Wasser- und Elektrolythaushalt

Der menschliche Körper besteht zum größten Teil aus Wasser und enthält zudem eine Vielzahl an bestimmten Elektrolyten. Sowohl die Funktion des menschlichen Körpers insgesamt als auch die jeder einzelnen Zelle ist wesentlich davon abhängig, dass diese Bestandteile ausreichend und in ausgewogenen Verhältnissen zueinander vorkommen. Um das zu gewährleisten, unterliegt der Wasser- und Elektrolythaushalt des Körpers einem komplexen Regulationssystem.

Wasser und Elektrolyte kommen in unterschiedlichen Zusammensetzungen in verschiedenen Räumen (sog. Flüssigkeitsräumen oder Kompartimenten) des menschlichen Körpers vor. Die Elektrolyte (in Form von Ionen) wirken als osmotisch aktive Bestandteile im Wasser. Hauptregulationsorgan des Wasser- und Elektrolythaushaltes ist die Niere. Bei einer Dekompensation des Wasserhaushaltes kann es zu einer De- bzw. Hyperhydratation und lebensbedrohlichen Elektrolytverschiebungen kommen.

Kompartimente

Die Flüssigkeit des Körpers verteilt sich auf zwei gegeneinander abgrenzbare Kompartimente, den Intra- und den Extrazellulärraum. Der Intrazellulärraum umfasst den Anteil innerhalb einer Zelle und stellt das größte Kompartiment dar. Zu den extrazellulären Flüssigkeiten zählt man die transzelluläre, die intravasale und die interstitielle Flüssigkeit. Das jeweilige Verteilungsvolumen dieser Kompartimente kann mittels spezifischer Indikatorsubstanzen berechnet werden.

⅔ des Körpergewichts sind Wasser, davon befinden sich ⅔ intrazellulär und von dem restlichen Drittel wiederum ⅔ interstitiell!

Der Wasserhaushalt des Menschen wird maßgeblich über die Osmolarität der Extrazellularflüssigkeit reguliert. Die normale Osmolarität liegt bei 290-295mosmol/l und wird ständig durch Osmosensoren im Hypothalamus kontrolliert.

Wassergehalt verschiedener Gewebe

Wassergehalt am Körpergewicht

Im höheren Lebensalter kommt es zu einer Reduktion des intrazellulären Körperwassers v.a. in Folge des Muskelmasseabbaus!

Frauen haben durch ihren höheren Anteil an natürlichem Fettgewebe einen geringeren Wassergehalt am Körpergewicht!

Berechnung der Verteilungsvolumina

• Ablauf: Es wird eine bekannte Menge Indikatorsubstanz intravenös injiziert. Nach ca. zwei Stunden kann die Konzentration der Indikatorsubstanz im Plasma bestimmt werden. Aus der Verteilung der Indikatorsubstanz auf die Flüssigkeitsräume können Rückschlüsse auf das Verteilungsvolumen (V) gezogen werden.
• Indikatoren: Substanzen, die sich nur in bestimmten Kompartimenten anreichern und den Gehalt dieses Kompartiments damit indirekt messbar machen
  • Evans Blue: Verteilung entspricht dem intravasalen Verteilungsvolumen
  • Inulin: Verteilung entspricht dem Verteilungsvolumen im Extrazellulärraum
  • Antipyrin, Deuterium, Tritium: Verteilungen entsprechen dem Gesamt-Wassergehalt des Körpers
  • Abgeleitete Größe: Aus der Differenz der Verteilungsvolumina von Antipyrin, Deuterium bzw. Tritium und Inulin lässt sich das intrazelluläre Verteilungsvolumen berechnen
• Berechnung: Verteilungsvolumen (V) = Menge_appliziert / Konzentration_Plasma

Wasser ist ein unverzichtbarer Bestandteil unseres Lebens. Es wird für zahlreiche Reaktionen und Mechanismen in unserem Körper benötigt und u.a. als Lösungs- und Kühlmittel, Wärmepuffer und Transportmedium verwendet.

Wasserbilanz

Eine ausgeglichene Wasserbilanz wird durch die tägliche Wasserzufuhr und Wasserausscheidung garantiert und ermöglicht einen konstanten Wassergehalt des Körpers.

