Elektrolyte aus dem Gleichgewicht

Die Spannungsverhältnisse zwischen Intra- und Extrazellulärraum sind wichtig für Signalkaskaden und die Weiterleitung von elektrischen Impulsen. Sie werden durch aktive Ionenpumpen in den Zellmembranen reguliert. Die Veränderung der elektrischen Spannung an den Zellmembranen bewirkt eine Vielzahl von Prozessen, die in der Zelle ablaufen.

Im sogenannten Ruhezustand ist das Zellinnere negativ und das Zelläußere positiv geladen. Unter einem Impuls strömen Kationen in die Zelle ein und die Ladungsverhältnisse kehren sich um. Dies wird als Depolarisation bezeichnet. Wenn Kationen über Transporter und Ionenkanäle nachfolgend aus der Zelle herausgeschleust werden, stellt sich das Ruhepotenzial wieder ein (Repolarisation). So wird ein neuronaler Reiz über die Weiterleitung elektrischer Impulse gesteuert. Ein Beispiel: Durch Depolarisation der präsynaptischen Zellmembran wird Serotonin aus den Speichervesikeln in den synaptischen Spalt freigesetzt und löst durch Bindung an postsynaptische Serotoninrezeptoren weitere nachgeschaltete Reaktionen aus, die Schlaf, Stimmung und Schmerzwahrnehmung kontrollieren.

Die Ionen Calcium, Natrium, Kalium und Magnesium sind unter anderem für die Erregungsbildung und Weiterleitung von elektrischen Impulsen an den Herzmuskelzellen essenziell. Sie bewirken eine Spannungsdifferenz zwischen Intra- und Extrazellulärraum. Vom Bildungsort der elektrischen Impulse, dem Sinusknoten, erfolgt eine Erregungsweiterleitung auf die benachbarten Herzmuskelzellen und das gesamte Herz. Vor allem Hypo- oder Hyperkaliämien sind an der Entstehung von Herzrhythmusstörungen beteiligt.

Auch die Verteilung des Gesamtkörperwassers in den verschiedenen Kompartimenten, also in den Zellen, in den Zellzwischenräumen und im Blut, wird über Elektrolyte gesteuert, die den osmotischen Druck kontrollieren. Wasser diffundiert frei durch die Zellmembranen. Je nachdem wie der Salzgehalt auf der anderen Seite der Membran ist, wird der Ausgleich der Salzkonzentration durch den osmotischen Gradienten bestimmt.

Ist der Druck in einem Kompartiment zu hoch, diffundiert Wasser hinein und gleicht den Druckunterschied durch Zunahme des Flüssigkeitsvolumens aus. Da in den Zellen hohe Proteinkonzentrationen vorliegen, würde der kolloidosmotische Druck den Flüssigkeitseinstrom weiter bis zum Zelltod ansteigen lassen, wenn der Konzentrationsgradient nicht über Ionenpumpen, zum Beispiel die Natrium-Kalium-ATPase, kontrolliert würde.

Der Elektrolythaushalt ist also für das Gleichgewicht der Flüssigkeitskompartimente wichtig. Zusätzlich sind die Nieren als Filterorgan von Flüssigkeit und Mineralien an der Elektrolythomöostase beteiligt.