Wasser-Elektrolyt-Haushalt

Etwa zwei Drittel des menschlichen Körpers bestehen aus Wasser, während Elektrolyte für die Funktionsfähigkeit der Organe und Zellen unabdingbar sind. Der Wasser-Elektrolyt-Haushalt hält das Gleichgewicht und die Verteilung aufrecht mit zahlreichen Mechanismen, wobei die Niere eine besondere Rolle einnimmt. Gerät dieses Gleichgewicht außer Kontrolle, können schwerwiegende Erkrankungen folgen.

Unter anderem auf diese Themen geht der Artikel ausführlich ein und bietet zudem einen Überblick über die Regulationmöglichkeiten.

Wasser-Elektrolyt-Haushalt – Definition

Der Wasser-Elektrolyt-Haushalt beschreibt ein physiologisches System des Körpers, das die Wasseraufnahme und -abgabe reguliert. Die Konzentration der Elektrolyte hängt damit sehr eng zusammen, beide Anteile beeinflussen sich gegenseitig auf Grundlage physikalischer Vorgänge. Der Haushalt definiert damit die Verteilung von Flüssigkeit im Körper.

Unter den Begriff der Elektrolyte fallen alle positiv und negativ geladenen gelösten Teilchen. Die wichtigsten sind im Menschen das Natrium (engl. sodium), Kalium (engl. potassium), Calcium und Chlorid.

Wasser-Elektrolyt-Haushalt – Bestandteile

Dass Wasser die Grundlage jedes Lebens ist, lernt der Mensch schon in der frühen Kindheit. Doch für was ist es wirklich notwendig? Wasser erfüllt verschiedene Funktionen. Einerseits ist es ein Transportmittel. Viele Stoffe können sich in der Flüssigkeit lösen und somit transportiert werden, worunter auch die Elektrolyte zählen, aber auch andere Nährstoffe und Mineralstoffe.

Außerdem ist Wasser für verschiedene Reaktionen notwendig, etwa in dem Stoffwechsel der Mitochondrien oder für die Pufferung des Bluts. Nicht zuletzt braucht der Mensch Wasser für die Regulation von Wärme und der Temperatur.

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Verteilung des Körperwassers

Der Wasseranteil der fettfreien Körpermasse umfasst zwischen 72 und 74 Prozent. Im Gesamten verteilt sich das Körperwasser auf unterschiedliche Kompartimente, den Intra- und den Extrazellulärraum. Der Intrazellulärraum enthält etwa 60 Prozent des Körperwassers, der Extrazellulärraum die restlichen 40 Prozent.

Der Intrazellularraum umfasst alles, was sich innerhalb der Zellen befindet, also das Zytoplasma und die Zellorganellen, wie etwa der Zellkern oder der Golgi-Apparat. Er enthält insgesamt etwa 25 Liter Wasser.

Der Extrazellulärraum setzt sich aus drei Anteilen zusammen: der Transzellulärraum, der interstitielle Raum und der Intravasalraum.

• Transzellulärraum: Hierzu zählen alle mit Epithelzellen ausgekleidete Höhlen, wie der Liquorraum, die Lumina des Gastrointestinaltraktes und Pleura, Perikard und Peritoneum (seröse Höhlen). Er enthält drei Prozent des Volumens und damit etwa einen Liter Wasser. Es ist demnach Bestandteil des Liquor cerebrospinalis, der Pleuraflüssigkeit oder von Drüseninhalten.
• Interstitieller Raum (Interzellularraum): Er umfasst den Raum zwischen den Zellen mit einem Volumen von 13 Litern (30 Prozent). Diese Flüssigkeit drainiert als Lymphe in die Lymphgefäße.
• Intravasalraum: Alles innerhalb von Gefäßen zählt zu diesem Raum, das heißt, dass das Wasser hier vor allem im Plasma vorliegt. Er umfasst drei Liter (sieben Prozent) und enthält am meisten Elektrolyte.

Wasser hat Gewicht und macht deshalb auch einen großen Teil, genau genommen etwa zwei Drittel, des Körpergewichts aus. Bei Säuglingen sind es 75 Prozent, beim jungen Mann 65 Prozent und einer jungen Frau 55 Prozent. Der Anteil nimmt im Alter um etwa zehn Prozent ab.

Der Wassergehalt von verschiedenen Körpergewebe unterscheidet sich ebenfalls. So besteht die Muskulatur aus 75 Prozent Wasser, während das Körperfett mit 25 Prozent und die Knochen mit 22 Prozent vergleichsweise wenig Wasser enthalten. Daraus ergeben sich zwei Schlussfolgerungen: Frauen haben einen natürlich höheren Anteil an Fettgewebe, wodurch das Wasser weniger Anteil am Körpergewicht ausmacht als bei Männern. Weiterhin reduziert sich das intrazelluläre Wasser im Alter durch die Abnahme der Muskelmasse.

