Regulierung des Wasserhaushalts

Eingestellt von am 02.05.2013
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Im heutigen Beitrag zur Reihe „Wasser ist Leben“ geht es um die Regulierung des Wasserhaushalts. Und soviel sei schon jetzt verraten: Wasser, Elektrolyte und Mineralstoffe hängen eng, sehr eng miteinander zusammen …

Der Wasser- und Elektrolythaushalt

Natrium, Kalium und Wasser

Leben ist (wohl) im Wasser entstanden. Kein Wunder also, dass wir Menschen noch heute die Elektrolyte des Urmeeres in uns herumtragen.

Elektrolyte: Als „Elektrolyte“ werden Stoffe bezeichnet, die in wässriger Lösung vollständig oder zumindest teilweise als Ionen vorliegen und deshalb elektrischen Strom leiten. Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle. Atome oder Moleküle weisen im neutralen Zustand exakt so viele Elektronen wie Protonen auf. Elektrisch und damit positiv oder negativ geladen sind sie, wenn im im Vergleich zum Neutralzustand ein oder mehrere Elektronen weniger (positiv geladene Kationen) oder mehr (negativ geladene Anionen) hinzukommen.

Die Begriffe „Elektrolyte“ und „Ionen“ weren hier als Synonyme verwendet.

Zu den wichtigsten Ionen zählen u.a. Na+ (Natrium), K+ (Kalium), Cl+ (Chlor), Mg2+ (Magnesium), Ca2+ (Calcium), und HCO3- (Bicarbonat), HPO4 2- (Hydrogenphosphat).

Für den Wasserhaushalt bedeutsam sind Kalium und Natrium.

Wasser- und Elektrolythaushalt bilden eine funktionelle Einheit, d.h. eine Konzentrationsänderung der Elektrolyte führt zwangsläufig zu einer Änderung des Wassergehalts – und umgekehrt!

Wie wir gesehen haben besteht unser Körper zu knapp 2/3 aus Wasser. Davon befinden sich etwa 40% außerhalb der Zellen, im sog. „Extrazellulärraum“. Während alle Zellen ihr intrazelluläres Milieu, d.h. die Ionenkonzentrationen innerhalb der Zellkompartimente, durch Ionenkanäle und -pumpen eigenständig aufrecht erhalten können, wird das extrazelluläre Milieu von der Aufnahme und Ausscheidung einzelner Ionen bestimmt.

Natrium, Kalium und Wasser sind die Komponenten des Wasser- und Elektrolythaushalts. Sie werden von Hormonen reguliert.

Osmolität und semipermeable Membranen

Wer muss bei diesen Begriffen nicht an den Schulunterricht zurückdenken …

Und da wir alle so gut aufgepasst haben, erfolgt die Erklärung im „Schnelldurchlauf“:

  • Semipermeable Membran: Alle Flüssigkeitsräume im Organismus werden durch „durchlässige“ (permeable) Membranen voneinander abgetrennt. Solche Membranen lassen einige Stoffe, wie z.B. Gase und Wasser gut durch, andere hingegen schlecht, wie z.B. Proteine und die allermeisten Ionen. Die hohe Durchlässigkeit (Permeabilität) für Wasser gründet in spezifischen Kanälen, den sog. Aquaporinendie innerhalb der Membran eingelassen sind. Die Durchlässigkeit für Ionen ist deutlich geringer als die für Wasser und sie hängt von der Zelle und ihrem Funktionszustand ab.
  • Osmose: Liegen zwischen zwei Kompartimenten, die durch eine semipermeable Membran abgetrennt sind, unterschiedliche Ionenkonzentrationen vor, dann fließt Wasser immer von dem Bereich mit der geringeren Konzentration in den mit der höheren Konzentration. Dieses Phänomen wird als Osmose bezeichnet.

Wie wir gerade gesehen haben, ist die Durchlässigkeit der Membranen für Wasser höher als für Ionen. Daraus folgt: Eine zu hohe extrazelluläre Ionenkonzentration würde zum Austritt von Wasser aus den Zellen führen. Die Zellen würden im wahrsten Sinne des Wortes schrumpfen, austrocknen und schließlich sterben.

