Wasser- und Mineralhaushalt von Kindern und Jugendlichen

Die Homöostase des Elektrolyt- und Wasserhaushalts ist in keinem Lebensabschnitt so störanfällig wie bei Säuglingen und Kleinkindern. Dies ist auf die Besonderheiten des höheren Wasserumsatzes in dieser Lebensphase zurückzuführen. So liegt die tägliche Flüssigkeitsaufnahme und -abgabe bei Säuglingen zwischen 10 und 20 %, bei Erwachsenen zwischen 3 und 4 % des Körpergewichts. Besonders kritisch ist das Extrazellularvolumen, also der interstitielle und intravasale Flüssigkeitsraum, in dem sich bei Säuglingen etwa 50 %, bei Erwachsenen etwa 30 % des Körperwassers befinden. Während ein 70 kg schwerer Erwachsener über die Flüssigkeitszufuhr täglich 1/7 seines Extrazellularraums umsetzt, muss ein 7 kg schweren Säugling die Hälfte (1/2) seines Extrazellularraums ersetzen (Abb. 1). Ein kleiner Teil des Extrazellularraums (1–2 %) umfasst als transzellulärer Raum die physiologische Sekretion von Epithelien, z. B. in den Zerebrospinalraum, die Augenflüssigkeit und den Synovialraum.

Das Gesamtkörperwasser kann zwischen definierten, in enger Beziehung stehenden Flüssigkeitsräumen im Extrazellularraum (= interstitieller + intravasaler Raum) und dem Intrazellularraum frei diffundieren. Unter dem dritten Raum versteht man die Zunahme der transzellulären Flüssigkeit bei verschiedenen Störungen wie Pleuraerguss, Aszites und bei anderen Extravasaten. Extra- und Intrazellularräume sind durch die Zellmembranen, Plasma und interstitieller Raum durch die Kapillarmembranen getrennt.

Die Kapillarmembran ist für alle gelösten Bestandteile bis auf die Proteine durchlässig, die Zellmembran lediglich für Wasser frei permeabel. Somit weist die interstitielle Flüssigkeit gegenüber der Plasmaflüssigkeit einen geringeren Proteinanteil (Ultrafiltrat des Plasmas) auf. Auch der Gehalt des Intrazellularraums an Elektrolyten unterscheidet sich von dem des Plasmas bzw. der interstitiellen Flüssigkeit (Abb. 2). Die intrazelluläre Flüssigkeit enthält als wichtigste Kationen Kalium und Magnesium und als bedeutsame Anionen organische Phosphate und Proteine. Im Plasma und in der interstitiellen Flüssigkeit ist Natrium das bedeutsamste Kation, als wichtige Anionen fungieren Chlorid und Bikarbonat. Der hohe Gehalt an Natrium im Extrazellularraum und der hohe Gehalt an Kalium im Intrazellularraum werden über einen aktiven Transport der Na-K-ATPase aufrechterhalten.

Neuere tierexperimentelle Untersuchungen und Messung von Natrium mittels Kernspintomografie (Na23-MRT) bei Patienten zeigen, dass bemerkenswerte Mengen von Natrium an Glykosaminoglykane gebunden in Muskeln und in der Haut ohne entsprechende Wasserretention gespeichert werden können. Diese Natriumspeicher werden endogen und unabhängig von der Salzaufnahme in einer wöchentlichen und monatlichen Rhythmik reguliert. Das hypertone Interstitium der Haut vermag Immunzellen (Th17-Antwort) und das Lymphsystem zu stimulieren. Somit wird der Natriumhaushalt nicht nur über die Niere geregelt.

In der Summe sind die Kationen und Anionen, also die Osmolarität im Plasma, im interstitiellen und im intrazellulären Raum gleich. Die molare Konzentration gelöster Teilchen pro Liter Lösung wird als Osmolarität bezeichnet. Wird die molare Konzentration in kg Wasser ausgedrückt, spricht man von Osmolalität. Die in klinisch-chemischen Labors verwendeten Osmometer, die nach dem Prinzip der Gefrierpunktserniedrigung bzw. dem Vakuumdruck arbeiten, messen die Osmolalität in mosmol/kg.

