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.
Etwa 60% des Körpergewichts bei Männern und etwa 50% bei Frauen bestehen aus Wasser (von etwa 50% bei adipösen Menschen bis zu 70% bei Menschen mit einem normalen Body-Mass-Index oder darunter). Bei der Geburt und in der frühen Kindheit ist der Anteil des Wassers am Körpergewicht höher (70%). Fast zwei Drittel des gesamten Körperwassers (TBW) befinden sich im intrazellulären Kompartiment (intrazelluläre Flüssigkeit oder ICF); das andere Drittel ist extrazellulär (extrazelluläre Flüssigkeit oder ECF). 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]). |
Die Flüssigkeit in den verschiedenen Kompartimenten des Körpers variiert in ihrer Elektrolytzusammensetzung. 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). Wasser kann Zellmembranen aus Zonen mit niedriger Konzentration gelöster Stoffe hin zu Zonen mit einer hohen Konzentration an gelösten Stoffen frei passieren. Daher gleicht sich die Osmolalität in den verschiedenen Körperflüssigkeitskompartimenten tendenziell an, was hauptsächlich auf die Bewegung von Wasser und nicht von gelösten Stoffen zurückzuführen ist. Einige gelöste Stoffe, wie z. B. Harnstoff, können jedoch auch frei durch die Zellmembranen diffundieren und haben daher keine oder nur geringe Auswirkungen auf die Wasserverschiebung (geringe oder keine osmotische Aktivität). Andere gelöste Stoffe, darunter mehrere Elektrolyte, sind hauptsächlich auf ein Flüssigkeits-Kompartiment beschränkt und haben die größte osmotische Aktivität. So ist beispielsweise Natrium auf das extrazelluläre Kompartiment und Kalium auf das intrazelluläre Kompartiment beschränkt. Die Osmolalität der Körperflüssigkeiten liegt normalerweise zwischen 275 und 290 mOsm/kg (275 und 290 mmol/kg) und kann direkt im Labor gemessen oder nach der Formel geschätzt werden.
Die geschätzte Plasmaosmolalität wird in konventionellen Einheiten (mOsm/kg) berechnet.
Serumnatrium wird in mEq/l angegeben und Glukose und Blut-Harnstoff-Stickstoff (Serumharnstoffstickstoffkonzentration) werden in mg/dl angegeben.
Die geschätzte Plasmaosmolalität kann in SI-Einheiten berechnet werden.
Alle Werte in dieser Gleichung sind in mmol/l angegeben.
Natrium ist die wichtigste Determinante der Plasmaosmolalität. Scheinbare Änderungen der berechneten Osmolalität können auf Fehler bei der Messung von Natrium zurückzuführen sein, die bei Patienten mit schwerer Dyslipidämie oder Hyperproteinämie auftreten können, weil das Lipid oder Protein Platz in dem für die Analyse entnommenen Serumvolumen einnimmt; die Natriumkonzentration im Serum selbst ist davon nicht betroffen. Methoden zur Messung der Serumelektrolyte mit direkten ionenselektiven Elektroden umgehen dieses Problem.
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.
Die Tonizität ist die effektive Osmolalität einer Flüssigkeit. Der Unterschied in der Tonizität zwischen Flüssigkeiten in zwei Kompartimenten erzeugt eine osmotische Kraft zwischen ihnen, die die Bewegung von Wasser aus dem Kompartiment mit niedrigerer Tonizität in das Kompartiment mit höherer Tonizität fördert. In der Homöostase ist die osmotische Aktivität der Flüssigkeit zwischen den Hauptkompartimenten des Körpers ausgeglichen, sodass relativ wenig Nettobewegung von Flüssigkeit zwischen ihnen stattfindet. Die osmotische Kraft kann Wasser in dieselben Kompartimente hinein oder aus ihnen heraus verschieben. Beispielsweise haben Plasmaproteine einen geringen osmotischen Effekt, der zusammen mit dem Serumnatrium dazu neigt, Wasser in das Plasma zu ziehen; dieser osmotische Effekt wird normalerweise durch vaskuläre hydrostatische Kräfte ausgeglichen, die Wasser aus dem Plasma austreiben.
Wasseraufnahme und -ausscheidung
Die Wasseraufnahme wird über den Durst reguliert. Das Durstgefühl wird durch Rezeptoren im anterolateralen Hypothalamus ausgelöst, die auf einen Anstieg der Plasmaosmolalität oder eine Abnahme des intravaskulären Volumens reagieren.
Die Wasserausscheidung durch die Nieren wird hauptsächlich durch Vasopressin (Arginin-Vasopressin oder antidiuretisches Hormon [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
Die Homöostase wird aufrechterhalten, da eine durstinduzierte erhöhte Wasseraufnahme die Plasmaosmolalität verringert. Die niedrige Osmolalität des Plasmas reduziert wiederum den Durst und hemmt die Vasopressin-Sekretion, so dass die Nieren wieder verdünnten Urin produzieren können.
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
ltere Erwachsene
Menschen mit Arginin-Vasopressin-Resistenz oder Arginin-Vasopressin-Mangel, vielen Formen der chronischen Nierenerkrankung (CKD), Hyperkalzämie, schwerer Salzrestriktion, chronischer Überhydratation, oder Hyperkaliämie
Menschen, die Ethanol, Phenytoin, Lithium, Demeclocyclin oder Amphotericin B aufnehmen
Menschen mit osmotischer Diurese (z. B. aufgrund proteinreicher Diät oder Hyperglykämie)
Andere obligatorische Wasserverluste sind zumeist unmerkliche Verluste aus den Lungen und der Haut, die bei einem 70 kg schweren Erwachsenen im Durchschnitt etwa 0,4 bis 0,5 ml/kg/Stunde oder etwa 650 bis 850 ml/Tag betragen; Patienten mit Fieber verlieren aufgrund der erhöhten Stoffwechselrate. 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 Verdünnungskapazität gesunder Nieren junger Erwachsener erlaubt eine maximale tägliche Flüssigkeitszufuhr von 25 Litern; größere Mengen lassen die Plasmaosmolalität schnell sinken.
Dehydratation tritt auf, wenn die Wasseraufnahme (und eine geringe Menge, die durch die Zellatmung produziert wird) nicht ausreicht, um die Wasserverluste (Ausscheidung und unmerkliche Verluste) zu ersetzen (siehe Volumenmangel).
In seltenen Fällen kann eine Person aufgrund einer hypothalamischen Funktionsstörung keinen Durst wahrnehmen, wenn die Freisetzung von Vasopressin durch Tumore oder infiltrierende Erkrankungen des Hypophysenhintergrunds oder durch ein Hirntrauma beeinträchtigt sein kann. In vielen Fällen kann eine bestimmte Ursache nicht identifiziert werden. (Siehe auch Arginin-Vasopressin-Mangel.)
