Das Flüssigkeitsvolumen und die Elektrolytkonzentrationen des Körpers werden normalerweise trotz großer Schwankungen in der Nahrungsaufnahme, der metabolischen Aktivität und im durch die Umgebung verursachten Stress in einem sehr engen Rahmen konstant gehalten. Die Homöostase der Körperflüssigkeiten wird im Wesentlichen von den Nieren aufrechterhalten.
Das Gleichgewicht von Wasser und Natrium ist in hohem Maße voneinander abhängig. Das Gesamtkörperwasser (total body water = TBW) beträgt ungefähr 60% des Körpergewichts bei Männern (mit Schwankungen zwischen 50% bei übergewichtigen Menschen bis zu 70% bei schlanken Menschen) und etwa 50% bei Frauen. Fast ein Drittel des TBW befinden sich im intrazellulären Kompartiment (intrazelluläre Flüssigkeit); das andere Drittel ist extrazellulär (extrazelluläre Flüssigkeit). Normalerweise befinden sich ca. 25% der Extrazellularflüssigkeit im intravaskulären Kompartiment; die anderen 75% sind interstitielle Flüssigkeit (siehe Abbildung Flüssigkeitskompartimente bei einem durchschnittlichen 70-kg-Mann).
Flüssigkeitskompartimente bei einem durchschnittlichen 70-kg-Mann
Gesamtkörperwasser = 70 kg × 0,60 = 42 l (280 mOsm/kg [280 mmol/kg]). |
Das wichtigste intrazelluläre Kation ist Kalium. Das wichtigste extrazelluläre Kation ist Natrium Die Konzentrationen von intrazellulärem und extrazellulärem Kationen sind wie folgt:
Die intrazelluläre Kaliumkonzentration beträgt 140 mEq/l (140 mmol/l).
Die extrazelluläre Kaliumkonzentration beträgt 3,5–5 mEq/l (3,5–5 mmol/l).
Die intrazelluläre Natriumkonzentration beträgt 12 mEq/l (12 mmol/l).
Die extrazelluläre Natriumkonzentration liegt durchschnittlich bei 140 mEq/l (140 mmol/l).
Osmotische Kräfte
Die Konzentration der verschiedenen gelösten Stoffe in Wasser ist die Osmolarität, (Menge des gelösten Stoffes pro l Lösung), welche in Körperflüssigkeiten der Osmolalität entspricht.(Menge des gelösten Stoffes pro kg Lösung). Die Plasmaosmolalität kann laborchemisch gemessen oder nach der unten stehenden Formel abgeschätzt werden.
Geschätzte Plasmaosmolalität in konventionellen Einheiten (mOsm/kg) =
Serumnatrium (Na) wird in mEq/l angegeben und Glukose und Blut-Harnstoff-Stickstoff (Serumharnstoffstickstoffkonzentration) werden in mg/dl angegeben.
Die geschätzte Plasmaosmolalität in SI-Einheiten beträgt 2 [Serum-Na] + Glukose + Harnstoff, wobei alle Werte in mmol/l angegeben werden.
Die Osmolalität in Körperflüssigkeiten beträgt normalerweise zwischen 275 und 290 mOsm/kg (275 und 290 mmol/kg). Natrium ist die wichtigste Determinante der Plasmaosmolalität. Offensichtliche Veränderungen in der berechneten Osmolalität können durch Fehler bei der Natriummessung entstehen, die bei Patienten mit Hyperlipidämie oder extremer Hyperproteinämie auftreten können, weil das Lipid oder Protein Platz im Serumvolumen für die Analyse einnimmt; die Natriumkonzentration im Serum selbst ist nicht betroffen. Bei neueren Methoden zur Messung der Serumelektrolyte, die mit direkten ionenselektiven Elektroden arbeiten, tritt dieses Problem nicht mehr auf. Eine osmolare Lücke liegt vor, wenn die gemessene Osmolalität die geschätzte Osmolalität um ≥ 10 mOsm/kg (≥ 10 mmol/kg) übersteigt. Es wird durch nicht gemessene osmotisch aktive Substanzen im Plasma verursacht. Am gebräuchlichsten sind Alkohole (Ethanol, Methanol, Isopropanol, Ethylenglykol), Mannitol und Glycin.
Wasser kann Zellmembranen aus Zonen mit niedriger Konzentration gelöster Stoffe hin zu Zonen mit einer hohen Konzentration an gelösten Stoffen frei passieren. So tendiert die Osmolalität dazu, sich innerhalb der verschiedenen Kompartimente von Körperflüssigkeiten anzugleichen, was in erster Linie über den Austausch von Wasser und nicht über den Austausch von gelösten Stoffen geschieht. Einige gelöste Stoffe, wie z. B. Harnstoff, die frei durch die Zellmembranen diffundieren können, haben wenig oder keinen Effekt auf die Flüssigkeitsverschiebung (wenig oder keine osmotische Aktivität), während gelöste Stoffe, die hauptsächlich auf nur ein Flüssigkeitskompartiment beschränkt sind, wie z. B. Natrium und Kalium, die größte osmotische Aktivität aufweisen.