Der Wassergehalt des Körpers ist altersabhängig. Intrauterin und im 1. Lebensjahr kommt es zu einem raschen, dann einem langsamen Abfall des Körperwassers (Abb. 3). Die Verschiebung des Verhältnisses von extra- zu intrazellulärer Flüssigkeit im Säuglingsalter von etwa 1:1 auf 1:2 in zunehmendem Alter ist durch eine Abnahme der extrazellulären Flüssigkeit begründet. Auch die Gewichtsabnahme der ersten Lebenstage, die zwischen 5 und 10 % des Körpergewichts liegt, ist auf eine Abnahme der extrazellulären Flüssigkeit zurückzuführen. Der Intrazellularraum, bezogen auf das Körpergewicht, nimmt nach der Geburt zu. Die Konzentrationen an Elektrolyten, sowie die Osmolalität im Extrazellularraum sind vom Alter weitgehend unabhängig (Tab. 1).

Der tägliche Flüssigkeitsumsatz ist umso größer, je jünger das Kind ist (Tab. 2). Er beträgt beim Säugling ca. 10 %, beim Jugendlichen nur noch etwa 5 % des Körpergewichts. Das Wachstum verlangt einen höheren Stoffwechsel bezogen auf das Körpergewicht, und dies wird vor allem in den ersten 2 Lebensjahren deutlich. Der Bedarf an Wasser korreliert mit dem Energiestoffwechsel; der höhere Kalorienverbrauch pro kg Körpergewicht geht mit einem höheren Verbrauch an Wasser einher. Für jede metabolisierte Kalorie wird etwa 1 ml Wasser verbraucht. Durch die Oxidation der Nahrungsmittel entsteht Wasser.

Die tägliche Wasseraufnahme setzt sich zusammen aus der Flüssigkeitszufuhr in Form von flüssigen und festen Nahrungsmitteln sowie versteckter Wasserzufuhr (Oxidationswasser). Der erhöhte Wasserbedarf bei Säuglingen ist auch auf die vermehrte Perspiratio insensibilis (Wasserabgabe über die Atemluft und die Haut) und den erhöhten Energieumsatz zurückzuführen. Die Perspiratio insensibilis ist vor allem vom Verhältnis Körperoberfläche zu Körpergewicht abhängig, die beim Säugling das 2- bis 3-Fache der Werte bei Erwachsenen beträgt.

Die tägliche Wasserabgabe setzt sich zusammen aus dem Wasserverlust durch Perspiratio insensibilis und durch Verlust über Urin und Stuhl. Ein höherer Wasserverlust kommt durch Fieber, Schwitzen, Tachypnoe und Hyperventilation zustande. Bei Beatmung wird der höhere Wasserbedarf durch Anfeuchten der Luft berücksichtigt. Wegen der hohen täglichen Umsatzraten an Wasser besteht besonders für Säuglinge und Kleinkinder eine verminderte Toleranz gegenüber Störungen des Flüssigkeitshaushalts.

Der Natriumhaushalt ist komplex reguliert und Teil eines Kontrollsystems, das den extrazellulären Flüssigkeitsraum und den arteriellen Blutdruck konstant hält. Der Natriumgehalt (nicht die Natriumkonzentration) bestimmt die Größe des Extrazellularraums. Natrium kann zudem, ohne osmotisch aktiv zu sein, im Interstitium der Haut und des Muskels gespeichert werden und damit ein hypertones Kompartment bilden. Neben der Kontrolle des Natriumhaushalts über die Niere existiert ein Umverteilungssystem bei Natriumüberschuss im Organismus, dessen Bedeutung bisher noch nicht vollständig geklärt ist.