Elektrolyte

Im Körper spielen verschiedene Elektrolyte eine wichtige Rolle, um das Wasser dort zu halten, wo es notwendig ist. Natrium (Na²⁺), ein positiv geladenes Teilchen (Kation), ist daran maßgeblich beteiligt und findet sich zu 95 Prozent außerhalb der Zelle. Kalium (K⁺) ist osmotisch betrachtet das wichtigste Kation in der Zelle. Es geht viele Wechselwirkungen mit Natrium ein und beeinflusst entscheidend das Ruhemembranpotential und den pH-Wert. Die Natrium-Kalium-ATPase erhält diese Verteilung aufrecht. Neben der Bedeutung für den Wasserhaushalt legen Natrium und Kalium die Grundlage für das Entstehen eines Aktionspotentials zur Reizweiterleitung.

Massenmäßig ist Calcium (Ca²⁺) mit etwa einem Kilogramm am stärksten vertreten. Es liegt jedoch zu 99 Prozent als Calciumphosphat im Knochen vor. Im Stoffwechsel dient Calcium als intrazellulärer Second Messenger in Signaltransduktionskaskaden und überträgt Informationen an chemischen Synapsen. Außerdem ist es wichtig für die Kontraktion der Muskelfasern.

Neben diesen drei wichtigen Elektrolyten spielen auch Phosphat und Magnesium eine Rolle. Zur Übersicht sind alle Elektrolyte in der folgenden Tabelle dargestellt.

Elektrolyte leiten elektrische Spannung. Dadurch beeinflussen sie allgemein durch ihre Konzentration die Spannung an der Zellmembran, die wiederum Einfluss auf Prozesse der Zelle hat, etwa die Reiz- oder Signalweiterleitung.

Intra- und Extrazellulärvolumen

Wie ist es aber möglich, dass das Wasser seine Verteilung aufrecht erhält? Der Grund dafür ist der osmotische Druck, den alle gelösten Teilchen aufbauen und der durch die Membranen entsteht. Der osmotische Druck ist definiert als der Druck zweier Lösungen, die eine unterschiedliche Konzentration aufweisen und durch eine semipermeable Membran getrennt sind.

Wasser kann frei durch die Zellmembran diffundieren und sich somit ungehindert bewegen. Elektrolyte können das nicht. Sie bleiben immer auf einer Seite der Membran, außer ihnen helfen Poren oder Pumpen beim Überqueren. Grundsätzlich gilt, dass ein Stoff immer vom Ort der höheren zum Ort der niedrigen Konzentration fließen will. Wasser gelangt also immer dahin, wo viele Teilchen und wenig Wasser sind und gleicht damit den osmotischen Druckunterschied aus.

Schaut man sich eine Zelle an, so finden sich in ihr viele Proteine, die die Membran nicht passieren können. Sie verursachen einen kolloidosmotischen Druck, den das Wasser wiederum ausgleichen möchte. Gäbe die Zelle dem statt, würde sie schnell anschwellen und platzen. Die Natrium-Kalium-ATPase verhindert diesen Vorgang, indem sie drei Natrium-Ionen heraustransportiert und zwei Kalium-Ionen in die Zelle trägt.

Im Blutplasma liegen ähnliche Bedingungen vor, hier wirkt allerdings der hydrostatische Druck dem Wassereinstrom entgegen.

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Wasser und Elektrolyte – Aufnahme und Ausscheidung

Am Tag führt der Mensch etwa zwei bis drei Liter Wasser hinzu. Davon entfällt der Großteil auf Getränke, weitere Anteile auf Nahrung und Oxidationswasser, welches durch die Atmungskette entsteht. Über den Harn werden etwa 1,5 Liter ausgeschieden, weiteres Wasser verliert der Körper über die Atmung, Haut und Stuhlgang. Zufuhr und Ausscheidung gleichen sich demnach aus.

Die Darmwand resorbiert die Flüssigkeit und Elektrolyte, während die Ausscheidung über die Nieren im Rahmen der Diurese und über die Haut durch das Schwitzen erfolgt.

Der Körper hat zwei Mechanismen für die Regulation des Wasserhaushaltes. Osmorezeptoren vermitteln einen Aspekt der Regulation. Sie befinden sich im Pfortadersystem und im Hypothalamus und überwachen die Osmolarität (Konzentration der gelösten Stoffe) der Extrazellulärflüssigkeit. Herrscht Wassermangel (Hypoosmolarität) oder Wasserüberschuss (Hyperosmolarität), regulieren diese Rezeptoren die Freisetzung von dem antidiuretischen Hormon ADH aus dem Hypothalamus. Bei Ausschüttung hemmt es den Wasserverlust, indem es in der Niere für eine verstärkte Rückresorption anschiebt.

