Einführung
Elektrolyte sind für die grundlegenden Funktionen des Lebens unentbehrlich, z. B. für die Aufrechterhaltung der elektrischen Neutralität in den Zellen und die Erzeugung und Weiterleitung von Aktionspotentialen in den Nerven und Muskeln. Natrium, Kalium und Chlorid sind neben Magnesium, Kalzium, Phosphat und Bikarbonaten die wichtigsten Elektrolyte. Die Elektrolyte stammen aus unserer Nahrung und Flüssigkeit.
Diese Elektrolyte können im Ungleichgewicht sein, was entweder zu hohen oder niedrigen Werten führt. Hohe oder niedrige Elektrolytwerte stören die normalen Körperfunktionen und können sogar zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die grundlegende Physiologie der Elektrolyte und ihrer Anomalien sowie über die Folgen eines Elektrolyt-Ungleichgewichts.
Natrium
Natrium, ein osmotisch aktives Anion, ist einer der wichtigsten Elektrolyte in der extrazellulären Flüssigkeit. Es ist für die Aufrechterhaltung des Volumens der extrazellulären Flüssigkeit und für die Regulierung des Membranpotentials der Zellen verantwortlich. Natrium wird zusammen mit Kalium im Rahmen des aktiven Transports durch die Zellmembranen ausgetauscht.
Die Natriumregulation findet in den Nieren statt. Der proximale Tubulus ist der Ort, an dem der Großteil der Natriumrückresorption stattfindet. Im distalen Tubulus erfolgt die Rückresorption von Natrium. Der Natriumtransport erfolgt über Natrium-Chlorid-Symporter, was durch die Wirkung des Hormons Aldosteron geschieht.
Unter den Elektrolytstörungen ist die Hyponatriämie die häufigste. Die Diagnose wird gestellt, wenn der Serumnatriumspiegel unter 135 mmol/L liegt. Die Hyponatriämie hat neurologische Manifestationen. Die Patienten können sich mit Kopfschmerzen, Verwirrung, Übelkeit und Delirien vorstellen. Eine Hypernatriämie liegt vor, wenn der Serumnatriumspiegel über 145 mmol/L liegt. Zu den Symptomen einer Hypernatriämie gehören Tachypnoe, Schlafstörungen und Unruhe. Rasche Natriumkorrekturen können schwerwiegende Folgen wie Hirnödeme und osmotisches Demyelinisierungssyndrom haben.
Kalium
Kalium ist hauptsächlich ein intrazelluläres Ion. Für die Regulierung der Homöostase zwischen Natrium und Kalium ist in erster Linie die Natrium-Kalium-Adenosin-Triphosphatase-Pumpe verantwortlich, die Natrium im Austausch gegen Kalium aus dem Körper pumpt, das in die Zellen gelangt. In den Nieren findet die Filtration von Kalium im Glomerulus statt. Die Rückresorption von Kalium findet im proximalen Tubulus und in der dicken aufsteigenden Henle-Schleife statt. Die Kaliumsekretion erfolgt im distalen Tubulus convolutus. Aldosteron erhöht die Kaliumsekretion. Kaliumkanäle und Kalium-Chlorid-Kotransporter an der apikalen Membran sezernieren ebenfalls Kalium.
Kaliumstörungen stehen im Zusammenhang mit Herzrhythmusstörungen. Eine Hypokaliämie liegt vor, wenn der Serumkaliumspiegel unter 3,6 mmol/L liegt – Schwäche, Müdigkeit und Muskelzuckungen treten bei Hypokaliämie auf. Hyperkaliämie liegt vor, wenn der Serumkaliumspiegel über 5,5 mmol/L liegt, was zu Herzrhythmusstörungen führen kann. Muskelkrämpfe, Muskelschwäche, Rhabdomyolyse und Myoglobinurie sind Anzeichen und Symptome einer Hyperkaliämie.
Calcium
Calcium hat eine bedeutende physiologische Rolle im Körper. Es ist an der Mineralisierung des Skeletts, der Kontraktion der Muskeln, der Übertragung von Nervenimpulsen, der Blutgerinnung und der Sekretion von Hormonen beteiligt. Die Ernährung ist die Hauptquelle für Kalzium. Es ist hauptsächlich in der extrazellulären Flüssigkeit vorhanden. Die Aufnahme von Kalzium im Darm wird hauptsächlich durch die hormonell aktive Form von Vitamin D, das 1,25-Dihydroxy-Vitamin D3, gesteuert. Das Parathormon reguliert auch die Kalziumsekretion im distalen Tubulus der Nieren. Calcitonin wirkt auf die Knochenzellen, um den Calciumspiegel im Blut zu erhöhen.