Die Niere regelt einen wichtigen Teil des Natriumhaushalts, auch über verschiedene Hormonsysteme und den arteriellen Blutdruck. Die Natriumzufuhr ist variabel und von kulturellen und erlernten Verhaltensweisen abhängig. Die renale Natriumausscheidung passt sich der Natriumzufuhr an, aber Natrium wird auch im Knochen und der Haut gelagert. Das Regelsystem über die Niere erfolgt akut über Volumenrezeptoren in verschiedenen Gefäßgebieten (afferentes Regelglied). So führt ein Anstieg des intrathorakalen Blutvolumens zu einem Anstieg des effektiven arteriellen Blutvolumens infolge erhöhten venösen und lymphatischen Rückstroms zum Herzen. Auch wenn das gesamte Extrazellularvolumen konstant bleibt, reagiert die Niere nach Erhöhung des intrathorakalen Blutvolumens mit einer gesteigerten Salz- und Wasserausscheidung über eine Freisetzung des atrialen natriuretischen Peptids aus den Herzvorhöfen. Gleichzeitig sinkt die Reninaktivität und die Konzentration von Aldosteron, Vasopressin und Noradrenalin im Plasma, sodass auch hierüber die Diurese und Natriurese ansteigt (Abb. 4). Expansion des zentralen Blutvolumens (Bettruhe, Schwerelosigkeit, Beatmung mit negativem endexspiratorischem Druck) führt zur Natriurese, ein Abfall des zentralen Blutvolumens (aufrechter Gang, Beatmung mit positivem endexspiratorischem Druck, intrathorakaler Volumenmangel) zur Natriumretention.

Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System ist das wichtigste Regelsystem für die Natriumbilanz im Extrazellularraum. Aldosteron erhöht die renale tubuläre Natriumreabsorption am distalen Tubulus. Die Freisetzung von Aldosteron wird vor allem durch die Bildung von Angiotensin II und durch die Kaliumkonzentration im Extrazellularraum kontrolliert. Volumenmangel bewirkt eine Stimulation des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems, während eine Volumenexpansion die Aktivität dieser hormonellen Achse unterdrückt. Aldosteron spielt eine große Rolle für die chronische Natriumhomöostase und ist das bedeutsamste natriumkonservierende Hormon.

Neuere Erkenntnisse aus ultralangen Natriumbilanzstudien beim Menschen (Marsflug-Simulationsprojekt 500 Tage) weisen auf endogene Uhren hin, die unabhängig von der Salzaufnahme in einer wöchentlichen und monatlichen Rhythmik die Natriumspeicher regulieren. Tierexperimente deuten darauf hin, dass bei erhöhter Natriumzufuhr das Interstitium der Haut im Vergleich zum Plasma hyperton wird und dass der interstitielle osmotische Stress lokale Immunzellen aktiviert (TH17-Antwort) und Lymphkapillaren induziert.

Bei erhöhter Kochsalzzufuhr kann das Salz im Bindegewebe der Haut abgelagert werden. Damit kann der Körper das im Kochsalz enthaltene Natrium extrazellulär speichern. Dieser Speicherprozess wird von Makrophagen gesteuert, indem sie nach erhöhter Natriumzufuhr ein Bindungsprotein aktivieren (TonEBP, Tonicity-responsible enhancer binding protein), das wiederum VEGF-C (Vascular endothelial growth factor C) stimuliert und die Neubildung von Lymphgefäßen in der Haut induziert. Über die TonEBP/VEGF-C-Signalkaskade greifen Makrophagen aktiv in den Salz- und Wasserhaushalt des Körpers und damit auch in die Regulation des Blutdrucks ein. Die Makrophagen erkennen die hohen Natriumkonzentrationen in der Haut, und über das Wachstum der Lymphgefäße kommt es zu einem erhöhten Abtransport von Salz und Flüssigkeit aus der Haut.

VEGF-C stimuliert die endotheliale NO-Synthase (eNOS), die verstärkt Stickstoffmonoxid (NO) zur Vasodilatation zur Verfügung stellt. Somit hat die Aktivierung der Makrophagen über einen vermehrten Lymphabfluss und über die Bildung von NO Einfluss auf den arteriellen Blutdruck. Im Tierexperiment führt eine Störung dieses Mechanismus (Reduktion der Makrophagenzahl und Blockade der Signalkaskade) zu Ausbildung einer Hypertonie. Noch sind nicht alle Mechanismen der extrarenalen Regulation des Natriumhaushalts verstanden, aber die neuen Erkenntnisse werden unser Verständnis des Natriumstoffwechsels entscheidend erweitern. Kürzlich wurde gezeigt, dass eine hohe Kochsalzzufuhr durch TH17-Helferzellen über Autoimmunität das Darmmikrobiom schädigt (Reduktion von Lactobacillus spp.) und den arteriellen Blutdruck erhöht.