Die Tonizität oder effektive Osmolalität reflektiert die osmotische Aktivität und bestimmt den Druck, mit dem Wasser durch die einzelnen Flüssigkeitskompartimente strömt (osmotischer Druck). Dem osmotischen Druck kann durch andere Kräfte entgegengewirkt werden. Beispielsweise haben Plasmaproteine nur einen geringen osmotischen Effekt, der Wasser in das Plasma zieht. Diesem osmotischen Effekt wird durch den vaskulären hydrostatischen Druck, der Wasser aus dem Plasma entfernt, entgegengewirkt.
Wasseraufnahme und -ausscheidung
Die durchschnittliche tägliche Flüssigkeitsaufnahme beträgt ungefähr 2,5 l. Bei gesunden Erwachsenen beträgt die Menge, die zum Ersatz von Urin und anderen Verlusten notwendig ist, 1–1,5 l/Tag. Dennoch kann ein durchschnittlicher junger Erwachsener mit normaler Nierenfunktion kurzfristig mit der Aufnahme von 200 ml Wasser pro Tag auskommen, um stickstoffhaltige und andere Abfallprodukte, die im Zellstoffwechsel anfallen, auszuscheiden. Mehr wird bei Menschen mit einem Verlust der Konzentrationskapazität der Nieren benötigt. Die Konzentrationskapazität der Nieren apazität geht verloren bei
Ältere Menschen
Menschen mit Diabetes insipidus, bestimmten Nierenerkrankungen, Hyperkalzämie, schwerer Salzrestriktion, chronischer Überwässerung oder Hyperkaliämie
Menschen, die Ethanol, Phenytoin, Lithium, Demeclocyclin oder Amphotericin B aufnehmen
Menschen mit osmotischer Diurese (z. B. aufgrund proteinreicher Diät oder Hyperglykämie)
Die anderen obligatorischen Wasserverluste sind Verluste über die Lungen und die Haut (Perspiratio insensibilis), die im Durchschnitt 0,4–0,5 ml/kg KG/h oder ungefähr 650–850 ml/Tag bei einem Erwachsenen von 70 kg Körpergewicht ausmachen. Bei Fieber können nochmals 50–75 ml/Tag für jedes ° Celcius der Temperaturerhöhung über dem Normalwert hinzukommen. Die Verluste über den Gastrointestinaltrakt sind normalerweise vernachlässigbar, außer wenn starkes Erbrechen, Diarrhoe oder beides gleichzeitig auftreten. Die Verluste über den Schweiß können in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder übermäßiger Bewegung beträchtlich sein.
Die Wasseraufnahme wird über den Durst reguliert. Das Durstgefühl wird über Rezeptoren im anterolateralen Hypothalamus, die auf eine erhöhte Plasmaosmolalität (bereits auf Veränderungen im Bereich von 2%) oder erniedrigtes Volumen an Körperflüssigkeiten ansprechen, reguliert. Seltene hypothalamische Störungen beeinträchtigen das Durstgefühl.
Wasserausscheidung durch die Nieren wird primär durch Vasopressin (antidiuretic hormone [ADH]) reguliert. Vasopressin wird aus dem Hypophysenhinterlappen freigesetzt und führt zu einer erhöhten Rückresorption von Wasser am distalen Nephron. Die Vasopressin-Freisetzung kann durch folgendes angeregt werden:
Erhöhte Plasmaosmolalität
Vermindertes Blutvolumen
Verminderter Blutdruck
Stress
Vasopressin-Freisetzung kann durch bestimmte Substanzen (z. B. Ethanol, Phenytoin), durch Tumore oder infiltrative Störungen der hinteren Hypophyse und durch ein Trauma im Gehirn beeinträchtigt sein. In vielen Fällen kann eine bestimmte Ursache nicht identifiziert werden.
Wasseraufnahme verringert die Plasmaosmolalität. Eine niedrige Plasmaosmolalität hemmt die Vasopressin-Sekretion, sodass die Nieren verdünnten Urin produzieren. Die Verdünnungskapazität von gesunden Nieren bei jungen Erwachsenen zeigt sich so, dass die maximale tägliche Flüssigkeitsaufnahme bis zu 25 l sein kann, größere Mengen senken schnell die Plasmaosmolalität.