• Zufuhr (2,5 L/Tag)
  • Über Getränke: 1,4 L
  • Über Nahrung: 900 mL
  • Oxidationswasser: 300 mL
• Ausscheidung (2,5 L/Tag)
  • Über den Harn: 1,5 L
  • Über die Atmung und die Haut: Pro Tag rund 10 mL/kgKG
  • Über den Stuhl: 200 mL

Regulation des Wasserhaushaltes

Der Wasserbedarf des Körpers wird über spezielle Rezeptoren, sog. Pressorezeptoren, Volumenrezeptoren und Osmorezeptoren, wahrgenommen und über das Durstgefühl und die Ausscheidung von Wasser durch die Niere reguliert. Eine elementare Rolle spielen hierbei eine Reihe von Hormonen, die als Reaktion auf die Wahrnehmung der Rezeptoren ausgeschüttet werden und u.a. Einfluss auf die Wasserausscheidung und -rückresorption in der Niere haben.

Osmorezeptoren

Über Osmorezeptoren im Pfortadersystem und Hypothalamus wird die Osmolarität der Extrazellularflüssigkeit detektiert.

• Wassermangel → Plasmatische Hyperosmolarität → ADH-Sekretion und Durstgefühl↑
• Wasserüberschuss → Plasmatische Hypoosmolarität → ADH-Sekretion und Durstgefühl↓

Regulation des Durstgefühls

Durstgefühl entsteht ab einem Wasserverlust von etwa 0,5% des Körpergewichts. Je nachdem, ob sich der Flüssigkeitsgehalt intrazellulär verringert oder ein Volumenmangel im Extrazellulärraum besteht , unterscheidet man zwischen osmotischem und hypovolämischem Durst.

• Osmotischer Durst: Intrazelluläre Osmolalität steigt an → Durstzentrum im Hypothalamus wird über Osmorezeptoren aktiviert → Durstgefühl und ADH-Sekretion steigen an → Vermehrtes Trinken und vermehrte Wasserretention in der Niere → Osmolalität sinkt
• Hypovolämischer Durst: Blutdruck und Blutvolumen sinken → Pressorezeptoren und Volumenrezeptoren werden vermindert aktiviert → Vermehrte ADH-Sekretion und Aktivierung des RAAS → Vermehrtes Trinken und steigende Wasserretention in der Niere → Blutdruck und Blutvolumen steigen an

Atriales natriuretisches Peptid (ANP)

• Funktion: Senkung des Blutdrucks und des Blutvolumens
• Synthese: In den Myozyten der Vorhöfe, v.a. des rechten Vorhofs
• Stimulation durch
  • Volumenzunahme (erhöhter zentralvenöser Druck): Wird durch Dehnungssensoren in den Vorhöfen registriert
• Wirkung: ANP bewirkt u.a. über folgende Mechanismen eine Senkung des arteriellen Blutdrucks sowie eine gesteigerte Natriurese und Diurese:
  • Relaxation der glatten Gefäßmuskulatur
    • → Abfall des Blutdrucks
    • → Steigerung der Nierenmarkdurchblutung und der glomerulären Filtrationsrate
  • Hemmung des epithelialen Na⁺-Kanals im Sammelrohr → Abfall der renalen Na⁺-Rückresorption → Steigerung der Na⁺-Ausscheidung und folglich auch der Wasserausscheidung → Senkung des ZVD
  • Hemmung der Aldosteron-, Renin-, ADH- und ACTH-Freisetzung

Störungen des Wasserhaushalts

Natrium (Na⁺) ist maßgeblich an der Regulation des Wasseraustausches zwischen Intra- und Extrazellulärraum beteiligt. Weiterhin ist der Natriumgradient zwischen Intra- und Extrazellulärraum Voraussetzung für die Entstehung von Aktionspotenzialen und dient als Triebkraft für sekundär aktive Prozesse. Der Mensch nimmt Natrium v.a. über die Nahrung auf.

Für Verschiebungen des Natriumhaushalts siehe: Elektrolytstörungen Natrium.

Verteilung im Körper

• Gesamtgehalt: 70–100 g (55–60 mmol/kgKG)
  • Extrazellulär (Serumkonzentration): ca. 135–145 mmol/L (95 %)
    • Hyponatriämie = Serumkonzentration <135 mmol/L
    • Hypernatriämie = Serumkonzentration >145 mmol/L
  • Intrazellulär: ca. 10–15 mmol/L (5 %)
• Aufrechterhaltung der Natriumverteilung: Über die Na⁺-K⁺-ATPase

Zufuhr und Ausscheidung

Natrium befindet sich als Bestandteil von Kochsalz in fast allen Lebensmitteln. Käse, Fleisch, Meeresfrüchte und Brot haben einen besonders hohen Natriumgehalt.

