Wasser-Elektrolyt-Haushalt

Der Wassergehalt beträgt bei einem erwachsenen Mann 60 % des Körpergewichtes, bei der Frau 50 % und beim Säugling 75 %. Zwei Drittel des Gesamtkörperwassers befinden sich intrazellulär, von dem restlichen Drittel wiederum zwei Drittel interstitiell.

Man unterscheidet folgende Kompartimente, die durch Zell- bzw. Basalmembranen getrennt sind:

Der Wassergehalt unterscheidet sich erheblich zwischen den einzelnen Geweben, z.B.:

• Muskulatur: 75 %
• Fettgewebe: 25 %
• Knochen: 22 %

Elektrolyte sind kleine geladene Teilchen (Ionen bzw. dissoziierte Salze). Zu den wichtigsten Elektrolyten im Körper zählen

• die positiv geladenen Kationen:
  • Na⁺ (Natrium): v.a. extrazellulär
  • K⁺ (Kalium): v.a. intrazellulär
  • Ca²⁺ (Calcium)
  • Mg²⁺ (Magnesium)
• die negativ geladenen Anionen:
  • Cl^- (Chlorid)
  • HCO₃^- (Bikarbonat)
  • PO₄³⁻ (Phosphat)
  • weitere negativ geladene Teilchen, zu denen auch größere, z.B. Proteine gehören

Elektrolyte liegen intrazellulär, interstitiell und intravasal in unterschiedlichen Konzentrationen vor:

• intrazellulär: v.a. K⁺- und Phosphat-Ionen
• extrazellulär: v.a. Na⁺-, Cl^-- sowie Bikarbonat-Ionen. Diese Elektrolytverhältnisse werden durch aktive Ionenpumpen in den Zellmembranen aufrechterhalten.

Da die Elektrolyte Teilchen sind, die elektrische Spannung leiten, ändert sich abhängig von den Elektrolyt-Konzentrationen auch die Spannung an den Zellmembranen. Die elektrische Spannung auf der Zellmembran steuert eine Vielzahl von Prozessen, die auf Zellebene ablaufen. Damit bestimmen Elektrolyte also nicht nur die Flüssigkeitsverteilung im Körper, sondern auch zelluläre Funktionen, z.B. die Depolarisation von Nervenzellen bei Weiterleitung eines Nervenreizes.

Die Verteilung des Gesamtkörperwassers in verschiedene Kompartimente über die Membranen wird durch den osmotischen Druck bestimmt. Dadurch, dass Wasser frei durch die Membranen diffundieren kann, wird der osmotische Druck von Intrazellulärraum und Extrazellulärraum trotz unterschiedlicher Zusammensetzung der Kompartimente ausgeglichen. Wenn in einem Kompartiment eine andere Osmolarität herrscht als in einem anderen, diffundiert Wasser durch die Zellmembranen und gleicht den osmotischen Druckunterschied aus. Dabei nimmt allerdings das Wasservolumen in diesem Kompartiment zu.

Da in der Zelle hohe Proteinkonzentrationen vorliegen und diese Makromoleküle nicht die Zellmembran passieren können, würde Wasser aufgrund des kolloidosmotischen Drucks aus dem Extrazellulärraum ins Zellinnere einströmen. Die Folge wäre Zellschwellung und Zelltod (Gibbs-Donnan-Gleichgewicht). Daher besitzt die Zelle eine Natrium-Kalium-ATPase, die unter Energieverbrauch 3 Natrium-Ionen in den Extrazellulärraum und 2 Kalium-ionen in den Intrazellulärraum transportiert. Gleichzeitig erzeugt der dadurch erzeugte chemische Gradient des Kalium-Ions ein Membranpotential.

Das Blutplasma (intravasale Flüssigkeit) ist im Vergleich zur interstitiellen Flüssigkeit ebenfalls proteinreich. Auch hier würden die kolloidosmotischen Kräfte zum Wassereinstrom in den Intravasalraum führen, doch wirkt der intravasale hydrostatische Druck dieser Wasserbewegung entgegen.

Die Aufnahme von Wasser und Elektrolyten erfolgt oral über den Verdauungstrakt, der Flüssigkeit und Ionen durch die Darmwand resorbiert. Die Ausscheidung erfolgt über die Nieren (Diurese), über die Haut in Form der Transpiration (Schwitzen) und über die Atemluft. Das Verhältnis der verschiedenen Ausscheidungswege ist unter anderem von klimatischen Bedingungen abhängig. Das Verhältnis zwischen Wasseraufnahme und -ausscheidung erfasst man in der Flüssigkeitsbilanz.

Die Menge der Elektrolytausscheidung bzw. -retention in der Niere muss stets dem Bedarf angepasst werden: Durch Urin, Stuhl, Perspiration, etc. gehen täglich Wasser und Elektrolyte verloren. Durch Trinken, Speisen, ggf. Infusionen und Oxidationswasser (bei Fieber, Hyperthyreose oder nach OP) kommen Wasser und Elektrolyte hinzu.