Die Regelglieder des Wasserhaushalts sind:

Wasser ist frei permeabel und folgt dem osmotischen Druck mit dem Ziel eines osmotischen Ausgleichs. Weit über 90 % der Osmolalität im Extrazellularraum kommen durch die Natriumchloridkonzentration zustande. Normalerweise beträgt die Osmolalität zwischen 275 und 295 mosmol/kg und kann aus der Summe der Anionen und Kationen sowie der Glukose und des Harnstoffs nach folgender Formel berechnet werden:

Die Anionenlücke, die den nicht erfassten Anteil der Anionen z.  B. in Protein, Sulfat und Phosphat erfasst, lässt sich nach folgender Formel berechnen:

Normalerweise liegt die Anionenlücke bei 12  ±  2 mmol/l. Eine hohe Anionenlücke > 20 mmol/l spricht für das Vorhandensein von zusätzlichen Anionen, wie organischen Säuren z.  B. bei Salizylatvergiftung, bei Laktatazidose und diabetischer Ketoazidose (Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat).

Im Hypothalamus wird das Nonapeptid Arginin-Vasopressin zusammen mit Neurophysin II synthetisiert. Beide werden als ein gemeinsames Vorläufermolekül hergestellt und in Form sekretorischer Granula durch Axone hindurch in den Hypophysenhinterlappen transportiert. Aus der Neurohypophyse wird Vasopressin auf osmotische und nichtosmotische Stimulation hin in die Zirkulation freigesetzt (Abb. 5).

Osmotisch wird Vasopressin in geringen Mengen aus der hinteren Hypophyse freigesetzt. Unter normalen Bedingungen finden sich etwa 1–3 pg/ml Vasopressin im Plasma. Unter natriumreicher Kost und Durst steigen die Werte bis auf 10 pg/ml an und bewirken über die Wasserretention eine maximale Konzentration des Urins (> 800 mosmol/kg). Die Aufnahme hypotoner Flüssigkeit und ihre Retention durch den Vasopressinmechanismus der Niere halten die Osmolalität und die Natriumkonzentration im Plasma konstant (Abb. 5). Hieraus ergibt sich, dass die Plasmaosmolalität und die Serumnatriumkonzentration über den Vasopressin-Durst-Mechanismus reguliert werden. Bei Flüssigkeitszufuhr wird Vasopressin unterdrückt bzw. die Sekretion abgestellt.

Infusionen von hypertonen Mannitol- bzw. Natriumchloridlösungen stimulieren das Durstgefühl und die osmotische Freisetzung von Vasopressin. Beide Substanzen verbleiben nahezu ausschließlich im Extrazellularraum, sodass sich zwischen dem Extrazellularraum und dem Zellinneren ein Gradient aufbauen kann, der das osmotische Signal darstellt. Nahezu ohne Wirkung auf die Vasopressinfreisetzung und den Durst bleiben Substanzen wie Glukose und Harnstoff, die rasch in die Zelle diffundieren können.

Vasopressin wird auch durch nichtosmotische Stimuli wie Hypovolämie oder Blutdruckabfall freigesetzt (Abb. 5). Vermittelt wird die nichtosmotische Vasopressinfreisetzung über Volumenrezeptoren in den Vorhöfen, über kardiale Mechanorezeptoren und Barorezeptoren im Karotissinus und Aortenbogen. Als Notfallfunktion wird Vasopressin in großen Mengen freigesetzt und hält den Blutdruck z. B. bei Schock aufrecht. Auch ein vermindertes effektives arterielles Blutvolumen, das als intrathorakales Blutvolumen das Herzzeitvolumen und die volumenregulierenden Hormone und damit die renale Salz- und Wasserausscheidung steuert, setzt Vasopressin nichtosmotisch frei. Diese nichtosmotische Vasopressinfreisetzung wird bei Herzinsuffizienz, nephrotischem Syndrom und Leberzirrhose beobachtet. Entscheidend ist dabei nicht die absolute Konzentration an Vasopressin, sondern die fehlende Suppression dieses Hormons bei Zufuhr hypotoner Flüssigkeiten. Dann führen selbst minimale Plasmaosmolalitäten nicht zu einer maximalen Urinverdünnung. Durch Retention von freiem Wasser kommt es dann zu einer Hyponatriämie. Nichtosmotisch bedingte extreme Vasopressinkonzentrationen (zwischen 50 und 1000 pg/ml) können bei einem ausgeprägten Blutdruckabfall oder bei starker physischer Belastung (z. B. Operationen, schwerem Blutverlust, Erbrechen, Hypoxie) auftreten. Hohe Vasopressinkonzentrationen bei diesen Zuständen führen zu einer reflektorischen Bradykardie und einer extremen Hautblässe durch kutane Vasokonstriktion.

