Wasser- und Elektrolythaushalt im Körper

Mit bioenergetischen Zellanalysen  findet man die Stoffbilanzen!

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Kapitel 7

Wasser- und Elektrolythaushalt

Einteilung der Flüssigkeitsräume

Im menschlichen Organismus gibt es verschiedene Flüssigkeitsräume (Abb.1 und 2). Diese sind einerseits voneinander abgegrenzt, und die Zusammensetzung der darin enthaltenen Flüssigkeiten ist unterschiedlich. Andererseits finden zwischen den Räumen Flüssigkeitsübertritte statt. Wasser und kleine Ionen (Natrium, Kalium, Chlor) können schnell vom interstitiellen Raum (siehe unten) in den intravasalen Raum übertreten und umgekehrt. Die Grenze zwischen extrazellulärem und intrazellulärem Raum ist für kleine Ionen schwerer zu durchdringen. Wasser kann leicht die Grenze zwischen intravasalem und extravasalem Raum, sowie zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Raum überschreiten. Für größere Moleküle (Eiweiße und künstliche Kolloide) stellt unter Normalbedingungen die Gefäßwand eine Barriere dar. Flüssigkeitsansammlungen im Dritten Raum" sind weitgehend abgegrenzt vom übrigen Organismus.

Abbildung 1: Übersicht über die Flüssigkeitsräume 

Abbildung 2: Flüssigkeitsräume

Begriffe

Flüssigkeiten befinden sich:

 intrazellulär: in den Körperzellen,

 extrazellulär: außerhalb der Körperzellen (Plasma, interstitielle Flüssigkeit, "Dritter Raum"),

 intravasal: in den Blutgefäßen. Darin findet sich sowohl extrazelluläres Wasser im Plasma, als auch intrazelluläres in den Erythrozyten (Abb.1 und 2). Für den Flüssigkeitsaustausch zwischen dem intravasalen Raum und dem Interstitium ist praktisch nur der extrazelluläre Anteil des Blutes von Bedeutung. Die Erythrozyten sind sehr formstabil und ändern ihr Volumen nur unter extremen Bedingungen. Der Hämatokritwert (abgekürzt Ht oder Hkt) gibt das Verhältnis des extrazellulären Raums (Plasma) zum intrazellulären Raum (Erythrozyten) im Blutgefäßsystem an (Abb.3). Der Hämatokritwert kann zur Abschätzung des extrazellulären Wassergehalts genutzt werden. Bei Wassermangel steigt der Ht-Wert, bei Überwässerung (und bei Blutungen, Erklärung weiter unten) fällt er.

Abbildung 3: Hämatokrit 

 interstitiell: Im interstitiellen Raum oder "Interstitium" (= Raum zwischen den Körperzellen; Abb.2). Eine krankhafte Vermehrung der interstitiellen Flüssigkeit heißt Ödem.

 transzellulär = "Dritter Raum": Damit bezeichnet man sonstige Flüssigkeitsräume wie z. B. Pleuraspalt, Peritonealraum, Liquor. Der transzelluläre Raum ist vor allem in krankhaften Situationen wichtig. Sein normalerweise geringer Flüssigkeitsanteil kann dann unter Umständen gewaltig zunehmen. Beispiele für krankhafte Flüssigkeitsansammlungen im "Dritten Raum" sind Pleuraergüsse, Aszites, und Perikarderguß. Veränderungen des Flüssigkeitsgehalts des "Dritten Raums" oder des Interstitiums können mit verschiedenen Untersuchungsmethoden (Sehen, Horchen, Klopfen, Fühlen, Röntgen, Ultraschall, usw.) festgestellt werden oder sie machen sich durch Folgestörungen bemerkbar (Hirndruck, Perikardtamponade). Störende Flüssigkeitsansammlungen im "Dritten Raum" können im allgemeinen mit Drainagen oder ähnlichen Maßnahmen behandelt werden.