Der Körper reguliert den Wasser-Elektrolyt-Haushalt primär über zwei Mechanismen:

• Ermittlung der Osmolalität
• Detektion von Volumenabweichungen

Geringste Veränderungen der Plasmaosmolalität werden von Osmorezeptoren im Hypothalamus registriert, die in den zirkumventrikulären Organen liegen. Diese Neurone enthalten dehnungsinaktivierende Kationenkanäle. Bei Anstieg der extrazellulären Osmolalität schrumpfen diese Zellen, sodass es zur Depolarisation kommt. Als Folge wird das antidiuretische Hormon (ADH) in den Neuronen des Nucleus supraopticus und paraventricularis freigesetzt.

siehe auch: Osmoregulation

Volumenänderungen werden v.a. über Dehnungsrezeptoren ermittelt, insbesondere in Veneneinmündungen zum rechten und linken Herzvorhof sowie im Bereich der Vena portae. Folge der Erregung volumensensitiver Rezeptoren ist die Hemmung der ADH-Freisetzung und der renalen Sympathikusinnervation. Die verminderte ADH-Freisetzung bei Vorhofdehnung wird über Afferenzen des Nervus vagus vermittelt. Dieser Gauer-Henry-Reflex führt innerhalb von Minuten zu verstärkter renaler Flüssigkeitsausscheidung.

Bei Zunahme der Wandspannung in den Herzvorhöfen wird dort außerdem das atriale natriuretische Peptid (ANP) freigesetzt. Es führt innerhalb von Sekunden bis Minuten zur Natriurese, indem es die Nierenperfusion stimuliert und die Natriumresorption im Sammelrohr hemmt. Außerdem bewirkt ANP eine direkte und indirekte Hemmung der Reninsekretion. Hieraus resultiert eine verminderte Aldosteronsekretion aus den Nebennieren. ANP hemmt auch direkt die Aldosteronsynthese und -freisetzung. Ein ähnliches Hormon wird auch im Gehirn produziert (BNP), wo es zur Senkung des Blutdrucks, Hemmung der ADH-Freisetzung und des Sympathikus sowie zur Verminderung des Durstempfindens führt. Diese Mechanismen dienen primär dazu, eine Volumen- und Drucküberlastung des Herzens und des Kreislaufs entgegenzuwirken.

Die Volumenregulation erfolgt des Weiteren über Pressorezeptoren im Karotissinus und Aortenbogen. Erst erhebliche Volumenänderungen (z.B. bei Blutverlust) wirken sich auf das Hochdrucksystem aus. In diesen Situationen ist die Plasmakonzentration von ADH extrem erhöht. In diesem Fall führt ADH zusätzlich zu einer Vasokonstriktion über V1-Rezeptoren.

Der Natriumgehalt des Körpers wird primär über die Nieren (v.a. durch Aldosteron) reguliert. Der durchschnittliche Natriumgehalt des Erwachsenen beträgt ca. 4.000 mmol. Davon befinden sich ungefähr 40 % im Knochen. Mehr als zwei Drittel dieses Anteil sind an kristalline Strukturen gebunden und daher nicht ohne weiteres austauschbar. Der Rest steht wie das Natrium des Plasmas, des Interstitiums und der Zelle zum Austausch zur Verfügung.

Natrium wird großteils in Form von Kochsalz mit der Nahrung aufgenommen. Dabei schwankt die tägliche aufgenommene Menge zwischen wenigen mmol bis zu 1.000 mmol, durchschnittlich beträgt sie 100 mmol/d. Die Natriumausscheidung erfolgt unter normalen Umständen hauptsächlich über die Niere, nur geringe Mengen werden über Stuhl und Schweiß eliminiert.

Der Körper misst die Gesamtmenge des Körpernatriums indirekt über Volumenänderungen des Extrazellulärraums. Die Salzausscheidung wird primär über das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System bestimmt, wobei der Sympathikus und natriuretische Peptide modulierend wirken.

Während das RAAS die Aufrechterhaltung des Extrazellulärvolumens über die renale Natriumresorbtion reguliert, wird die Osmolalität und die Wasseraufnahme bzw. -ausscheidung primär durch das Durstempfinden und ADH gesteuert.

Das Durstgefühl entsteht durch:

• Anstieg der Osmolalität im Plasma (osmotischer Durst)
• Abnahme des extrazellulären Flüssigkeitsvolumen (hypovolämischer Durst)

Während der osmotische Durst i.d.R. dominiert, führen Volumen- und Salzverlust über renale hormonelle und zentrale Mechanismen zu Wasser- und Salzaufnahme. Dabei sind RAAS, Barorezeptoren und Volumenrezeptoren, ADH, Oxytocin und hypothalamische Zentren beteiligt.

