedrohliche Extrasystolen.
Insulin beeinflusst den K+-Spiegel, indem es nach einer Mahlzeit durch Stimulation der Na+-K+-ATPase in Leber, Muskel und Fettgewebe die rasche Aufnahme von K+ in die Zellen fördert. Dies beugt einer Hyperkaliämie nach K+-reicher Nahrung vor.

Klinik

Patienten mit Diabetes mellitus entwickeln bei schlecht eingestelltem Blutzucker eine diabetische Ketoazidose – eine lebensbedrohliche Situation, die zum Koma führen kann. Wegen des verlangsamten Transports von Glucose in die Zellen aufgrund von Insulinmangel oder -resistenz werden dort vermehrt Fettsäuren zu sauren Ketonkörpern abgebaut. Der pH-Wert sinkt, trotz einer kompensatorischen Hyperventilation (auch HCO3 und pCO2 sinken: Kußmaul-Atmung, Kap. 10.15). Diese Azidose führt dann häufig zu Hyperkaliämie. Die Therapie besteht in der Gabe von Volumen (Diurese → Dehydrierung), Insulin und Kalium! Warum? Wenn sich der pH normalisiert, wird das den Zellen mit dem Urin verloren gegangene K+ aus dem Plasma wieder aufgefüllt. Insulin beschleunigt diesen Vorgang. Deshalb kann seine Infusion ohne gleichzeitige K+-Gabe zu lebensgefährlicher Hypokaliämie und Herztod führen.

Andere Ionen

Calcium- und Phosphathaushalt

Da etwa 1 kg Calcium und Phosphat als basische Calciumphosphatverbindungen zusammen mit Na+, K+, Mg2+ bzw. Fluorid und Karbonaten die mineralische Substanz von Knochen und Zähnen aufbauen, hängen Calcium- und Phosphathaushalt eng zusammen.
Intrazellulär spielt Calcium eine entscheidende Rolle als Second Messenger (Kap. 1.9) bei Muskelkontraktion, Vesikelfreisetzung in Synapsen und sekretorischen Zellen, bei vielen Signaltransduktionsvorgängen bis hin zur Genregulation. Seine intrazelluläre Konzentration wird daher durch Pumpen und Carrier (Kap. 1.4) extrem niedrig gehalten. Das endoplasmatische Retikulum ist der wichtigste intrazelluläre Ca2+-Speicher.
Phosphat liegt intrazellulär frei als Komponente des Energiestoffwechsels vor (Kreatinphosphat + ADP ↔ Kreatin + ATP, ATP ↔ ADP + P), aber auch als Baustein in Nukleinsäuren und Phospholipiden sowie in phosphorylierten Proteinen, was für Regulationskaskaden bedeutsam ist. Außerdem ist Phosphat in all diesen Formen ein wichtiger intrazellulärer Puffer.
Etwa die Hälfte des Ca2+ liegt im Plasma an Proteine gebunden vor, nur freies Ca2+ steht für Reaktionen zur Verfügung (Tab. 13.1). Seine Konzentration muss angesichts des riesigen Knochenreservoirs mit der von Phosphaten genau abgeglichen werden. Würde eine der beiden Komponenten ansteigen, käme es zum Ausfallen unlöslicher Salze, sobald das Löslichkeitsprodukt überschritten wird. Die Konstanz von Ca2+ hat absoluten Vorrang. Beide Komponenten werden im Dünndarm nur unzureichend absorbiert, ein Großteil geht mit dem Stuhl verloren.
Regulatorische Hormone
Bei Hypokalziämie wird Parathormon (PTH) aus den Epithelkörperchen der Nebenschilddrüse freigesetzt (Abb. 13.8). Es aktiviert Osteoklasten zum Abbau von Knochensubstanz und führt so zur Ca2+-Freisetzung. Darüber hinaus stimuliert es die Ca2+-Rückresorption im distalen Nierentubulus. Gleichzeitig werden beim Abbau entsprechende Mengen an Phosphat freigesetzt. Da dieses Phosphat das Ca2+ wieder binden würde, hemmt PTH die Phosphatrückresorption in der Niere und führt so zur vermehrten Phosphatausscheidung (Abb. 11.32). In der Summe behebt PTH also einen akuten Ca2+-Mangel. Dabei geht jedoch zunächst Knochenmasse verloren. Aus diesem Grund wird in der Niere außerdem die Synthese von Calcitriol aus dem in der Leber gebildeten Calcidiol stimuliert (Vorstufe ist Vitamin D3). Calcitriol fördert mittelfristig die Resorption von Ca2+ und Phosphat im Darm (Kap. 14.11) und deren Rückresorption in der Niere und stellt so wieder Material für die Mineralisierung des Knochens zur Verfügung. Deren Ausmaß ist allein von der Plasmakonzentration dieser beiden Knochenkomponenten abhängig (Kap. 17.10).
Calcitonin wird bei Hyperkalzämie vermehrt aus den C-Zellen der Schilddrüse ausgeschüttet und hemmt die Bildung von PTH, stimuliert die Osteoblasten zur Mineralisation und, über Calcitriol, auch die Resorption von Ca2+-Phosphat im Darm. Es ist in der akuten Situation einer Hyperkalzämie Gegenspieler des PTH, spielt aber v. a. während des Wachstums und des Stillens eine wichtige Rolle beim Knochenaufbau und -erhalt (Kap. 11.16 und Kap. 17.10Kap. 11.16Kap. 17.10).

Magnesium

Magnesium liegt intrazellulär überwiegend als Komplex mit ATP vor, ist also Cofaktor aller ATPasen. Freies Mg2+ hemmt außerdem K+-, Ca2+- und NMDA-Ionen-Kanäle (Kap. 2.11). Die intestinale und renale Absorption wird durch Calcitriol und PTH gleichsinnig mit Ca2+ stimuliert, da zwei Drittel des Mg2+ im Körper gebunden als Knochenmineralien vorliegen.

Klinik

Sowohl Ca2+- als auch Mg2+-Mangel steigern die Erregbarkeit von Herz- und Skelettmuskulatur, durch Verschieben der Schwelle von Na+-Kanälen (Ca2+) bzw. durch Enthemmung von K+-Kanälen (Mg2+), was zu zellulärem K+-Verlust und Annäherung an die Schwelle führt. Hyperventilation führt über einen „Ca2+-Mangel“ zu Tetanie (Pfötchenstellung der Hände), da im alkalischen Plasma sonst von H+ besetzte Bindungsstellen stattdessen Ca2+ komplexieren, wodurch dessen freie Konzentration sinkt. Muskelkrämpfe können durch Mg2+-Mangel bei schwerer körperlicher Arbeit (starkes Schwitzen, Auswaschen durch vermehrtes Trinken), Fehlernährung oder nach Einnahme von Diuretika entstehen und sind durch entsprechende Mg2+-Präparate gut therapierbar.

Neben Calcitonin und Calcitriol, das über Erhöhung des Ca2+-Phosphat-Spiegels mineralisierend wirkt, wird der Knochenaufbau durch Östrogene und körperliche Bewegung gefördert, letzteres durch die mechanische Beanspruchung. Besonders bei Frauen führt das Absinken der Östrogene in der Menopause zu Osteoporose, einem beschleunigten Knochenabbau mit stark erhöhtem Risiko für Knochenbrüche. Bei beiden Geschlechtern ist mangelnde Bewegung im Alter ein weiterer bedeutender Risikofaktor. Wurde durch Ca2+-Mangel in der Jugend die Knochendichte nicht maximiert, kann Osteoporose früher auftreten.

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