Aus diesem Grund muss die Osmolarität des Extrazellulärraums, d.h. die Konzentration aller osmotisch aktiven Stoffe, wie Ionen, Zucker, Aminosäuren usw. in sehr engen Grenzen gehalten werden! Die Aufrechterhaltung der Osmolarität wird von den Nieren übernommen.

Natrium: Das wichtigste extrazelluläre Ion

Alle Elektrolyte des Organismus sind über gemeinsame Ionenpumpen mit Natrium, dem wichtigsten extrazellulären Ion, verbunden. Aus diesem Grund kann über die Natriumregulation auch der Großteil des Elektrolythaushalts gesteuert werden!

Die Plasmakonzentration von Natrium beträgt rund 140 mmol/l. Diese Konzentration wird in engen Grenzen gehalten, weil sehr viele Transportsysteme unseres Organismus über ein Zusammenspiel mit Natrium funktionieren.

Der Natriumbestand im menschlichen Körper beträgt etwas 70 g.

Etwa ein Drittel des Natriumbestandes ist in den Knochen gespeichert und kann bei Mangelzuständen wieder an das Blut abgegeben werden!

Natrium spielt im Rahmen der Regulierung von Blutvolumen- und d.h. Blutdruck eine entscheidende Rolle: Ein Natriummangel im extrazellulären Raum führt zu einem Abfall des osmotischen Drucks. Dies führt zu einem im intrazellulären Raum, also innerhalb der Zelle, zu einem Anstieg des osmotischen Drucks. Um das Gefälle auszugleichen, strömt Wasser in die Zellen. Das intrazelluläre Volumen nimmt also zu, das extrazelluläre Volumen ab. Die Folge: Zellschwellungen und Hypertonie (Bluthochdruck).

Umgekehrt führt ein Natriumüberschuss im extrazellulären Raum zu einer Hypervolämie: Das Volumen des im Blutkreislauf  zirkulierenden Blutes erhöht sich. Es kommt zu Wasseransammlungen in Körperhöhlen und Ödembildung. Die (recht verschiedenen) Gründe: lang anhaltende Infusionen mit Kochsalzlösungen, ungenügende Herzmuskelleistung, Nierenversagen.

Im Nervensystem sind Na+-Ionen für die Entstehung des Aktionspotenzials (elektrische Erregung) verantwortlich.

Natrium wird durch den Magen-Darm-Trakt, vor allem über das in unserer Nahrung reichlich vorhandene Salz (Natriumchlorid, NaCl) aufgenommen. Die Ausscheidung erfolgt über die Nieren und wird sehr streng durch verschiedene Hormone reguliert!

Kalium

Kalium ist das wichtigste intrazelluläre Ion. Über 98 % unseres gesamten Kaliumvorrats ist im intrazellulären Raum, also innerhalb der Zelle, angesiedelt. Die Konzentration beträgt 150 mmol/l.

Rund 0,25% der Körpermasse besteht aus Kalium, also ca. 170 g.

Intrazellulär befinden sich neben Kalium als osmotisch wirksame Ionen hauptsächlich Hydrogenphosphat (HPO4 2-) und Eiweißstoffe. Extrazellulär – siehe oben – vor allem Natrium (Na+), Chlorid (Cl-) und Hydrogencarbonat (HCO3-). Von dieser gleich bleibenden Verteilung der Ionen ist die Wasserverteilung, der osmotische Druck, die Elektroneutralität (Ruhepotenzial) und die Hydration im Organismus, abhängig!

Vorrangige Aufgabe des Kaliums ist die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials an den Zellmembranen. Kalium ist in diesem Sinne mitverantwortlich für die normale Erregbarkeit von Muskeln und Nerven. Kalium wirkt ebenfalls auf die Herztätigkeit ein.

 

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Zellen führen elektrische Spannung zwischen -60 und -90 mV. Das Zellinnere ist dabei gegenüber dem Zelläußeren negativ geladen. Befindet sich die Zelle im Ruhezustand, wird die gemessene Spannung als Ruhepotenzial bezeichnet. Erst das Vorhandensein eines Ruhepotenzials versetzt die Zelle in die Lage, erregt oder gehemmt zu werden.

Erregung bzw. Hemmung, d.h. die systematische Veränderung des Ruhepotenzials zu einer Folge von Aktionspotenzialen sind die Grundvoraussetzung für die Übermittlung codierter Informationen!