Die zweite Möglichkeit ist die Volumenmessung, wofür Dehnungsrezeptoren zuständig sind. Sie befinden sich im rechten und linken Vorhof des Herzens, wo die Venen münden, und in der Vena portae. Ist zu viel Wasser im Körper, dehnen sich die Vorhöfe und aktivieren die Rezeptoren. Diese hemmen anschließend die Freisetzung des ADH und die Aktivierung der Niere durch den Sympathikus (Gauer-Henry-Reflex). Außerdem wird das atriale natriuretische Peptid (ANP) freigesetzt, das zur Natriurese führt.

Für die Volumenregulation finden sich im Aortenbogen und dem Sinus Carotis am Anfang der Arteria carotis interna Pressorezeptoren, die bei starken Volumenänderungen, etwa Blutverlust, das Hochdrucksystem des Körpers regulieren und ADH freisetzen, welches zur Vasokonstriktion der Blutgefäße führt.

Steigt die Osmolalität intrazellulär, aktivieren Osmorezeptoren das Durstzentrum im Hypothalamus, wodurch das Durstgefühl und die ADH-Sekretion steigt. Sinkt hingegen der Blutdruck und das Blutvolumen, entsteht der hypovolämische Durst. Hier werden Presso- und Volumenrezeptoren vermindert aktiviert, wodurch die ADH-Sekretion wiederum steigt. Beides führt dazu, dass die Niere mehr Wasser zurückhält und weniger ausscheidet.

Besondere Rolle der Nieren

Die Nieren haben die Aufgabe, den Harn aus dem Blut zu filtrieren. Dafür exisitert ein feines System, das unter anderem Wasser und Elektrolyte je nach Flüssigkeitszustand herausfiltert und auch wieder resorbiert. Verschiedene Hormone spielen in dieses System ein, welche unter dem Renin-Angiotensin-Aldosteron-System, kurz RAAS, zusammengefasst werden. ADH, das antidiuretische Hormon, nimmt eine Sonderrolle ein und bewirkt an der Niere die Wasserrückresorption durch Einbau von Wasserkanälen.

Kurz gesagt, scheidet die Niere überflüssiges Wasser und Elektrolyte aus oder hält sie zurück, wenn sie im Körper vermindert vorliegen.

Wasser-Elektrolyt-Haushalt – Klinik

Trotz der vielen Regulationsmechanismen kann es passieren, dass der Wasser-Elektrolyt-Haushalt aus dem Gleichgewicht kommt. Dabei unterscheidet man jeweils zwischen zu niedrigen (Hypo) oder zu hohen Werten (Hyper).

Dehydratation und Hyperhydratation

Ein Wassermangel (Dehydratiation) entsteht beispielsweise durch Fieber und Schwitzen (hypertone Dehydratation), Durchfall und Erbrechen (hypotone Dehydratation) oder durch Blutungen (isotone Dehydratation). Allen gemeinsam ist, dass das Extrazellulärvolumen vermindert ist. Patienten in diesem Zustand zeichnen sich häufig durch ein vermindertes Körpergewicht und Blutdruck sowie eine geringere Urinmenge aus, wobei häufig alte Menschen betroffen sind.

Das Trinken von Meerwasser, destilliertem Wasser oder von übermäßig vielen isotonischen Getränken verursacht eine Hyperhydratation (Wasserüberschuss). Hier ist die Gemeinsamkeit, dass das Volumen im Extrazellulärraum erhöht ist. Aus dem Zustand können sich ein erhöhter Blutdruck (Hypertonie) oder periphere Ödeme und Lungenödeme ergeben.

Hyponatriämie und Hypernatriämie

Die Ursache der Veränderungen des Natriums liegt bei beidem meist in einer Veränderung des Wasserhaushalts, die in einer Konzentrierung oder Verdünnung enden. Übermäßiger Wasserverlust liegt an Mechanismen der ADH-Resistenz, zu starke Wasserretention ist in einer ADH-Überaktivität begründet.

Hyperkaliämie und Hypokaliämie

Störungen des Kaliumhaushalts können tödlich enden, da sich die Kaliumkonzentration vor allem auf die Funktionsweise des Herzens auswirkt. Beide Zustände führen zu Herzrhythmusstörungen bis zum Kammerflimmern und teilweise bis zum Herzstillstand. Die Ursachen sind zahlreich und sehr komplex.

Hyperkalzämie und Hypokalzämie

Kommt im Körper zu viel oder wenig Calcium vor, führt das zu einer Tetanie mit gesteigerter neuromuskulärer Erregbarkeit. Auch Herzrhythmusstörungen und neurologische Störungen kommen vor. Bei chronsichem Calciummangel sind der Haar- und Nagelwuchs betroffen und die Zähne in schlechtem Zustand. Auch hier sind die Ursachen sehr variabel.

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