In bestimmten Situationen (z.B. bei starkem Durchfall, Erbrechen, Schwitzen, Blutverlust) oder bei verschiedenen Erkrankungen (Niereninsuffizienz) kann die körpereigene Regulation durch die Nieren nicht ausreichend sein oder versagen. Es kommt dann zu Störungen des Wasser-Elektrolyt-Haushalts, die durch die labormedizinische Bestimmung der Serumelektrolyte objektiviert werden können.

Dazu gehören u.a.:

• Hyperhydratation oder Dehydratation
• Hypervolämie oder Hypovolämie
• Hypernatriämie oder Hyponatriämie
• Hyperkaliämie oder Hypokaliämie
• Hyperkalzämie oder Hypokalzämie

Diese Zustände können mitunter lebensgefährlich sein und müssen - je nach Schweregrad - umgehend medizinisch behandelt werden, z.B. durch Flüssigkeitszufuhr oder Infusionen elektrolythaltiger Lösungen.

Isotone Veränderungen der Flüssigkeitspegel beschränken sich nur auf den Extrazellulärraum. Nimmt aber die Osmolalität zu (hypertone Auslenkung) wird Wasser aus den Zellen herausbewegt, sodass eine Zellschrumpfung die Folge ist. Umgekehrt kommt es zu einer Zellschwellung bei hypotoner Änderung.

Eine Dehydratation kommt, solange ausreichend Wasser getrunken wird, nur selten vor. Das Durstempfinden sorgt i.d.R. für einen Ausgleich, selbst bei unzureichender ADH-Aktivität (Diabetes insipidus). Eine Dehydratation findet man v.a. bei älteren Menschen vor, die ein eingeschränktes Durstempfinden haben, sowie bei Personen, bei denen die Mobilität eingeschränkt ist. Auslösende Ereignisse sind oft Durchfälle, Erbrechen, Verbrennungen oder die Einnahme von Diuretika.

Man unterscheidet drei Formen der Dehydratation:

• hypotone Dehydratation: Natriumverlust ist stärker als Wasserverlust (z.B. Durchfall, Erbrechen) bzw. bei Kompensation von Volumenverlusten durch Trinken hypoosmolarer Flüssigkeiten sowie bei eingeschränkter Fähigkeit zur Salzretention (z.B. beim Hypoaldosteronismus)
• isotone Dehydratation: Verlust von Natrium und Wasser in gleichem Verhältnis (z.B. bei Blutungen oder Peritonitis)
• hypertone Dehydratation: Wasserverlust ist stärker als Natriumverlust bzw. bei fehlendem Ausgleich der Flüssigkeitsverluste. Insbesondere bei schwerer Arbeit in der Hitze oder Fieber, da hierbei viel hypoosmolare Flüssigkeit verloren geht.

Bei der Hyperhydratation unterscheidet man ebenfalls drei Formen:

• hypotone Hyperhydratation: Wasserzufuhr stärker als Natriumzufuhr, z.B. bei Trinken von destilliertem Wasser oder durch Zufuhr von glukosehaltigen Infusionslösungen).
• isotone Hyperhydratation: Zufuhr von Natrium und Wasser in gleichem Verhältnis (z.B. übermäßiges Trinken von isotonischen Getränken)
• hypertone Hyperhydratation: Natriumzufuhr stärker als Wasserzufuhr (z.B. bei Trinken von Meerwasser)

Eine Hyperhydrataton setzt i.d.R. eine Störung der Wasserausscheidung voraus (Nierenversagen oder Hyperaldosteronismus)

Bei der Hyponatriämie unterscheidet man zwischen:

• hypovolämer Hyponatriämie: z.B. bei renalen und zerebralen Salzverlustsyndromen, Hyperglykämie, Hypoaldosteronismus, Pankreatitis oder Thiazideinnahme
• euvolämer Hyponatriämie: z.B. bei SIADH, Nebenniereninsuffizienz, Hypothyreose oderr psychogener Polydipsie
• hypervolämer Hyponatriämie: z.B. Niereninsuffizienz, Herzinsuffizienz, nephrotischem Syndrom oder Leberzirrhose

Analog zur Hyponatriämie werden ebenfalls drei Formen unterscheiden:

• hypovoläme Hypernatriämie: z.B. durch Einnahme von Schleifendiuretika, bei starkem Schwitzen, entgleistem Diabetes mellitus, polyurischer Phase der akuten Niereninsuffizienz
• euvoläme Hypernatriämie: z.B. bei fehlendem Durstgefühl (Alter, Hypothalamusschädigung), Diabetes insipidus
• hypervoläme Hypernatriämie: z.B. iatrogen (hypertone Infusionen), Hyperkortisolismus oder primärem Hyperaldosteronismus.