Die Diagnose einer Hypokalzämie erfordert die Überprüfung des Serumalbuminspiegels, um den Gesamtcalciumspiegel zu korrigieren, und die Diagnose wird gestellt, wenn der korrigierte Gesamtcalciumspiegel im Serum weniger als 8,8 mg/dl beträgt, wie bei Vitamin-D-Mangel oder Hypoparathyreoidismus. Die Kontrolle des Serumkalziumspiegels ist ein empfohlener Test bei Patienten nach Thyreoidektomie. Eine Hyperkalzämie liegt vor, wenn der korrigierte Serum-Gesamtkalziumspiegel 10,7 mg/dl übersteigt, wie es bei primärem Hyperparathyreoidismus der Fall ist. Eine humorale Hyperkalzämie tritt bei Malignität auf und ist in erster Linie auf die Sekretion von PTHrP zurückzuführen.
Bikarbonat
Der Säure-Basen-Status des Blutes bestimmt den Bikarbonatspiegel. Die Nieren regulieren in erster Linie die Bikarbonatkonzentration und sind für die Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts verantwortlich. Die Nieren nehmen das gefilterte Bikarbonat wieder auf und erzeugen auch neues Bikarbonat durch die Netto-Säureausscheidung, die durch die Ausscheidung von titrierbarer Säure und Ammoniak erfolgt. Durchfall führt in der Regel zu einem Bikarbonatverlust und damit zu einem Ungleichgewicht in der Säure-Basen-Regulation.
Magnesium
Magnesium ist ein intrazelluläres Kation. Magnesium ist hauptsächlich am ATP-Stoffwechsel, an der Kontraktion und Entspannung der Muskeln, an der ordnungsgemäßen neurologischen Funktion und an der Freisetzung von Neurotransmittern beteiligt. Bei der Muskelkontraktion wird die Wiederaufnahme von Kalzium durch die Kalzium-aktivierte ATPase des sarkoplasmatischen Retikulums durch Magnesium bewirkt. Eine Hypomagnesiämie liegt vor, wenn der Serummagnesiumspiegel unter 1,46 mg/dl liegt. Sie kann mit Alkoholkonsumstörung und gastrointestinalen und renalen Verlusten einhergehen – Herzrhythmusstörungen, zu denen die bei Hypomagnesiämie auftretenden Torsades de pointes gehören.
Chlorid
Chlorid ist ein Anion, das sich vorwiegend in der extrazellulären Flüssigkeit befindet. Die Nieren regulieren in erster Linie den Chloridspiegel im Serum. Das meiste Chlorid, das vom Glomerulus gefiltert wird, wird sowohl von den proximalen als auch von den distalen Tubuli (hauptsächlich vom proximalen Tubulus) durch aktiven und passiven Transport rückresorbiert.
Hyperchlorämie kann durch gastrointestinale Bikarbonatverluste auftreten. Hypochlorämie tritt bei gastrointestinalen Verlusten wie Erbrechen oder übermäßiger Wasserzunahme wie kongestiver Herzinsuffizienz auf.
Phosphor
Phosphor ist ein extrazelluläres Flüssigkeitskation. Fünfundachtzig Prozent des Gesamtphosphors im Körper befinden sich in den Knochen und Zähnen in Form von Hydroxylapatit; die restlichen 15 Prozent sind in den Weichteilen enthalten. Phosphat spielt eine entscheidende Rolle in den Stoffwechselwegen. Es ist Bestandteil zahlreicher Stoffwechselzwischenprodukte und vor allem von Adenosintriphosphat (ATP) und Nukleotiden. Phosphat wird gleichzeitig mit Calcium durch Vitamin D3, PTH und Calcitonin reguliert. Die Nieren sind der Hauptweg der Phosphorausscheidung.
Ein Phosphorungleichgewicht kann durch drei Prozesse entstehen: Nahrungsaufnahme, gastrointestinale Störungen und Ausscheidung über die Nieren.