• Durchschnittliche Kochsalzzufuhr: ca. 5–15 g/Tag
• Durchschnittliche Na⁺-Ausscheidung: ca. 3 g/Tag
  • 95% werden über die Niere ausgeschieden
  • 5% werden über den Schweiß und Stuhl ausgeschieden

Regulation

Die Regulation der Natriumkonzentration erfolgt über das RAAS und ANP.

Funktion

• Regulation des Wasseraustauschs zwischen IZR und EZR
• Natriumgradient
  • Voraussetzung für die Entstehung von Aktionspotenzialen
  • Triebkraft für sekundär aktive Prozesse

Kalium (K⁺) ist das osmotisch wichtigste Kation des Intrazellulärraums. Es ist maßgeblich an der Ausbildung von Aktionspotenzialen und zudem an der Regulation des pH-Wertes beteiligt.

Für Verschiebungen des Kaliumhaushaltes siehe: Elektrolytstörungen Kalium.

Verteilung im Körper

• Gesamtgehalt: 140 g (40–50 mmol/kgKG)
  • Extrazellulär (Serumkonzentration): ca.3,6–5,2 mmol/L (2%)
    • Hypokaliämie = Serumkonzentration < 3,6 mmol/L
    • Hyperkaliämie = Serumkonzentration > 5,2 mmol/L
  • Intrazellulär: ca. 140–160 mmol/L (98%)
• Aufrechterhaltung der Kaliumverteilung: Über die Na⁺-K⁺-ATPase

Zufuhr und Ausscheidung

Kalium wird über die Nahrung aufgenommen und kommt v.a. in Orangen, Bananen, Aprikosen, Feigen, Fleisch und Kartoffeln vor.

• Durchschnittliche Zufuhr: 2–6 g/Tag (50–150 mmol)
• Durchschnittliche Ausscheidung: ca. 25 mmol/Tag werden über Schweiß, Stuhl und Urin ausgeschieden
  • ca. 10% werden enteral ausgeschieden
  • ca. 90% werden renal ausgeschieden

Regulation

Die Kaliumkonzentration wird über das RAAS reguliert. Hierbei wirkt Aldosteron indirekt über die Na⁺-Resorption auf die Kaliumverteilung ein.

Funktion

• Beeinflussung des Ruhemembranpotenzials
• Beeinflussung des pH-Wertes

Herzrhythmusstörungen
Eine zu niedrige (= Hypokaliämie) und eine zu hohe (= Hyperkaliämie) Konzentration von Kalium im Serum erhöhen das Risiko für lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen. Eine Hypokaliämie kann z.B. bei einer starken Durchfallerkrankung, heftigem Erbrechen oder einer unkontrollierten, starken Insulintherapie (temporäre Kaliumverschiebung nach intrazellulär) auftreten. Eine Hyperkaliämie wird bspw. durch chronisches Nierenversagen, erhöhte Kaliumfreisetzung aus Körperzellen (Traumata, Hämolyse) oder Insulinmangel ausgelöst. Je nach Schweregrad können leichtes Herzstolpern oder Herzrasen bis hin zum Herzinfarkt mit kardiogenem Schock die Folge sein.

Calcium (Ca²⁺) ist mit einem Körperbestand von ca. 1 kg der mengenmäßig am stärksten vertretene Mineralstoff des menschlichen Organismus. Es liegt jedoch zu 99% als Calciumphosphat gebunden im Knochen vor.

Für Verschiebungen des Calciumhaushalts siehe: Elektrolytstörungen Calcium.

Verteilung im Körper

• Gesamtgehalt: ca. 1 kg
  • Extrazellulär (Serumkonzentration): Gesamt-Calcium ca. 2,20–2,65 mmol/L
    • Hypokalzämie = Serumkonzentration Gesamtcalcium <2,20 mmol/L bzw. ionisiertes Calcium <1,15 mmol/L
    • Hyperkalzämie = Serumkonzentration Gesamtcalcium >2,65 mmol/L bzw. ionisiertes Calcium >1,35 mmol/L
    • Ca. 1,15–1,35 mmol/L davon sind ionisiertes, ungebundenes und folglich biologisch aktives Calcium
    • Das restliche Calcium ist gebundenes und folglich biologisch inaktives Calcium
  • Intrazellulär: Ionisiertes Calcium: ca. 0,0001 mmol/L

Zufuhr und Ausscheidung

Calcium wird über die Nahrung aufgenommen und kommt v.a. in Milch und Milchprodukten, Käse und grünem Gemüse vor. Die Ca²⁺-Ionen gelangen über einen Ionenkanal ins Zytosol der Enterozyten.