Abbildung 4: Diagnostik und Therapie 

Für die Erkennung von Störungen des Wasser- und Elektrolytgleichgewichts ist die Untersuchung des Blutes erforderlich. Auch die Behandlung kann aus praktischen Gründen nur am Intravasalraum ansetzen (Abb.4).

Elektrolytverteilung in den Flüssigkeitsräumen

Das hauptsächliche intrazelluläre Ion (Ion = elektrisch geladenes Teilchen) ist das Kalium (K⁺), die hauptsächlichen extrazellulären Ionen sind Natrium (Na⁺) und Chlorid (Cl^­). Diese Verteilung ist wichtig für die elektrischen Vorgänge an den Zellmembranen (Abb.5).

Abbildung 5: Elektrolytverteilung in den Flüssigkeitsräumen. Angegeben sind die Konzentrationen in mVal/l.

Da sich die Konzentrationen in den verschiedenen Flüssigkeitsräumen im Laufe der Zeit aneinander angleichen würden (Kalium strömt laufend aus den Zellen heraus und Natrium hinein) gibt es einen aktiven, energieverbrauchenden Mechanismus in den Zellmembranen. Er heißt "Na⁺/K ⁺-Pumpe" und befördert K⁺-Ionen in die Zellen hinein und gleichzeitig Na⁺-Ionen heraus (Abb.6).

Abbildung 6: Natrium-Kalium-Pumpe 

Anmerkungen zur Chemie: Die kleinste chemische Einheit eines Stoffes heißt Atom. Mehrere Atome können sich zu einem Molekül verbinden. Das können gleiche Atome sein (Beispiel: Sauerstoff = O₂) oder verschiedene (Beispiel: Wasser = H₂O). Elektrisch geladene Atome oder Moleküle heißen Ionen. Die Bezeichnungen Mol oder Milli-Mol(mMol) bezeichnen die Stoffmenge. Val oder Milli-Val (mVal) bezeichnen die Anzahl der elektrischen Ladungen, die ein Atom oder Molekül trägt oder tragen kann. Bei chemisch "einwertigen" Ionen, das sind die, welche mit einem (!) Plus- oder Minus-Zeichen versehen sind, dazu gehören unter anderem die hier praktisch wichtigen Natrium, Kalium, und Chlor, entspricht ein Milli-Mol (mMol) einem Milli-Val (mVal). Mehrwertige Ionen sind "doppelt" oder sogar "dreifach" elektrisch geladen, zum Beispiel das Magnesium-Ion Mg²⁺. Hier entspricht ein Milli-Mol 2 Milli-Val. Säuren bestehen ­ sehr einfach definiert ­ aus Molekülen, die positiv geladene Wasserstoff-Atome (H⁺) abgeben können.

Säure-Basen-Haushalt und Serum-Kalium

Eine Übersäuerung (= Azidose) der Zellen, im allgemeinen als Laktat-Azidose bei Sauerstoffmangel des Gewebes (siehe Kapitel 8), bedeutet chemisch eine Anhäufung von positiv geladenen Wasserstoff-Ionen (H⁺). Die H⁺-Ionen treten ins Blut über und dessen pH-Wert sinkt (Blutgasanalyse). In den Zellen konkurrieren die H⁺-Ionen mit den ebenfalls positiv geladenen Kalium-Ionen (K⁺) und verdrängen diese aus den Zellen ins Blut. Zusätzlich funktioniert in solchen Situationen die Na⁺/K⁺-Pumpe" nicht mehr optimal. Die Folge ist ein Anstieg der Kalium-Konzentration im Plasma. Intrazellulär besteht gleichzeitig ein relativer Mangel an Kalium-Ionen. Bei einer Alkalose (Mangel an H⁺-Ionen) ist es umgekehrt (Abb.7).

Wenn sich der Zustand des Patienten bessert, geht die Azidose zurück und Kalium-Ionen strömen wieder aus dem Plasma in die Zellen ein.