Vasopressin wirkt über eine Bindung an einen spezifischen Vasopressin-V2-Rezeptor am Sammelrohr der Niere antidiuretisch. Das Gen für den menschlichen Vasopressin-V2-Rezeptor (AVPR2) liegt auf dem X-Chromosom, und Mutationen in diesem Gen verursachen den X-chromosomal vererbten Diabetes insipidus renalis. Nach Aktivierung der Adenylatzyklase wird zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) gebildet und der vasopressinsensible Wasserkanal Aquaporin 2 (AQP2) geöffnet. Das Gen für diesen Wasserkanal befindet sich auf Chromosom 12, und Mutationen in diesem Gen sind für die autosomal-rezessive Form des Diabetes insipidus renalis verantwortlich. Aktivierende Mutationen im Vasopressin-V2-Rezeptor-Gen verursachen das nephrogene Syndrom der inadäquaten Antidiurese (Kap. „Diabetes insipidus und Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion bei Kindern und Jugendlichen“).

Die Gefäßwirkung von Vasopressin wird über Vasopressin-V1-Rezeptoren (AVPR1) vermittelt. Die Aktivierung des Rezeptors steigert den Umsatz von Phosphatidylinositol und führt zu einem Anstieg der Kalziumkonzentration im Zytosol (Vasokonstriktion). Vasopressin-V1-Rezeptoren finden sich vor allem in Haut- und Splanchnikusgefäßen. Schon der physiologische Anstieg der Plasmakonzentration von Vasopressin beim Dursten steigert den peripheren Gefäßwiderstand. Über eine Aktivierung der Barozeptoren mit Abnahme des Herzzeitvolumens ändert sich der arterielle Blutdruck nicht.

Das Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH) mit pathologischer Wasserretention kommt im Kindesalter in seiner klassischen Definition selten vor. In der Regel liegt einer Hyponatriämie mit normalem Extrazellularvolumen eine kreislaufinduzierte pathologische Vasopressinsekretion zugrunde (Kap. „Diabetes insipidus und Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion bei Kindern und Jugendlichen“).

Bei den hydropischen Krankheiten Herzinsuffizienz, nephrotisches Syndrom und Leberzirrhose wird Salz und Wasser über einen gemeinsamen Mechanismus retiniert. Das sog. effektive arterielle intrathorakale Blutvolumen ist niedrig. Da über diesen Anteil des Blutvolumens das Herzzeitvolumen, die volumenregulierenden Hormone und die renale Salz- und Wasserausscheidung gesteuert werden, sind vasoaktive Hormone, so auch Vasopressin, stimuliert. Die Aktivierung vasopressorisch wirksamer Hormone dient der Aufrechterhaltung des arteriellen Blutdrucks. Bei Zufuhr hypotoner Lösungen wird die Sekretion von Vasopressin nicht vermindert, und über eine Wasserretention kommt es zur Hyponatriämie. Die Retention von Wasser übersteigt die pathologische Natriumretention. Die Gabe von Natriumchlorid zur Korrektur der Hyponatriämie würde die Ödembildung verstärken.

Das Volumenkontrollsystem ist über die Beziehung zwischen Herzzeitvolumen und peripherem Widerstand, die zusammen die Füllung des arteriellen Kreislaufsystems bewirken, mit dem Kreislaufregulationssystem verknüpft. Auch bei schweren Lungenkrankheiten, bei denen infolge des erhöhten intrathorakalen Drucks der venöse Rückstrom vermindert ist, kann das Herzzeitvolumen abfallen und damit ein vermindertes effektives arterielles Blutvolumen auftreten. Ein solcher Mechanismus kann bei Patienten mit Bronchiolitis oder bronchopulmonaler Dysplasie bei Zufuhr hypotoner Infusionslösungen eine Hyponatriämie bewirken. Deswegen sollten diese Patienten bei klinischer Verschlechterung initial (d.  h. in den ersten Stunden nach stationärer Aufnahme) mit natriumreichen Infusionslösungen (0,9 % NaCl) versorgt werden.

