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| IMC Wiki | Homöostase der Elektrolyte

Homöostase der Elektrolyte

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Elektrolyte sind elementare Bestandteile der Körperflüssigkeiten. Ihre Konzentrationen in den einzelnen Flüssigkeitskompartimenten werden durch Pumpsysteme in biologischen Membranen unterschiedlich groß gehalten. Die wichtigste Funktion haben hier, ähnlich wie bei der Volumenregulation, die Zellmembranen. Die hier ablaufenden Transporte bestimmen vor allem die unterschiedliche Zusammensetzung der extra- und intrazellulären Flüssigkeiten (vgl. Funktionen der Zellmembran).

Elektrolytkonzentrationen in der extra- und intrazellulären Flüssigkeit
Plasma g/l mval/l mmol/kg
Plasmawasser
Plasma
mmol/l
Zellen Zelle
mmol/l
Elektrolyte
Kationen:
           
Natrium 3,28 143 153 142 (130-155) Na+ 10
Kalium 0,18 5 5 4 (3,2-5,5) K+ 155
Calcium 0,10 5 3 2,5 (2,1-2,9) Ca2+ < 0.001a
Magnesium 0,02 2 1 0,9 (0,7-1,5) Mg2+ 15
Insgesamt   155        
Anionen:            
Chlorid 3,65 103 110 102 (96-110) Cl- 8
Bicarbonat 0,61 27 28 25 (23-28) HCO-3 10
Phosphat 0,04 2 1 1 (0,7-1,6) HPO24- 65b
Sulfat 0,02 1 1 0,5 (0,3-0,9) SO24- 10
Organische Säuren   6   4 Organische Säuren 2
Eiweiß 65 bis 80 16 ca. 1 2 Proteine 6
Insgesamt   155        
Nichtelektrolyte            
Glucose 0,9 - 1,0 5        
Harnstoff<7td> 0,40 7        

a Freies Ca2+ im Cytosol
b Einschließlich organischer Phosphate

Ein Teil der Konzentrationsgradienten beruht auf unterschiedlichen Proteinkonzentrationen nach dem Gibbs-Donnan-Gleichgewicht. Nichtdiffusible Ionen auf einer Seite einer für sie nicht permeablen Membran bestimmen die Verteilung der diffusiblen so mit, dass beiderseits der Membran Kat- und Anionengleichgewicht besteht. Der Hauptenergielieferant für die Konstanterhaltung der Konzentrationsgefälle ist die ATP, vor allem die Na+-K+-ATPase.

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Auffallendster Unterschied sind die unterschiedlichen Konzentrationen von Na+, K+ und Cl-. Die Summe der Ladungen, positive wie negative, zwischen den Kompartimenten sind gleich. Die osmotischen Drucke (Osmolytkonzentrationen s. o.) sind in allen Kompartimenten identisch, im Mittel 290 mosmol pro kg Körpergewicht beim Gesunden.

Bestand und Hauptaufgabe der Elektrolyte

Natrium

Von rund 4.200 mmol Natrium des gesamten Organismus befinden sich 2,5 % innerhalb der Zellen. Rund 30 % des Natriums steht für die Austauschvorgänge nicht zur Verfügung. Sie befinden sich in der Knochensubstanz. Die tägliche Zu- und Ausfuhr beträgt ca. 160 mmol/d mit Schwankungen entsprechend den Eßgewohnheiten. Das überschüssige Natrium wird renal eliminiert. Die Hauptaufgabe des Natriums ist die Erhaltung der Osmolalität der extrazellulären Flüssigkeit, die Beeinflussung der intrazellulären Volumina. Daneben sind Natriumpumpen Antriebsmotor für Membrantransporte, das Erhalten des Membranpotentials und Bestandteil von Puffersystemen.

Kaliumhomöostase

Der Gesamtkaliumbestand beträgt 3.300 mmol, davon 2,5 % extrazellulär. Die tägliche Zufuhr liegt bei 3-4 g/d, die Ausscheidung erfolgt über die Niere. Hauptaufgaben des Kaliums sind Beteiligungen an energieübertragenden Enzymen, neuromuskuläre Erregbarkeit, Membranpotentialen, Reizleitung, Kohlenhydratstoffwechsel, Proteinsynthese, Nierenfunktion, H-Ionentransport im Magen, H-Ionenkonzentration, katabole Stoffwechselreaktion.