Abbildung 7: Azidose / Alkalose / Kalium 

Praktische Folgerung: Bei einer Azidose ist ein hoher Serum-Kalium-Wert durchaus nicht ungewöhnlich und sinkt im allgemeinen nach Ausgleich der Azidose wieder ab. Besteht während einer Azidose ein normaler Serum-Kalium-Wert, so muß während der Therapie der Azidose mit der Ausbildung einer Hypokaliämie (Serum-Kalium zu niedrig) gerechnet werden. Eine Hypokaliämie kann gefährliche Herzrhythmusstörungen begünstigen. Konsequenz: Häufige Kontrollen und gegebenenfalls Kaliumzufuhr.

pH-Abhängigkeit des Serum-Kalium-Werts
pH-Wert	7,0	7,1	7,2	7,3	7,4	7,5	7,6	7,7
Serum-K+ (mVal/l)	6,7	6,0	5,3	4,6	4,2	3,7	3,2	2,8

Für chemisch oder mathematisch Interessierte:

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoff-Ionen-Konzentration: pH = ­ ^_ log [H⁺]

Einfacher: Azidose = viele H⁺-Ionen = niedriger pH

Alkalose = wenig H⁺-Ionen = hoher pH

Der normale pH-Wert des Blutes ist etwa 7,4.

Plasma und Serum: Plasma ist Blut ohne Erythrozyten. Serum ist der wässrige Rückstand, nachdem Blutplasma geronnen ist. Im klinischen Alltag werden beide Begriffe oft gleichbedeutend verwendet.

Osmolarität und Osmotischer Druck

Wenn 2 Flüssigkeitsräume durch eine Membran (z. B. Zellwand) getrennt sind, die nur für Wasser, aber nicht für gelöste Teilchen durchlässig ist (halb-durchlässig = semi-permeabel), dann versuchen die Konzentrationen gelöster Teilchen in den beiden Räumen sich einander anzugleichen. Das heißt: Wasser strömt vom Raum niedrigerer Konzentration in den Raum höherer Konzentration (Abb.8). Osmotisch wirksame Teilchen im Organismus sind Atome und Ionen, sowie kleine Moleküle: Natrium, Kalium, Chlor, Glukose, Harnstoff, und weitere. Die Kraft, mit der das Wasser vom Raum niedrigerer Konzentration in den Raum höherer Konzentration strömt heißt osmotischer Druck. Die Konzentration der gelösten osmotisch wirksamen Teilchen wird in Milli-Osmol/Liter (mosml/l) angegeben und heißt Osmolarität. Die Unterscheidung zwischen Osmolarität(Teilchen/Liter; Volumen!) und Osmolalität (Teilchen/Kilogramm; Masse!) ist in der klinischen Praxis bedeutungslos.

Abbildung 8: Osmotischer Druck. In der hier dargestellten Laboranordnung strömt Wasser aufgrund des Konzentrationsunterschieds von links nach rechts. Der osmotische Druck hebt den Flüssigkeitsspiegel in der rechten Hälfte an.

Die osmotischen Kräfte erklären zum Beispiel das Platzen der roten Blutkörperchen (Hämolyse) nach versehentlicher Infusion von destilliertem Wasser oder nach Ertrinken in Süßwasser (siehe auch weiter unten). Auch der Übertritt von elektrolytfreier Spülflüssigkeit in die Blutbahn bei der Transurethralen Resektion von Prostatagewebe (TUR) kann zur Hämolyse führen. Dieses Krankheitsbild heißt "TUR-Syndrom".

Da die Nieren den Harn konzentrieren, ist die Osmolarität im Harn ungefähr zwei- bis dreimal so hoch wie im Plasma.

Normalwerte:

Plasma: 290 ­ bis 300 mosml/l;

Harn: 600 ­ bis 900 mosml/l.

Die Messung der Serum-Osmolarität ist hilfreich bei der Diagnose von Störungen des Wasser- und Elektrolythaushalts.

Die Messung der Urin-Osmolarität läßt Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der Nieren zu. Eine geschädigte Niere kann den Harn nicht so gut konzentrieren und die Urin-Osmolarität sinkt. Bei mangelnder oder völlig fehlender Konzentrationsfähigkeit der Niere gleicht sich die Urin-Osmolarität der Serum-Osmolarität an ("Isosthenurie"). Dies beobachtet man zum Beispiel regelmäßig in der Erholungsphase nach einem Akuten Nierenversagen (ANV). Es werden große Mengen Harn niedriger Osmolarität produziert ("Polyurische Phase").