Angeborene und erworbene isolierte Störungen der Durstregulation sind sehr selten. Eine essenzielle Hypernatriämie tritt bei mangelnder oder fehlender Durstwahrnehmung auf. Eine unzureichende Flüssigkeitszufuhr ist in diesen Fällen die Ursache der Hypernatriämie. Sie wird vor allem bei Patienten mit zerebralen Störungen (vor allem im Hypothalamus) beobachtet. Das Durstzentrum reagiert – wenn überhaupt – erst bei höheren Osmolalitäten bzw. Natriumkonzentrationen im Serum mit einem Durstgefühl. Nur selten ist eine mangelnde Bereitstellung von Flüssigkeit für diese Störung verantwortlich, da diese Patienten keinen Durst haben und nicht trinken wollen. Neben einem Defekt der Durstwahrnehmung ist bei chronischer Hypernatriämie die Hypodipsie nicht selten mit einer Störung der Vasopressinfreisetzung gekoppelt (Hypernatriämie-Hypodipsie-Syndrom). Verglichen mit der normalen Beziehung zwischen Osmolalität und Vasopressin im Plasma liegen bei diesen Patienten messbare Vasopressinkonzentrationen im Plasma erst bei deutlich erhöhter Plasmaosmolalität vor (Abb. 6). Ein partieller Diabetes insipidus lässt sich leicht durch eine normale maximale Urinosmolalität (> 800 mosm/kg KG) im Durstversuch bzw. nach Gabe von Desmopressin (DDAVP) ausschließen. Über einen ähnlichen Mechanismus lassen sich Hypernatriämien bei psychischen Krankheiten (z. B. bei Depression) erklären.

Bei Kindern wird die Hyperhydratation seltener als die Dehydratation beobachtet. Als klinische Zeichen finden sich Gewichtszunahme und Ödembildung.

Bei der isotonen Hyperhydratation (Serumnatriumkonzentration 130–150 mmol/l) führt die gleichmäßige Vermehrung von Natrium und Wasser zur Expansion des Extrazellularraums ohne Änderung der Osmolalität. Das Intrazellularvolumen bleibt unverändert. Häufigste Ursachen einer isotonen Hyperhydratation sind iatrogen durch übermäßige Infusionstherapie mit isotonen Salzlösungen sowie Herzinsuffizienz, nephrotisches Syndrom, akute Glomerulonephritis, oligurische Niereninsuffizienz und Leberzirrhose.

Eine hypertone Hyperhydratation (Serumnatriumkonzentration > 150 mmol/l) ist bei Kindern meist iatrogen bedingt und Folge einer übermäßigen Infusion von hypertonen Natriumchlorid- oder Natriumbikarbonatlösungen. Sie kommt vor bei Kochsalzvergiftung und Ertrinken in Meerwasser. Aufgrund der erhöhten Natriumkonzentration und Osmolalität strömt Wasser aus dem Intrazellularraum in den Extrazellularraum. Folglich können zerebrale Symptome wie bei einer hypertonen Dehydratation auftreten.

Eine hypotone Hyperhydratation (Serumnatriumkonzentration < 130 mmol/l) ist Folge einer übermäßigen Wasseraufnahme (Wasserintoxikation, z. B. Süßwasserertrinken) oder einer Störung der renalen Ausscheidung von freiem Wasser. Besonders zu erwähnen ist eine inadäquate Infusionsbehandlung mit hypotonen Infusionslösungen bei Oligurie oder Anurie. Die Zunahme des Extrazellular- und dann auch des Intrazellularraums führt zu Ausbildung eines Hirnödems. Klinisch imponieren dann Erbrechen, Kopfschmerzen, Krämpfe und Bewusstseinsstörungen.