Calcium- und Phosphathomöostase

Die Regelung der Calcium- und Phosphathomöostase wird in Homöostase des Kalzium- und Phosphathaushaltes detailliert dargelegt. Calcium vor allem als Phosphat Baustein der Knochen und Zähne ist in großen Mengen im Körper enthalten (28 mol/70 kg). Lediglich 1 % stehen Austauschvorgängen zur Verfügung. Es befindet sich in der extrazellulären Flüssigkeit zur Hälfte ionisiert, zur Hälfte an organische Säuren und Proteine gebunden. Innerhalb der Zellen befinden sich nur kleinste Ca2+-Mengen (10-7 mol/l), diese haben aber außerordentlich wichtige Funktionen wie Leitfähigkeit, Erregbarkeit, endokrine Stimulation, Muskelkontraktion, Blutgerinnung und andere. Die extra-intrazelluläre Konzentrationsdifferenz wird vermutlich durch eigenständige Pumpen aufrecht erhalten. Plötzlicher Ca2+-Einstrom in die Zelle, z. B. durch hormonale Reize, führt zu Änderungen der Zellfunktionen und ist somit Bestandteil der Regelkreise verschiedener Systeme. Phosphat ist Bestandteil und Teilnehmer wichtiger biochemischer Umsetzungen, z. B. in Gestalt des Adenosintriphosphates (ATP), des cAMP, Kreatinphosphates, der Phospholipide und DNA (vgl. Zellstoffwechsel). Phosphat steht in der Knochensubstanz als Depot zur Verfügung. Überschüsse werden renal eliminiert. Der Phosphortagesbedarf liegt bei 0,8 g.

Magnesium

Der Gesamtbestand beträgt 1000 mmol, davon austauschbar 35 mmol in der extrazellulären, 65 mmol in der intrazellulären Flüssigkeit. Die tägliche Zufuhr liegt bei 20 mmol, die Plasmakonzentration im Mittel bei 0,9 mmol/l. Magnesium ist für zahlreiche Stoffwechselfunktionen und die Motorik erforderlich: Enzymreaktion, Glykolyse, Zitratzyklus, ATP-Synthese, DNA-Synthese, neuromuskuläre Erregbarkeit, Kontraktion der autonomen Muskulatur, myokardiale Kontraktion. Chloride sind Hauptanionen der extrazellulären Flüssigkeit sowie Bestandteile von Puffersystemen. Bicarbonat ist für den Kohlendioxid (CO2)-Transport und Puffersysteme zuständig. Phosphate lagern im Knochen, sind Bestandteile von Proteinen, Phospoproteinen, Nukleinsäuren, Koenzymen. Sie sind in den Energieträgern Adenosintri-, -di-, monophosphat, in Puffersystemen und als Kreatininphosphat im Stoffwechsel von großer Bedeutung. Organische Säuren sind die Milchsäure, Pyruvat, β-Hydroxybuttersäure, Acetoacetat, Zwischenprodukte des Kohlenhydratstoffwechsels (vgl. Abbau der großen Nahrungsmoleküle). Proteine sind die Strukturen des Lebens der Zellen und der Organismen, Träger des Erbgutes und unzähliger anderer Funktionen (s. Proteine, Biosynthese). Im Wasserhaushalt spielt ihr osmotischer Druck, onkotischer Druck genannt, eine Rolle, ebenso als Transportmedien, im Gerinnungssystem und bei der Pufferung (Pufferproteine).

Elektrolyttransfer an den Grenzen der Kompartimente

Der Elektrolyttransfer zwischen der intravasalen und interstitiellen Flüssigkeit erfolgt im Kapillarbereich nach den Starling-Gesetzen. Der Übergang von der extra- zur intrazellulären Flüssigkeit erfolgt durch Osmose, Diffusion und aktive Pumpen (vgl. Funktionen der Zellmembran).