Das Ruhepotenzial der Zellen wird durch eine Ungleichverteilung von Ionen im Zellinneren bzw -äußeren erzeugt: Im Innern der Zelle ist die Membran stärker negativ geladen als auf der Außenseite. Dieser Ladungsunterschied wird als Ruhepotenzial gemessen.

Die Ungleichverteilung der Ionen stellt sich allerdings nicht „freiwillig“ ein, sondern muss „erzwungen“ werden; durch sog. „Ionenpumpen“, in diesem speziellen Fall durch die berühmte „Natrium-Kalium-Pumpe“. Diese transportiert (unter Verbrauch von ATP) Natrium-Ionen aus der Zelle und Kalium-Ionen in die Zelle. Dies führt dazu, dass sich außerhalb der Zelle, im extrazellulären Raum, sehr viele Natrium- und Chlorid-Ionen befinden, innerhalb der Zelle, im intrazellulären Raum dagegen nur sehr wenige. Umgekehrt weist die Zelle höhere Konzentration von Kalium-Ionen organischen Anionen im Zellinneren als im Zelläußeren auf!

Im Grunde „schwimmt“ die Zelle in einer extrazellulären Kochsalzlösung, bestehend aus Natrium- und Chlorid-Ionen! Das übrigens entspricht unserem evolutionären Erbe: Unsere tierischen Vorfahren nämlich lebten lange Zeit im Meer, und dort umgab die Zellen Meer- oder besser: Salzwasser in Reinform. In diesem Sinne kann Salzwasser (NaCl) als das natürliche extrazelluläre Medium angesehen werden …

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Die Kaliumaufnahme erfolgt in ausreichendem Maße über die Nahrung. Besonders kaliumreich: grüne, pflanzliche Nahrung. Die Ausscheidung von Kalium erfolgt renal, d.h. durch den Harn über die Nieren.

Die Regulation erfolgt in erster Linie über die wenigen Kalium-Ionen, die sich im extrazellulären Raum .

Veränderung des Natrium- bzw. Kaliumbestandes im Körper

Wer (zu) häufig denaturierte, stark gesalzene Nahrung zu sich nimmt, kennt das Gefühl: stechender Durst! Der Grund: Die Natriumkonzentration im Blut steigt an, der Durst – eine Schutzmaßnahme des Körpers – signalisiert, dass das mit der Nahrung aufgenommene Salz gelöst und ausgeschieden werden muss.

Die Folge: Wasser wird aus den Zellen in Gewebsflüssigkeit und Blut abgegeben!

8 g Natriumchlorid (NaCl), also Kochsalz binden etwa 1 l Wasser!

Aber: Natriumgehalt ist nicht gleich Salzgehalt! Um die in verarbeiteten Speisen enthaltene Salzmenge zu bestimmen, ist folgender „Trick“ anwendbar: einfach die auf der Packung ausgewiesene Natriummenge mit 2,54 multiplizieren … et voilá!

 

Nach diesem (dann doch) recht ausführlichen Ausflug in die Regulation des Wasserhaushalts, wird es nächste Woche um das Säure-Basen-Gleichgewicht gehen. Auch dieses steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Wasserhaushalt!

Ihr dürft gespannt sein …

Bis dahin: Alles Gute!

Carlos

Carlos

Carlos

Carlos trinkt seit vielen Jahren Grüne Smoothies und ist Blogger der ersten Stunde von GrüneSmoothies.de. Als ausgebildeter Ernährungs- und ganzheitlicher Gesundheitsberater sowie Personal Coach beschäftigt er sich intensiv mit den Zusammenhängen zwischen Ernährung und Gesundheit. Ihn zeichnet seine leidenschaftliche Skepsis und Neugierde aus, denn er will es meistens ganz genau wissen.
Carlos vertritt die Auffassung, dass „Ernährung die vielleicht wichtigste Variable zur Gesunderhaltung ist, auf die jeder Mensch am besten Einfluss nehmen kann.“ Grüne Smoothies sind für ihn ein wesentlicher Bestandteil einer gesunden Ernährung, weil sie den Körper natürlich, einfach und wirkungsvoll mit allem versorgen, was er für einen guten Start in den Tag braucht.

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