Unter normalen Bedingungen ist die Nettofiltration von Flüssigkeit aus den Kapillaren gering und wird durch die Pumpfunktion des lymphatischen Systems über den Ductus thoracicus in die Zirkulation zurückgeführt. Ödeme entstehen, wenn vermehrt Salz und Wasser im Interstitium anfallen und dies nicht über das lymphatische System eliminiert werden kann. Ödembildung bedeutet stets eine Vermehrung des extrazellulären Flüssigkeitsvolumens. Ödeme fallen klinisch auf, wenn das interstitielle Kompartiment um 3–5 % erhöht ist. Bei ödembildenden Krankheiten ist entweder der hydrostatische Kapillardruck erhöht, wie z. B. bei Herzinsuffizienz, oder der intrakapilläre onkotische Druck vermindert (Leberzirrhose, nephrotisches Syndrom) oder auch die Kapillarpermeabilität erhöht (idiopathische Ödeme, Störungen der Schrankenfunktion der Kapillaren bei Schock/Sepsis). Durch Abnahme des effektiven zirkulatorischen Blutvolumens werden salz- und wasserretinierende Hormone stimuliert, und dieser hormonale Mechanismus ist an der Aufrechterhaltung des Ödemstatus beteiligt. Die Ursache der Ödembildung bei renalen Krankheiten kann grundsätzlich über 2 Entstehungsmechanismen erklärt werden (Tab. 7).

Der Gesamtbestand des Körpers an Kalium beträgt bei Neugeborenen 40 mmol/kg KG und beim Erwachsenen etwa 50 mmol/kg KG. Davon sind 90 % im Intrazellularraum, und zwar vorwiegend in der Muskulatur, 8 % im Knochen und Bindegewebe und nur 2 % im Extrazellularraum (davon etwa 0,5 % im Serum) lokalisiert. Trotzdem orientiert man sich bezüglich des Kaliumbedarfs an der Fraktion von Kalium im Extrazellularraum. Die tägliche Kaliumaufnahme (Tagesbedarf) beträgt 2 mmol/kg KG. Das mit der Nahrung aufgenommene Kalium wird fast vollständig im oberen Dünndarm resorbiert. Es wird zu etwa 90 % über die Nieren, zu 9 % über den Darm und zu 1 % über die Haut ausgeschieden. Die Serumkaliumkonzentration ist eng über die renale Ausscheidung und über die Umverteilung von Kalium zwischen Intrazellularraum und Extrazellularvolumen in einem engen Bereich von 3,5–5,5 mmol/l konstant reguliert. Kalium wird über Aldosteron, Natrium und den pH-Wert gesteuert. Die Steigerung der Aldosteronkonzentration, Natriumaufnahme und der Ausbildung einer Alkalose bewirkt eine vermehrte Ausscheidung von Kalium und eine Senkung der Serumkaliumkonzentration.

Kalium wird zwischen dem Intra- und Extrazellularraum dem Einfluss des Säure-Basen-Haushalts und der Hormone Insulin und Aldosteron entsprechend verteilt. Eine erhöhte extrazelluläre H-Ionenkonzentration (metabolische Azidose) führt zu einem Einstrom von H-Ionen in die Zelle und zu einem Ausstrom von Kaliumionen in den Extrazellularraum, während bei einem Abfall der H-Ionenkonzentration (pH-Erhöhung) im Extrazellularraum Kalium im Austausch gegen H-Ionen in die Zellen eintritt. Somit führt die metabolische Azidose zu einem Anstieg und die Alkalose zu einem Abfall der Serumkaliumkonzentration.

Insulin und Aldosteron fördern den Kaliumeinstrom in die Zelle. Da beide Hormone infolge einer akuten Erhöhung der Serumkaliumkonzentration vermehrt sezerniert werden, ist diese hormonell induzierte Kaliumverschiebung ein wichtiger Regulator der Serumkaliumkonzentration. Die Kaliumspeicherung der Zelle mit einem etwa 30-fachen Gradienten vom Intrazellularraum (Kaliumkonzentration etwa 150 mmol/l) zum Extrazellularraum (Kaliumkonzentration etwa 4,5 mmol/l) bestimmt die Höhe des Membranpotenzials und damit den neuromuskulären Erregungsvorgang. Eine Hyperkaliämie bewirkt eine Abnahme von Membranpotenzial und Reizschwelle und somit eine Zunahme der muskulären Erregbarkeit. Bei ausgeprägter Hyperkaliämie kann ein funktionstüchtiges Membranpotenzial nicht mehr aufrechterhalten werden: Es kommt zur Lähmung. Eine Hypokaliämie bewirkt eine Zunahme von Membranpotenzial und Reizschwelle mit verminderter Erregbarkeit bis zur Dauerpolarisation der Muskelfasern und darüber hinaus ebenfalls eine Muskellähmung.