Kolloidosmotischer Druck

Sind die in einer Flüssigkeit gelösten Teilchen größere Moleküle (Kolloide) spricht man vom kolloidosmotischen oder onkotischen Druck. Auch diese Teilchen können ­ ähnlich wie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben ­ Flüssigkeitsverteilungen beeinflussen. Solche größeren Moleküle können unter Normalbedingungen die Kapillarwände und Zellwände nicht durchdringen. Natürliche Kolloide im Plasma sind die verschiedenen Eiweißstoffe, vor allem das Albumin. Unter krankhaften Bedingungen kann die Durchlässigkeit der Kapillarwände zunehmen (näheres dazu weiter unten und im Kapitel 13). Eiweißstoffe treten dann aus dem Plasma in den interstitiellen Raum über und fördern dort die Ödembildung.

Therapeutisch nutzt man den kolloidosmotischen Druck bei der Behandlung von intravasalen Volumenmangelzuständen mit "künstlichen Kolloiden", wie zum Beispiel Hydroxyäthylstärke (HÄS). Die HÄS-Moleküle verbleiben weitgehend im Gefäßsystem und verhindern dadurch den Austritt des infundierten Wassers in den interstitiellen Raum.

Humanalbumin-Infusionen? Zwischen Albumin und künstlichen Kolloiden besteht ein wesentlicher Unterschied: Albumin ist sehr langlebig (über 2 Wochen). Bei kapillärem Leck (siehe Kapitel 13) treten Eiweißstoffe in den interstitiellen Raum aus und fördern dort die Ödembildung. Wenn zusätzlich Albuminlösung infundiert wird, verläßt auch sie in wesentlichem Ausmaß das Gefäßsystem. Die Substanz kann aufgrund der Molekülgröße nicht über die Nieren ausgeschieden werden. Durch die Langlebigkeit der Albuminmoleküle und die zusätzliche Bildung von Bindegewebszellen (Fibrozyten) wird das Wasser im interstitiellen Raum für sehr lange Zeit gebunden. Künstliche Kolloide sind ­ je nach Präparat ­ nur wenige Stunden haltbar. Sie zerfallen in kleinere Bruchstücke und werden über die Nieren ausgeschieden. In das Interstitium ausgetretene Moleküle werden also nach kurzer Zeit aufgrund der abnehmenden Plasmakonzentration wieder zurückströmen. Die Infusion von Humanalbumin soll in jedem Fall unterbleiben.

Wasserumsatz / Elektrolytumsatz / Bilanz

Die Wassereinfuhr über Infusionen ist einfach meßbar. Dazu kommt noch das "Oxidationswasser" (ca. 300 ml/Tag). Es entsteht im Organismus beim biochemischen Energieumsatz (siehe Kapitel 8). Oral zugeführte Flüssigkeit kann nicht sicher bilanziert werden, weil völlig unklar ist, welche Mengen im Magen-Darm-Trakt aufgenommen werden.

Von der Ausfuhr können wir in erster Linie die Harnmenge verläßlich messen (Anhaltswert: 100 ml/h = 2400 ml/Tag). Daneben gibt es Verluste aus Drainagen, über Stuhlgang, Magensonde, usw. Diese Verluste kommen im allgemeinen aus dem "Dritten Raum". Die "Perspiratio insensibilis" bezeichnet den Wasserverlust durch Verdunstung über Haut- und Schleimhautoberflächen. Dieser kann nur geschätzt werden. Als Anhaltswert kann man von einem Verlust von ca. 500 ml in 24 Stunden über die Haut ausgehen. Beim spontan atmenden (nicht intubierten) Patienten kommt noch einmal etwa die gleiche Menge über die Lungen hinzu. Bei Beatmung mit angefeuchteten und erwärmten Gasen oder über Filtersysteme ("heat and moisture-exchangers") kann die Verdunstung über die Lungen vernachlässigt werden. Die Perspiratio insensibilis ist von vielen, schwer erfaßbaren Einflüssen abhängig, wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit und -temperatur, Luftbewegung, Körpertemperatur, Mund- oder Nasenatmung, und andere. Durch die Perspiratio insensibilis geht nur Wasser (also ohne Elektrolyte) verloren, weil Elektrolyte nicht verdunsten können. Im Gegensatz dazu ist der Schweiß elektrolythaltig. Letztlich sind alle Angaben über Flüssigkeitsverluste mit Ausnahme der Harnmenge spekulativ.