• Durchschnittliche Zufuhr: 0,8–1,2 g/Tag
• Durchschnittliche Ausscheidung
  • ⅔ des oral aufgenommenen Calciums werden nicht resorbiert, sondern mit dem Stuhl ausgeschieden
  • 1% des glomerulär frei filtrierten Calciums wird mit dem Harn ausgeschieden

Regulation

Die Regulation des Calciumhaushalts unterliegt einem komplexen Mechanismus und wird durch Parathormon, Calcitriol und Calcitonin reguliert. Für genaueres dazu siehe Nebenschilddrüsen.

Funktion

• Bestandteil von Signaltransduktionskaskaden
  • Als intrazellulärer Second Messenger
  • Steigerung der präsynaptischen Transmitterfreisetzung an chemischen Synapsen
• Bestandteil der Muskelkontraktion über Bindung an Begleitproteine
• Stabilisierung des Membranpotenzials
• Funktion als Gerinnungsfaktor (Faktor IV)
• Aufbau von Zahn- und Knochensubstanz als Calciumphosphat (= Ca₃(PO₄)₂)

Azidose/Alkalose
Calcium konkurriert mit Protonen um die Proteinbindungsstellen. Bei einer Azidose mit einer pH-Erniedrigung (Protonen↑) des Blutes gibt es mehr freies Calcium. Klinisch ist eine Hyperkalzämie sehr variabel (z.B. Herzrhythmusstörungen, Muskelschwäche, Obstipation, Paresen) bis asymptomatisch. Bei einer Alkalose (z.B. bei einer respiratorischen Alkalose durch Hyperventilation im Rahmen einer Panikattacke) mit einer pH-Erhöhung (Protonen↓) des Blutes gibt es weniger freies Calcium. Klinisch kann es zu Kribbelparästhesien, Tetanien und Herzrhythmusstörungen kommen. Man bezeichnet diesen Zustand auch als Hyperventilationstetanie.

Phosphat (PO₄⁻) ist mit einem Körperbestand von ca. 700 g der mengenmäßig am zweithäufigsten vorkommende Mineralstoff des menschlichen Organismus (nach Calcium). Es liegt zusammen mit Calcium zu 85% als Calciumphosphat gebunden im Knochen vor.

Verteilung im Körper

• Gesamtgehalt: ca. 700 g
  • Extrazellulär (Serumkonzentration): ca. 0,84–1,45 mmol/L (1%)
    • Hypophosphatämie = Serumkonzentration <0,84 mmol/L
    • Hyperphosphatämie = Serumkonzentration >1,45 mmol/L
  • Intrazellulär: 14%

Zufuhr und Ausscheidung

Phosphat wird über die Nahrung aufgenommen und kommt v.a. in Fisch, Fleisch, Nüssen, Kernen, Käse und Schokolade vor.

• Durchschnittliche Zufuhr: 0,7–1,3 g/Tag
• Durchschnittliche Ausscheidung
  • ⅔ des oral aufgenommenen Phosphats werden nicht resorbiert, sondern mit dem Stuhl ausgeschieden
  • Je nach Serumkonzentration werden 5–20% des glomerulär frei filtrierten Phosphats ausgeschieden

Regulation

Die Regulation des Phosphathaushaltes unterliegt einem komplexen Mechanismus und wird durch Parathormon, Calcitriol und Calcitonin gesteuert. Für genaueres dazu siehe Nebenschilddrüsen.

Funktion

• Regulation des Energiestoffwechsels (z.B. in der Glykolyse in Form von Adenosintriphosphat = ATP)
• Aufbau von Zahn- und Knochensubstanz als Calciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂)
• Regulation des Säure-Basen-Haushaltes (Phosphatpuffersystem)
• Regulation von Enzymaktivitäten durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung

Hyperphosphatämie
Ab einer dauerhaft erhöhten Phosphat-Konzentration im Serum von >2 mmol/L ist der Körper nicht mehr in der Lage, das überschüssige Phosphat über den Darm und die Niere auszuscheiden. Klinisch kommt es zu einer Überfunktion der Nebenschilddrüse durch vermehrte PTH-Stimulation, zu vermehrtem Knochenum- bzw. abbau und der Ablagerung von Calciumphosphatkristallen in den Weichteilgeweben. Dadurch sinkt der Ca²⁺-Serumspiegel!