Auch führt ein unzureichendes Angebot an Kalium, insbesondere bei parenteraler Zufuhr bzw. Ernährung zu einem Kaliummangel. Im Gegensatz zu Natrium kann die Niere Kalium nicht ausreichend konservieren. Kalium wird auch bei zu geringer Kaliumaufnahme renal eliminiert. Eine Umverteilung von Kalium aus dem Extra- in den Intrazellularraum findet sich bei Alkalose, familiärer hypokaliämischer Lähmung und infolge einer Insulinbehandlung beim neu diagnostiziertem Diabetes mellitus.

Die Aufrechterhaltung der extrazellulären Wasserstoffionenkonzentration in einem konstanten Bereich (Isohydrie) zwischen pH 7,35–7,45 ist für die vitalen Funktionen des Organismus unbedingt erforderlich. Der pH-Wert ist der negative Logarithmus der H-Ionenkonzentration. Ein pH von 7,4 entspricht einer H-Ionenkonzentration von 40 nmol/l (0,00004 mmol/l), mit einem pH von 7,1 verdoppelt sich die H-Ionenkonzentration auf 80 nmol/l.

Die Konstanz des pH-Werts wird durch 3 verschiedene Regulationsmechanismen gewährleistet:

Von den etwa 20.000 mmol H-Ionen, die durchschnittlich pro Tag im Stoffwechsel eines Erwachsenen freigesetzt werden, fallen etwa 99,5 % als Kohlensäure an und werden bei normaler Lungenfunktion in Form von CO₂ rasch abgeatmet. Die übrigen H-Ionen, bei Erwachsenen 1 mmol/kg KG und bei jungen Säuglingen 2–3 mmol/kg KG täglich, fallen als nichtflüchtige Säuren (Milchsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure u. a.) an. Sie werden durch Bikarbonat gepuffert und als neutrale Salze über die Nieren eliminiert.

Die Ursache der respiratorischen Azidose ist meist eine akute alveoläre Hypoventilation. Durch einen pCO₂-Anstieg fällt der pH-Wert auf unter 7,35 ab. Initial besteht ein geringer Bikarbonatanstieg, die volle renale Kompensation setzt nach 2–4 Tagen ein. Klinisch imponiert eine Atemnot mit Tachydyspnoe, Hypoxie mit Zyanose, Unruhe, Stupor bis hin zum Koma. Bei CO₂-Narkose setzt die Hypoventilation ein, die bei Sauerstoffgabe schlechter werden kann, da die noch vorhandene Respiration sauerstoffabhängig sein kann. Ursächlich finden sich pulmonale, neuromuskuläre oder zentral bedingte Störungen.

Durch eine übermäßige Belüftung der Lungen kommt es bei alveolärer Hyperventilation zu einer Erniedrigung des pCO₂ unter 35 mmHg und einem erhöhten pH-Wert über 7,45. Kompensatorisch fällt die Bikarbonatkonzentration im Blut. Ursachen der Hyperventilation sind psychische Störungen oder eine Stimulation des Atemzentrums, z. B. bei Enzephalitis, Schädel-Hirn-Traumen, Hirntumoren, Sepsis oder Salizylatvergiftung. Iatrogen findet sich die respiratorische Alkalose bei Überbeatmung. Als Folge der Hyperventilation ist die zerebrale Durchblutung vermindert, und es tritt eine Tachykardie auf. Klinisch werden die Folgen des Abfalls des ionisierten Kalziums im Serum mit Parästhesien und Tetanie auffällig. Neben der Therapie der Grundkrankheit kann eine Rückatmung in einen Plastikbeutel, die Gabe von CO₂ (5–10 %) über eine nasale Sonde oder eine Sedierung des Patienten sinnvoll sein.