Für die Therapieführung ist eine ausgeglichene Wasserbilanz wesentlich (Bezeichnungen: positive Bilanz = mehr Einfuhr als Ausfuhr, negative Bilanz = mehr Ausfuhr als Einfuhr). Die Beurteilung der Einfuhr ohne Berücksichtigung der Ausfuhr, oder umgekehrt, ist völlig sinnlos. Ebenso ist es falsch, bei Patienten, die durch Überwässerung besonders gefährdet erscheinen (zum Beispiel Linksherzinsuffizienz), lediglich die Einfuhr zu drosseln. Damit wird unter Umständen sogar eine zusätzliche Niereninsuffizienz provoziert. Richtig ist eine "normale" Wasser- und Elektrolytzufuhr und Sorge dafür, daß die Ausscheidung ­ und damit die Bilanz ­ stimmt.

Da wir vieles nicht messen können, muß der klinische Eindruck zu Hilfe genommen werden. Wenn z. B. ein Patient im Verlauf der Behandlung immer mehr Ödeme entwickelt, wurden offensichtlich die nicht meßbaren Verluste überschätzt. Zur Korrektur müßte in diesem Fall "negativer" bilanziert werden. Sind Hinweise auf erhöhte Verluste vorhanden (Temperaturerhöhung, Schwitzen, Durchfälle, usw.), darf die gemessene Bilanz entsprechend positiver sein. Störungen des intravasalen Volumens, die sich durch entsprechende "Kreislaufsymptome" (siehe Kapitel 2) bemerkbar machen, müssen in jedem Fall sofort nach hämodynamischen Kriterien ausgeglichen werden.

Anhaltswert für eine normale" gemessene (Infusionsmenge minus Harnmenge) Wasser-Bilanz beim Intensivpatienten: + 500 ml/Tag.

Beispiel für eine "normale" 24-Stunden-Wasserbilanz:

EINFUHR		AUSFUHR
Infusionen, Trinken	2800 ml	Urin	2100 ml
Oxyd.Wasser	300 ml	Stuhl	100 ml
		Perspiratio insensibilis
		Haut	500 ml
		Lunge	400 ml
Summen	3100 ml		3100 ml
Bilanz +/-0­
Praktisch gerechnete Bilanz: 2800 ml Infusionen minus 2100 ml Urin = +700 ml

Zahlenwerte für den Umsatz von Wasser und der wichtigen Elektrolyte Na⁺ und K⁺ können der folgenden Tabelle entnommen werden.

Anhaltszahlen für den Basisumsatz in 24 Stunden:

Wasser 40 ml/kg  3000 ml/75 kg

Natrium 2 mVal/kg  150 mVal/75 kg

Kalium 1 mVal/kg  75 mVal/75 kg

Für die Steuerung der Kaliumzufuhr sind zwei Vorgehensweisen gebräuchlich:

 Man beginnt mit einer "normalen" Basis-Zufuhr und variiert entsprechend den gemessenen Plasmawerten.

 Man bestimmt täglich die Elektrolytausscheidung im Urin ("Sammelurin"), und führt diese Menge jeweils in den folgenden 24 Stunden zu.

Verluste über andere Wege werden nicht erfaßt. Auf Kontrollen der Plasmawerte kann nicht verzichtet werden; bei Intensivpatienten mindestens einmal täglich.