Magnesium (Mg²⁺) ist mit einem Körperbestand von ca. 24 g der mengenmäßig am geringsten vertretene Mineralstoff des menschlichen Organismus und liegt zu 65% gebunden im Knochen vor.

Verteilung im Körper

• Gesamtgehalt: ca. 20 g (ca. 16 mmol/kgKG)
  • Extrazellulär (Serumkonzentration): ca. 0,73–1,06 mmol/L (1%)
  • Intrazellulär: ca. 15 mmol/L (34%)

Zufuhr und Ausscheidung

Magnesium wird über die Nahrung aufgenommen und kommt v.a. in Kernen, Nüssen, Kakao, Obst und Gemüse vor.

• Durchschnittliche Zufuhr: 0,3–0,35 g/Tag
• Durchschnittliche Ausscheidung
  • ⅔ des oral aufgenommenen Magnesiums werden nicht resorbiert und mit dem Stuhl ausgeschieden
  • 30% des filtrierten Magnesiums werden ausgeschieden

Regulation

Der Magnesiumhaushalt ist eng mit der Resorptionsleistung von Darm und Niere verknüpft.

• Enterale Resorption
  • Wird durch Calcitriol, Parathormon und Somatotropin gesteigert
  • Wird durch Calcitonin und Aldosteron gehemmt
• Renale Resorption
  • Wird durch Calcitriol gesteigert
  • Wird durch Calcitonin gehemmt

Funktion

• Regulation der Signaltransduktion als Cofaktor von Enzymen
• Verminderung der neuromuskulären Erregbarkeit durch
  • Hemmung der Acetylcholin-Freisetzung an der motorischen Endplatte
  • Hemmung von Ca²⁺-Kanälen an Nervenendigungen und am sarkoplasmatischen Retikulum
• Aufbau von Zahn- und Knochensubstanz

Muskelkrämpfe („Tetanie“)
Magnesium ist ein physiologischer Calciumantagonist, der die intrazelluläre Ansammlung von Calcium verhindert. Bei einer Hypomagnesiämie kann es entsprechend durch Umverteilung von Calcium in die Zellen zu einer Hypokalzämie kommen. Sowohl durch die Hypokalzämie als auch durch die ursächliche Hypomagnesiämie an sich kommt es zu einer gesteigerten Erregbarkeit von Muskelzellen mit dem klinischen Bild von Muskelkrämpfen.

Wasserhaushalt

Wodurch wird die Ausschüttung von ANP (atriales natriuretisches Peptid) stimuliert und wie genau entfaltet es seine Wirkung?

Welche Formen der Dehydratation gibt es, wodurch sind sie gekennzeichnet und wie können sie entstehen?

Was ist eine hypotone Hyperhydratation und wie entsteht sie?

Natrium

Wie hoch ist die extrazelluläre Serumkonzentration von Natrium normalerweise und für welche Funktionen ist dies wichtig?

Kalium

Wodurch kann eine Hyperkaliämie entstehen?

Calcium

Wie gelangt Calcium aus dem Darmlumen in den Enterozyten?

Welchen Einfluss hat die Atmung auf die Serumkonzentration von Calcium? Welche Symptome würde man deshalb bei starker Hyperventilation erwarten?

Magnesium

Wie hoch ist die Konzentration von Mg²⁺-Ionen extra- und intrazellulär und welchen prozentualen Anteil hat sie jeweils am Gesamtgehalt?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.

In Kooperation mit Meditricks bieten wir durchdachte Merkhilfen an, mit denen du dir relevante Fakten optimal einprägen kannst. Dabei handelt es sich um animierte Videos und Erkundungsbilder, die auf AMBOSS abgestimmt oder ergänzend sind. Die Inhalte liegen meist in Lang- und Kurzfassung vor, enthalten Basis- sowie Expertenwissen und teilweise auch ein Quiz sowie eine Kurzwiederholung. Eine Übersicht aller Inhalte findest du im Kapitel „Meditricks“. Meditricks gibt es in unterschiedlichen Paketen – für genauere Informationen empfehlen wir einen Besuch im Shop.

Magnesium

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